重组在全球高盐生态系统中维持亚稳态病毒种群

《Microbiome》：Recombination maintains metastable viral populations across global hypersaline ecosystems

　　

摘要

背景

自然环境中的病毒种群表现出广泛的微多样性，但它们如何在时空维度上维持基因组一致性仍未解决。高盐结晶池以其宿主多样性低和病毒丰度极高为特征，为研究强环境选择压力下的病毒种群结构提供了一个简化的系统。在此，我们对细胞组分（0.22–5 μm）应用长读长宏基因组学方法，表征与Haloquadratum walsbyi相关的病毒，从而能够直接研究正在活跃感染过程中的病毒种群及其细粒度种群结构。

结果

长读长测序揭示了广泛的病毒基因组多样性，这些多样性在很大程度上被基于组装的方法所遗漏，极大地扩展了H. walsbyi相关病毒的多样性范围。尽管存在如此多样性，地理上相距遥远的高盐生态系统中的病毒种群显示出几乎完全一致的种群水平核苷酸一致性和高度保守的基因内容，表明存在一种全球性保存的基因组主干。相反，细粒度分析揭示了广泛的局部微多样性，不同地点之间的单核苷酸多态性重叠有限，变异主要集中在参与宿主相互作用和附着相关的基因中。持续偏低的pN/pS比值表明存在普遍的纯化选择，而升高的重组信号则与共存的病毒谱系之间频繁的基因交换相一致。宏转录组学分析进一步表明，这些病毒种群全年保持转录活跃状态，冬季活性更高，环境比较表明盐度作为选择压力塑造病毒微多样性。

结论

我们提出了一个"亚稳态凝聚病毒云"模型，在该模型中，病毒种群在维持全球基因组一致性的同时，不断重塑局部遗传变异。在这一框架下，重组和纯化选择有助于维持保守的基因组主干，而环境过滤驱动细粒度的多样化。这一机制协调了全球连通性与局部微多样性，并可能代表了一种生存策略，适用于栖息于高密度微生物生态系统中的主要H. walsbyi相关dsDNA病毒种群。

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