在淡水湖泊中，微生物調(diào)節(jié)碳的流動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。)Virophages可以改變巨型病毒與其宿主真核細(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，則病毒體限制了巨型病毒有效復(fù)制的能力。這減少了巨型病毒對營養(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個新的序列。 virophages。2017年10月11日在Nature Communications報道，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)量翻了一番。

“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，但到目前為止還沒有人有很長的時間序列。它曾經(jīng)在這里嗎?總是?我們從來沒有真正知道這一點，但它是了解其重要性的重要信息。”

這項工作源于威斯康星大學(xué)麥迪遜分校KT(Trina)McMahon參與的北方淡水湖社區(qū)科學(xué)計劃(CSP)提案。作為國家科學(xué)基金會NSF資助的北溫帶湖泊長期生態(tài)研究(NTL-LTER)項目的一部分，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年的時間序列中對這些宏基因組進(jìn)行測序和分析，使研究人員能夠識別社區(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。

除了觀察微生物群落之外，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俄亥俄州立大學(xué)的合作者馬特沙利文是否有興趣使用相同的宏基因組數(shù)據(jù)來觀察湖泊'病毒生態(tài)學(xué)。Roux開始挖掘數(shù)據(jù)集，同時還是Sullivan實驗室的博士后研究員。“我知道序列數(shù)據(jù)中有很多病毒，但并不是說有些病毒本身就是其他病毒的宿主，”Malmstrom說。“利用時間序列數(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)使我們能夠檢查種群內(nèi)的遺傳變異，并尋找病毒與巨型病毒之間的共存和豐度模式。主機(jī)。由于數(shù)據(jù)集中有如此多的時間點，您可以找到強(qiáng)大的連接。“

Trina McMahon，其CSP數(shù)據(jù)集是這項工作的基礎(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。“我們很高興有一個難題。病毒顯然在塑造整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的社區(qū)組成和功能方面起著重要作用。我自己的實驗室缺乏單獨處理病毒的專業(yè)知識，因此與西蒙合作Matt Sullivan是如此重要。我們的長期目標(biāo)是充分了解控制社區(qū)組裝和動態(tài)的力量，以及每個血統(tǒng)的生態(tài)特征，以便創(chuàng)建更多關(guān)于淡水湖泊如何應(yīng)對氣候的預(yù)測模型。土地利用變化，在生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模上。“

除了將公共數(shù)據(jù)庫中的病毒數(shù)量增加一倍之外，時間序列還允許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)。

“這些研究結(jié)果是基于相關(guān)性的，”Roux指出，“但它是宏基因組學(xué)用例的一個很好的例子.Matagenomes幫助我們不僅發(fā)現(xiàn)新的病毒多樣性并確定它應(yīng)該在生態(tài)系統(tǒng)中做些什么，而且它幫助我們設(shè)計假設(shè)和關(guān)于病毒 - 宿主相互作用的后續(xù)實驗，所以我們不僅盲目地拋出一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)。“