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科學家鑒定出 1200 多種與碳通量有關的 RNA 病毒

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2022/06/10
對科學家最近發現的 5,500 種海洋 RNA 病毒物種進行深入研究後發現,其中幾種可能有助於推動從大氣中吸收的碳永久儲存在海底。
 
DNA病毒越來越被認為影響海洋微生物和微生物介導的生物地球化學循環。然而,對全球海洋 RNA 病毒多樣性、生態學和生態系統作用知之甚少。

6 月 9 日發表在《科學》雜誌上的分析,揭示了海洋 RNA 病毒群落和物種水平多樣性的模式和預測因子,並將它們從一極到另一極的生態影響背景化。
 
除了繪製大量基礎生態數據之外,該研究還有助於更全面地了解這些微小顆粒在海洋生態系統中所起的巨大作用。
 
儘管這些海洋病毒物種不會對人類健康構成威脅,但它們的行為與所有病毒一樣,每種病毒都會感染另一種生物並利用其細胞機制複製自身。儘管結果總是被認為對宿主不利,但病毒的活動可能會為環境帶來好處,例如,幫助驅散有害的藻華。
 
定義它們適合生態系統位置的訣竅是開發計算技術,該技術可以從基因組片段中獲取有關 RNA 病毒功能和宿主的資訊,按照基因組學標準,這些片段一開始就很小。
 
「我們讓數據成為我們的指南,」共同第一作者、沙利文實驗室的前博士後研究員韋爾塔(Guillermo Dominguez-Huerta) 說。
 
對 44,000 個序列的統計分析揭示了病毒群落結構模式,該團隊用於將 RNA 病毒群落劃分為四個生態區:北極、南極、溫帶和熱帶海洋(最靠近地表,發生光合作用),以及溫帶和熱帶中層(200- 1,000 米深)。這些區域與研究人員先前確定的近 200,000 種海洋 DNA 病毒的區域分配非常匹配。
 
雖然赤道附近較溫暖地區的生物多樣性趨於擴大,而靠近較冷的兩極則下降,但究人員表示,基於網絡的生態相互作用分析顯示,北極和南極的 RNA 病毒物種的多樣性高於預期。
 
「談到多樣性,病毒並不關心溫度,」韋爾塔說。「在極地地區,病毒與細胞生命之間存在更明顯的相互作用。這告訴我們,我們在極地地區看到的高度多樣性,基本上是因為我們有更多的病毒物種在爭奪同一個宿主。我們看到宿主種類更少,但感染相同宿主的病毒種類更多。」
 
該團隊使用了幾種方法來識別可能的宿主,首先根據海洋浮游生物背景下的病毒分類推斷宿主,然後根據病毒和宿主的數量如何共同變化進行預測,因為它們的豐度取決於彼此。第三種策略包括尋找 RNA 病毒在細胞基因組中整合的證據。
 
「我們正在研究的病毒不會將自身插入宿主基因組,但許多病毒會偶然整合到基因組中。一旦發生時,它就是關於宿主的線索,因為如果在宿主基因組中發現病毒信號,那是因為在某個時刻病毒在細胞內,」韋爾塔說。
 
雖然大多數 dsDNA 病毒被發現會感染海洋中豐富的細菌和古生菌,但這項新的分析發現 RNA 病毒主要感染真菌和微生物真核生物,在較小程度上感染無脊椎動物。只有一小部分海洋 RNA 病毒會感染細菌。
 
該分析還意外發現了 72 個可辨別的功能不同的輔助代謝基因 (AMG),這些基因分佈在 95 種 RNA 病毒中,這為這些病毒感染了哪些生物體,以及他們試圖重新編碼哪些代謝過程,以最大限度地「製造」海洋中的病毒提供了線索。
 
進一步基於網絡的分析確定了 1,243 種與碳輸出有關的 RNA 病毒,非常保守地,暗示有 11 種與促進向海底的碳輸出有關。其中,兩種與藻類宿主相關的病毒被選為最有希望的後續目標。
 
「建模已經到了可以從這些大規模基因組調查中獲取大量基因,並繪製代謝圖的地步。我正在設想我們使用 AMGs 和這些預計會感染特定宿主的病毒,以實際將這些代謝圖朝向我們需要的碳。正是通過這種代謝活動,我們可能需要採取行動。」沙利文說。