石房蛤酸沉积重塑沿海沉积物中底栖病毒群落结构、病毒-宿主相互作用及功能谱

《Journal of Environmental Sciences》：Domoic acid deposition reshapes benthic viral community structure, virus–host interactions, and functional profiles in coastal sediments

　　

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  岩藻糖酸重塑了沉积物中的底栖病毒群落结构。
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  病毒多样性、组成和预测的生活史随时间推移而发生变化。
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  在岩藻糖酸暴露下，病毒 - 宿主关联网络被重组。
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  与复制和胁迫适应相关的病毒功能得到富集。

引言

岩藻糖酸（DA）是一种强效神经毒素，主要由Pseudo-nitzschia属的物种产生（Almandoz 等，2017）。它可以激活谷氨酸受体，引发一系列细胞内级联反应，最终导致细胞死亡和神经元丢失（Zabaglo 等，2016）。近年来，产毒Pseudo-nitzschia物种已在各大洲的许多沿海地区被发现，由 DA 引起的中毒事件也频繁发生（Trainer 等，2012）。尽管 DA 产生于海洋的光合作用层，但海洋沉积物是其主要的汇。在Pseudo-nitzschia水华期间，产 DA 的藻类细胞可与海水中的有机物聚集形成海雪颗粒，这些颗粒迅速沉降至海底并向底栖环境释放 DA。先前的野外观察表明，水华沉积后释放的 DA 主要以溶解形式存在于沉积物上覆水和孔隙水中，浓度可达 mg/L 级别，底栖环境中报道的平均溶解浓度约为 0.6 mg/L（Schnetzer 等，2017；Sekula-Wood 等，2011）。目前，关于 DA 生理效应的研究主要关注其对高等生物的影响（Bejarano 等，2008），而关于其对海洋微生物的影响以及与这些微生物响应相关的生态过程的研究仍有限。考虑到 DA 在沿海沉积物中分布广泛、累积量高且神经毒性强烈，其对沉积物微生态系统的影响不应被忽视。

证据表明，随着海洋暖化和富营养化加剧的 DA 爆发，可以重塑跨营养级的微生物群落结构，包括细菌、古菌和原生生物组合（Du 等，2022；Li 等，2023a）。在海洋环境中，病毒是普遍存在的生物成分，具有极高的丰度、多样性和动态活性，大多数海洋病毒是感染细菌和古菌的噬菌体。据估计，海洋沉积物中病毒的丰度约为每克 10⁷–10¹⁰ 个，1 公斤海洋沉积物中的病毒基因型数量可达 10⁴–10⁶ 个（Breitbart 等，2004；Danovaro 等，2008）。研究表明，海洋病毒在海洋过程中发挥着重要作用。通过裂解其原核生物宿主，海洋病毒对全球生物地球化学循环、海洋群落结构、多样性和代谢的调节以及水平基因转移做出了重大贡献（Chen 等，2024；Weitz 和 Wilhelm, 2012）。目前，许多微量污染物已被证明会影响病毒群落和病毒 - 宿主相互作用，包括重金属、抗生素、农药和微塑料（Gao 等，2023；Huang 等，2024；Liang 等，2025；Tang 等，2025）。同样，作为可以在底栖海洋环境中高浓度累积的有机毒素，岩藻糖酸是否能改变病毒群落的结构和功能，并进一步改变病毒与其细菌宿主之间的相互作用，仍然完全未知。

为了解决关于 DA 暴露对海洋沉积物病毒组影响的知识空白，我们使用鸟枪法宏基因组学研究了沉积物微宇宙中病毒群落的时间变化。微宇宙中添加了 0.5 mg/L 的 DA，代表基于报道的沉积物上覆水和孔隙水中溶解 DA 浓度以及我们之前的沉积物微宇宙研究而确定的环境相关的水华后底栖暴露水平（Li 等，2024）。我们表征了病毒群落结构、生活史、预测宿主关联和功能潜力的变化，并进一步检查了与回收的病毒重叠群相关的抗生素抗性基因（ARGs）和毒力因子基因（VFGs）注释。我们的研究突出了病毒群落对 DA 暴露的响应，并强调了病毒 - 微生物关联在海洋沉积物环境生态过程中的重要性。

章节片段

样本收集与材料

沉积物样本采集自中国大连黑礁，该地点近期没有有害藻华或可检测到的 DA 污染，DA 检测详见文本 S1 和 S2。采集上层 0–2 厘米深度的表层沉积物及相关上覆水，并在 30 分钟内运至实验室。选择上层 0–2 厘米层是因为它代表了沉积物 - 水界面，这是接收近期沉积藻类颗粒的第一个区域，且

岩藻糖酸改变病毒群落结构和生活史策略

为了解岩藻糖酸（DA）如何影响海洋沉积物中病毒群落的动态，我们检查了不同处理下病毒多样性和群落结构的时间变化。Alpha 多样性分析揭示了病毒多样性的显著变化，特别是在第 25 天。如图 1a 所示，与 AOM 和 CK 组相比，AD 组显示出更高的 Shannon 和 Simpson 指数。这些发现表明，DA 暴露促进了更丰富且分布更均匀的病毒群落，

结论

岩藻糖酸暴露与沉积物病毒群落的显著时间变异以及病毒和细菌宿主组合的同步转变相关。在整个孵育期间，病毒多样性、分类组成和预测生活史策略的差异变得更加明显，特别是在第 25 天。这些变化的一个显著特征是预测的病毒 - 宿主关联网络的重组，包括优势病毒属和

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。

数据可用性

数据可按请求提供。

CRediT 作者贡献声明

Miaomiao Du：写作 – 初稿，方法论，形式分析，数据管理。Arbaz Rehman：写作 – 审阅与编辑，可视化，调查。Zelong Li：写作 – 审阅与编辑，监督，方法论。Xiangzhi Wang：方法论，概念化。Mariam Yousaf：可视化，调查。Jing Wang：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本工作得到了人才引才项目（编号：yjrc202301）、教育部工业生态与环境工程重点实验室开放基金（编号：KLIEEE-23–03）以及高等学校访问学者专业发展计划（编号：FX2025168）的支持。

Miaomiao Du|Arbaz Rehman|Zelong Li|Xiangzhi Wang|Mariam Yousaf|Jing Wang