在淡水湖泊中，微生物調(diào)節(jié)碳的流動(dòng)并確定水體是否作為碳匯或碳源。特別是藻類和藍(lán)藻可以捕獲和使用碳，但它們的能力可能會(huì)受到病毒的影響。病毒存在于所有細(xì)菌中，通常以10倍過量存在，并且由各種大小的病毒組成，包括巨型病毒，以及稱為病毒的小型病毒(它們生活在巨型病毒中并利用它們的機(jī)器進(jìn)行復(fù)制和傳播)?？梢愿淖兙扌筒《九c其宿主真核細(xì)胞相互作用的方式。例如，如果藻類被病毒和巨型病毒共感染，那么病毒體會(huì)限制巨型病毒有效復(fù)制的能力。這減少了巨型病毒對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移的影響，使宿主藻類繁殖，

在美國俄亥俄州立大學(xué)和美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用在北方淡水湖泊中收集的宏基因組數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)了25個(gè)新的序列。 virophages。2017年10月11日在Nature Communications報(bào)道，這些新序列的鑒定有效地使自十年前發(fā)現(xiàn)的已知病毒數(shù)量增加了一倍。

“通常，宏基因組數(shù)據(jù)集是一次性的，”DOE JGI科學(xué)家和第一作者Simon Roux說。“人們已經(jīng)開始在宏基因組中看到病毒體，但直到現(xiàn)在還沒有人有很長的時(shí)間序列。這是一次嗎?總是?我們從來不知道這一點(diǎn)，但了解它們的重要性是一個(gè)重要的信息。“

湖病毒生態(tài)學(xué)

這項(xiàng)工作源于威斯康星大學(xué)麥迪遜分校Katherine(Trina)McMahon的北方淡水湖社區(qū)科學(xué)計(jì)劃(CSP) 提案。作為美國國家科學(xué)基金會(huì)NSF資助的北溫帶湖泊長期生態(tài)研究(NTL-LTER)項(xiàng)目的一部分，Mendota湖和Trout Bog湖的微生物群落樣本定期收集數(shù)年。從3年和5年的時(shí)間序列中對(duì)這些宏基因組進(jìn)行測序和分析，使研究人員能夠識(shí)別社區(qū)成員，確定其代謝途徑，并在數(shù)年內(nèi)跟蹤社區(qū)的變化。

除了研究微生物群落之外，美國能源部JGI微尺度應(yīng)用小組負(fù)責(zé)人麥克馬洪和雷克斯馬爾姆斯特羅姆問合作者馬特沙利文在俄亥俄州立大學(xué)，如果他有興趣使用相同的宏基因組數(shù)據(jù)來觀察湖泊的病毒生態(tài)學(xué)。Roux開始挖掘數(shù)據(jù)集，同時(shí)還是Sullivan實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。“我知道序列數(shù)據(jù)中有很多病毒，但并不是有些病毒本身就是其他病毒的宿主，”Malmstrom說。“利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)，我們可以做的不僅僅是組裝基因組和構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，數(shù)據(jù)使我們能夠檢查群體內(nèi)的遺傳變異，并尋找病毒體與其巨型病毒宿主之間的共存和豐度模式。由于數(shù)據(jù)集中有如此多的時(shí)間點(diǎn)，您可以找到強(qiáng)大的連接。“

Trina McMahon，他的CSP數(shù)據(jù)集是這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，他說，讓病毒生態(tài)學(xué)信息有助于形成更完整的生態(tài)系統(tǒng)圖景。“我們很高興能再獲得一塊拼圖。病毒顯然在塑造整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的社區(qū)組成及其功能方面發(fā)揮著重要作用。我自己的實(shí)驗(yàn)室缺乏單獨(dú)處理病毒的專業(yè)知識(shí)，因此與Simon和Matt Sullivan的合作非常重要。我們的長期目標(biāo)是充分了解控制社區(qū)裝配和動(dòng)態(tài)的力量，以及每個(gè)血統(tǒng)的生態(tài)特征，以便創(chuàng)建更多關(guān)于淡水湖如何應(yīng)對(duì)氣候和土地利用變化的預(yù)測模型，生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模。“

新的病毒多樣性

除了將公共數(shù)據(jù)庫中的病毒數(shù)量增加一倍之外，時(shí)間序列還允許Roux及其同事看到病毒的生態(tài)特征 - 如果季節(jié)或特定微生物豐富等因素影響了他們自己的存在。通過共現(xiàn)分析，研究人員將病毒體與已知的巨型病毒譜系序列聯(lián)系起來，并提出存在3個(gè)被病毒感染的新候選巨型病毒群。這些共現(xiàn)分析還使他們能夠找到巨型病毒序列和特定真核宿主之間的假定關(guān)聯(lián)。

“這些發(fā)現(xiàn)是基于相關(guān)性的，”Roux指出，“但它是宏基因組學(xué)用例的一個(gè)很好的例子。Metagenomes幫助我們不僅發(fā)現(xiàn)了新的病毒多樣性并確定了它在生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)該做些什么，而且它幫助我們設(shè)計(jì)了關(guān)于病毒 - 宿主相互作用的假設(shè)和后續(xù)實(shí)驗(yàn)，因此我們不僅盲目地拋棄了廣泛的網(wǎng)絡(luò)。