深海沟壑沉积物中病毒多样性及其生态潜能：揭示克马德克与迪亚曼蒂纳海沟病毒群落的新颖性与生态驱动机制

本研究针对深海极端环境中病毒群落组成与功能未知的科学问题，通过宏基因组技术解析了克马德克与迪亚曼蒂纳海沟40个沉积物样本中的32,359个病毒操作分类单元(vOTUs)，揭示了其高度新颖性、栖息地特异性分布规律及宿主互作网络。研究发现病毒携带的辅助代谢基因(AMGs)参与碳氮硫循环，群落构建以随机过程（尤其是扩散限制）为主导，且高压环境驱动病毒基因组保守性进化。该成果发表于《ISME Communications》，为深海生物圈病毒适应性策略提供新见解。

　　

深海作为地球最后的边疆，其高压、低温、无光的极端环境孕育了独特的微生物生态系统。尽管已知深海微生物贡献了全球75%的原核生物量，但作为微生物群落关键调控者的病毒，在深渊带的多样性、生态功能及进化机制仍是未解之谜。克马德克与迪亚曼蒂纳海沟分别代表太平洋与印度洋板块的典型构造，其V型地形积累的有机质可能塑造特殊的病毒群落。然而，现有研究多局限于单一海沟，跨海沟比较数据匮乏，病毒如何驱动深海生物地球化学循环、适应极端压力等问题亟待探索。

为回答这些问题，王普迪等研究人员利用"探索一号"科考船采集了两大海沟40个沉积物样本（0-32 cm垂直剖面），通过多组学联用技术系统解析了病毒群落特征。研究采用Illumina平台进行宏基因组测序，使用VIBRANT、VirSorter2和DeepVirFinder三重流程鉴定病毒序列，结合vRhyme分箱获得病毒宏基因组组装基因组(vMAGs)。病毒-宿主互作通过CRISPR间隔区匹配、tRNA同源性和寡核苷酸频率分析预测，辅助代谢基因(AMGs)经DRAM-v和手动校验筛选。群落构建机制通过βNTI和RC_Bray指数评估，基因组进化指标(pN/pS、SNVs/kb)利用inStrain计算。

病毒群落结构与新颖性

从沉积物中鉴定出32,359个vOTUs，长度横跨2-325 kb，其中87.6%属于尾病毒门(Uroviricota)。蛋白共享网络分析显示，12,645个vOTUs形成5,435个病毒簇(VCs)，其中3,273个为海沟特有，仅24个与NCBI RefSeq数据库共享，证实其高度新颖性。

病毒-宿主互作特征

预测到2,292个vOTUs与54个宿主门类存在14,659种互作关系，其中假单胞菌门(Pseudomonadota)和热变形菌门(Thermoproteota)分别为最主要的细菌和古菌宿主。溶原性病毒占比18.35%，但其相对丰度达40.87%，符合"搭便车胜者"(PtW)模型。

AMGs的生态功能

筛选出1,930个AMGs，涉及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(pckA)等碳循环关键酶，以及半胱氨酸合成酶(CysE)等硫代谢基因。16个携带AMGs的vOTUs与11个MAGs存在17种代谢关联，其中13种关联中宿主缺乏同源基因，提示病毒可能补足宿主代谢缺陷。

群落构建与基因组进化

距离衰减分析显示病毒群落相似性随地理距离(r=3798.28, p=8e-04)和采样深度(r=6.74e-5, p=1e-04)显著降低。零模型表明扩散限制(占比58.3%)是主要构建过程。克马德克海沟病毒pN/pS值显著低于迪亚曼蒂纳(p<0.05)，且>9000米深度样本呈现最低突变率，反映高压环境驱动的强纯化选择。

该研究首次系统比较了跨洋盆海沟病毒群落的差异，揭示深海病毒通过AMGs参与物质循环、以溶原策略适应极端环境的双重机制。发现的高压适应性基因组特征为理解生命极限提供新视角，而病毒介导的宿主代谢补偿现象重塑了深海微生物互作认知。这些发现对预测深海碳泵功能和极端环境生物技术开发具有重要启示。