病毒是生物圈中最丰富的生物实体[1]，能够感染生命三大领域的成员。它们存在于多种环境中，在全球生物地球化学循环和微生物种群动态中发挥着重要作用[2]。感染古菌的病毒表现出显著的形态多样性和令人印象深刻的遗传多样性，因为75%的病毒基因与其他已知基因缺乏显著的序列同源性[3]。尽管病毒在生态系统中起着重要作用，但人们对古菌中的病毒-宿主相互作用知之甚少。
在自然环境中，微生物面临着持续的病毒捕食威胁，因此进化出了多种防御系统，每种系统针对病毒生命周期的不同阶段[4]、[5]、[6]。相应地，病毒也发展出了复杂的反防御策略来克服这些防御[7]、[8]，这突显了推动微生物与其病毒之间军备竞赛的选择压力。这种军备竞赛的特点是高突变率和水平基因转移，导致宿主和病毒的遗传特征快速进化以及遗传多样性增加[7]、[9]。此外，这种军备竞赛被认为对全球营养循环和气候[10]、[11]、生物圈动态[12]以及人类病原体的毒力进化[13]有影响。
为了成功感染，病毒必须首先通过识别特定的宿主受体吸附到细胞表面。在细菌中，这些受体通常是表面成分[14]。为了对抗病毒感染，细菌可以通过随机突变或表型变异改变其细胞表面，从而掩盖受体并减少噬菌体的吸附[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。然而，在古菌中，仅识别出有限数量的受体。先前的研究表明，古菌病毒会结合宿主表面的S层糖蛋白或丝状结构[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。与细菌类似，古菌也可以通过突变其表面成分来逃避病毒感染[24]、[27]、[30]、[31]、[32]、[33]。
一旦病毒进入细胞，它们的基因组会被复制，然后形成新的病毒颗粒并从宿主细胞中释放。然而，为了能够产生后代病毒颗粒，病毒必须克服细菌和古菌表达的几种防御系统（见表S6）。吸附、病毒进入和细胞内防御机制影响病毒的宿主范围，即病毒能够感染并成功产生后代的细胞类型和宿主物种的范围[34]。不同病毒的宿主范围各不相同。最近在细菌中的研究表明，抗病毒防御系统的存在与宿主对病毒感染的易感性相关，其中防御系统数量越多，对病毒的抵抗力越强[35]。
细菌和古菌的防御系统大致可以分为：(i) 针对病毒核酸的系统（例如，限制-修饰（RM）系统及其相关的Cas蛋白（CRISPR-Cas）；(ii) 导致宿主死亡的失败性感染（Abi）系统；(iii) 其他类型的系统[4]。
RM系统已在超过90%的所有测序的细菌和古菌基因组中被发现[36]，并赋予对多种外染色体元素（如病毒和质粒）的抵抗力[37]。在古菌中，RM系统已在嗜热古菌[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、产甲烷古菌[44]、[45]、[46]和嗜盐古菌[47]、[48]中被识别和描述。CRISPR-Cas系统存在于约90%的古菌基因组中，而且一个基因组中常常存在多种不同的CRISPR-Cas系统[49]、[50]。第一个在Thermoproteota类中体内展示CRISPR-Cas介导防御的古菌系统是Saccharolobus solfataricus P2和Saccharolobus islandicus REY15A菌株[51]、[52]。进一步研究酸热菌的CRISPR间隔序列发现其与fuselloviruses、rudiviruses和β-lipothrixviruses有匹配[53]。CRISPR-Cas系统也在盐光古菌中被发现[54]。
报道的古菌失败性感染系统包括毒素-抗毒素（TA）系统[59]、[70]、[71]和利用失败性感染的环状寡核苷酸信号系统（CBASS）[72]。
在古菌中发现的其他已知防御系统还包括超感染排斥[25]、[55]、[56]、[57]、[58]、[59]、休眠[60]、DNA磷酸硫代化[61]以及argonaute蛋白[62]、[63]、[64]、[65]、[66]、[67]、[68]、[69]。
在古菌中发现了许多细菌的防御系统，但最近的研究也显示了一些古菌特有的防御系统[73]、[74]。此外，古菌基因组中含有许多未表征的基因，这些基因可能编码尚未发现的抗病毒防御蛋白和途径。尽管在古菌中已经识别出防御系统，但这些系统如何影响病毒宿主范围或这些防御系统的积累是否使宿主更耐病毒感染仍不清楚。
在这项研究中，首次系统地分析了盐光古菌宿主基因组中编码的抗病毒防御系统与其病毒宿主范围之间的关系。使用了盐光古菌及其毒力病毒的组合，利用了这些病毒在古菌培养物上形成菌斑的能力。利用生物信息学工具识别了20种最近测序的盐光古菌菌株中存在的防御系统，并将其与它们对几种古菌尾病毒（arTVs）的易感性进行了关联[75]。该分析表明，抗病毒防御系统的数量与宿主菌株的病毒易感性之间存在潜在的弱相关性。这也表明，宿主细胞上病毒受体的可用性是决定病毒宿主范围的主要因素。
