海洋硅藻Chaetoceros tenuissimus对ssDNA和ssRNA病毒感染的转录组响应机制解析

本研究针对海洋硅藻Chaetoceros tenuissimus与两种病毒（CtenDNAV-II和CtenRNAV-II）的互作机制，通过RNA-seq和RT-qPCR技术揭示了病毒早期入侵阶段通过内吞作用和液泡酸化介导的基因调控，以及后期DNA病毒劫持宿主复制机器、RNA病毒利用自噬体膜复制的差异化策略，为理解浮游植物-病毒互作对海洋生态的影响提供了分子层面的新见解。

　　

在浩瀚的海洋中，微小的浮游植物与病毒之间持续上演着"军备竞赛"。作为海洋初级生产力的主力军，硅藻贡献了全球约20%的光合固碳量，但其种群动态常被病毒感染所调控。然而，学界对硅藻如何应对病毒入侵的分子机制知之甚少。以海洋硅藻Chaetoceros tenuissimus为模型，其同时面临单链DNA病毒(CtenDNAV-II)和单链RNA病毒(CtenRNAV-II)的威胁，这两种病毒虽都能裂解宿主，但基因组结构和复制策略迥异。研究人员通过多组学分析揭开了这场微观战争的分子密码。

为解析宿主响应机制，研究团队采用RNA-seq技术追踪了病毒感染24小时内的全基因组转录动态，结合RT-qPCR验证关键基因。实验设置7个时间点（0-24小时），以3%接种量分别接种两种病毒，通过Illumina HiSeqX平台生成150bp双端测序数据，使用edgeR进行差异表达分析，并通过PANTHER系统进行基因功能富集。

早期响应阶段（0-3小时）发现，两种病毒均激活了网格蛋白介导的内吞作用(clathrin-mediated endocytosis)相关基因（如AP2、EPS15）和液泡型H⁺-ATP酶(V-type ATPase)，暗示病毒通过内吞途径入侵。氮代谢通路显著上调，包括铵转运蛋白(AMT)、硝酸盐还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)，显示病毒对宿主氮资源的掠夺。

DNA病毒特异性调控显示，CtenDNAV-II在感染后期（3-24小时）显著上调DNA聚合酶（POLA1/2、POLD、POLE）和组蛋白基因，提示其劫持宿主核内复制机器。组蛋白H3可能与病毒Rep蛋白互作形成微型染色体，类似植物双生病毒机制。而RNA病毒则持续激活自噬相关基因(ATG1/2/7/9/18和VPS34)，暗示CtenRNAV-II可能利用自噬体膜进行基因组复制，与肠道病毒策略相似。

研究还发现内源性病毒样片段(EVLF)在DNA病毒感染中表达升高，其与病毒增殖的正相关性挑战了传统"抗病毒元件"假说，或揭示病毒与宿主的共进化新机制。

这项发表于《Virus Research》的研究首次系统描绘了硅藻对两类病毒的差异化转录响应，为理解海洋病毒生态功能提供了分子框架。其揭示的病毒劫持策略（DNA病毒利用核复制机器、RNA病毒操控自噬通路）拓展了对微小病毒操控复杂真核宿主的认知，而EVLF的促病毒功能为宿主-病毒共进化研究开辟了新视角。这些发现对预测浮游植物种群动态、解析海洋元素循环的病毒调控机制具有重要启示。