《Nature Communications》：Diversity and ecological roles of hidden viral players in groundwater microbiomes
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本研究针对地下水生态系统中病毒角色认知空白，通过对Hainich CZE七个井的宏基因组/宏转录组分析，鉴定出257,252个新型vOTU，揭示病毒主要靶向Proteobacteria、CPR细菌和DPANN古菌，发现3,378个vOTU携带碳氮硫循环相关AMG，为理解病毒驱动地下水微生物代谢重构及生物地球化学循环提供新范式。
在黑暗且能量匮乏的地下水生态系统中，微生物群落通过独特的适应性机制维持着生态系统的运转。然而，作为微生物世界的重要调控者——病毒，在这些神秘地下环境中的作用却长期处于研究盲区。由于缺乏系统性研究，科学家们对地下水病毒多样性、宿主相互作用机制及其对生物地球化学循环的贡献知之甚少。这一认知缺口限制了人们对地球关键带（Critical Zone）中微生物生态功能的完整理解。
为揭开地下水病毒的神秘面纱，研究团队对德国海尼希关键带观测站（Hainich CZE）七个监测井开展了大规模组学分析。通过对1.24 Terabases宏基因组和宏转录组数据的深度挖掘，研究人员鉴定出257,252个病毒操作分类单元（vOTU，长度≥5 kb）。令人震惊的是，与全球海洋、淡水等公开数据集相比，99%的vOTU在目、科、属水平上均为全新发现，凸显了地下水病毒群落独特的进化地位。
计算生物学方法预测显示，这些病毒主要靶向地下水中的优势微生物类群：变形菌门（Proteobacteria）、候选门级辐射（CPR）细菌和DPANN古菌。通过分析病毒-宿主丰度比、CRISPR间隔序列和原噬菌体特征，研究揭示了CPR/DPANN谱系与其宿主、病毒之间存在多层级的复杂相互作用网络。
更引人注目的是，研究在3,378个vOTU中鉴定出289个KEGG代谢模块相关的辅助代谢基因（AMG），其中31.1%涉及碳、氮、硫等关键元素循环。这些AMG可能通过代谢重编程机制，直接影响地下室的生物地球化学过程。该研究发表于《Nature Communications》，为揭示病毒调控地下水微生物群落动态及生态功能提供了里程碑式的见解。
关键技术方法包括：从Hainich CZE七个监测井采集地下水样品，进行宏基因组和宏转录组测序（数据量1.24 Tb）；使用≥5 kb阈值进行病毒contig筛选和vOTU聚类；通过序列比对（vOTU与公共数据库）计算新颖性；运用生物信息学工具进行宿主预测（基于序列相似性、CRISPR间隔区匹配等）；采用功能注释方法鉴定AMG及其参与的KEGG代谢模块。
研究结果分析：
病毒群落组成与新颖性
通过大规模组学数据分析，研究团队发现地下水病毒群落具有极高的新颖性。与全球海洋、淡水等环境相比，99%的vOTU在高级分类水平上代表全新病毒类群，说明地下水环境孕育了独特的病毒进化谱系。
病毒-宿主相互作用网络
宿主预测分析表明，地下水病毒主要感染Proteobacteria、CPR细菌和DPANN古菌这些活跃的土著微生物。多种证据（丰度相关性、CRISPR防御系统、原噬菌体）提示存在复杂的多层级跨界相互作用。
病毒编码的代谢潜能
研究鉴定出3,378个vOTU携带289个KEGG代谢模块相关的AMG，这些基因可能通过劫持宿主代谢途径，直接参与碳、氮、硫等关键生物地球化学循环过程。
研究结论与意义：
本研究首次系统揭示了地下水生态系统病毒群落的高度多样性和独特进化地位。病毒通过与优势微生物类群（特别是CPR/DPANN）的复杂互作网络，以及编码涉及关键元素循环的AMG，深刻影响着地下室的微生物群落结构和生态功能。这些发现不仅拓展了我们对地球关键带病毒生态角色的认知，还为理解病毒驱动的地下生态系统功能提供了新的理论框架。该研究建立的数据库和方法体系将为未来地下水病毒生态学研究奠定重要基础。
