病毒编码代谢辅助基因（AMGs）驱动长期污染地下水中有机污染物的代谢机制研究

本综述揭示了病毒编码的辅助代谢基因（AMGs）在长期有机污染物（如氯化烃和BTEX）污染的地下水生态系统中关键作用。研究通过病毒组学与宏基因组学分析，发现AMGs（如L-DEX和pcaH）可增强宿主细菌对污染胁迫的适应性，促进污染物降解，为地下水污染修复提供了新的病毒-宿主互作视角。

　　

Section snippets

Sample collection and DNA extraction

采样点位于江苏省苏州市某搬迁化工厂，该区域已污染超过30年（图S1）。本研究的地下水样本采集于修复工程启动前。根据现场调查数据，污染深度约地下15~18米，主要污染物为氯化烃和BTEX。

Overview of viral communities in groundwater

为评估病毒群落的多样性与功能，对地下水样本进行病毒组测序（实验设计详见图S2和表S2），共识别16,672条长度超过5 kb的病毒重叠群（表S3）。长期受氯化烃和BTEX污染的地下水组（n=12,378）比对照组（n=4,294）获得更多病毒序列。病毒序列以95% ANI聚类为16,250个vOTUs，进一步归并为2,523个VCs。污染组病毒丰度、多样性、宿主谱宽度及病毒-宿主互作复杂性均显著高于对照组。

Discussion

尽管病毒组学在海洋、土壤和人体肠道等生境已有广泛研究，地下水生态系统仍探索不足。本研究通过病毒组学揭示了长期有机污染下地下水病毒群落的多样性、组成和功能特征。污染地下水病毒序列数量及多样性高于对照组，且病毒-宿主网络更复杂。通过功能筛选与多生境映射分析，鉴定出6种参与污染物胁迫缓解和降解的AMGs（如L-DEX），并通过异源表达实验验证其降解活性。这些AMGs表现出跨生境适应潜力。对关键基因L-DEX和pcaH的系统发育分析与蛋白结构预测表明，它们具有高度进化保守性和功能完整性，与细菌同源基因功能相似。

Conclusions

本研究揭示了长期污染地下水中病毒AMGs介导细菌适应污染胁迫的潜在机制。共聚类16,250个vOTUs至2,523个VCs。污染组病毒丰度、多样性、宿主谱宽度及互作复杂性均高于对照组。病毒宿主主要为变形菌门（Proteobacteria）、Patescibacteria和拟杆菌门（Bacteroidota），这些门类在污染物降解中起关键作用。研究还发现病毒通过编码AMGs（如L-DEX和pcaH）直接参与宿主代谢调控，增强其对有机污染物的降解能力。这些发现深化了对污染地下水中病毒-宿主互作的理解，并揭示了其在适应性进化中的生态功能。

Environmental implication

工业场地有机污染物（如氯化烃和BTEX）进入地下水后引发环境与健康担忧。本研究提示病毒编码的辅助代谢基因（AMGs）可能在长期污染地下水中协助宿主细菌适应污染胁迫。鉴定的AMGs（如L-DEX）可缓解污染物毒性，凸显了病毒在生物修复中的生态功能与进化意义。