为期二十年的宏基因组时间序列研究揭示了淡水生态系统中巨型病毒的进化动态

《Nature Communications》：Vicennial metagenomic time series unveils evolutionary dynamics of giant viruses in a freshwater ecosystem

　　

摘要

巨型病毒在水生生态系统中扮演着至关重要的角色，然而它们对环境变化的进化响应，尤其是在淡水环境中，目前尚不完全清楚。我们分析了美国门多塔湖（Lake Mendota）2000年至2019年间的471个宏基因组数据，重建了1512个巨型病毒的基因组，从而揭示了病毒基因组的进化情况。Imitervirales目病毒在病毒组中占主导地位，并且这一趋势在各个季节和年份中都保持一致。研究结果表明，基因复制（占基因总数的23%）和水平基因转移（占29%）是推动基因组创新的主要因素。共现网络分析显示，在2009年引入一种入侵性捕食性浮游动物后，病毒与宿主之间的相互作用有所增加，其中Bigyra、Perkinsea和Euglenozoa类生物可能是这些病毒的潜在宿主。单核苷酸多态性分析表明，病毒基因主要经历了纯化选择，但在入侵后，与感染相关的基因经历了显著的正向选择。比较进化分析显示，巨型病毒的基因组替换率与共存的细菌相似，但明显低于较小的双链DNA噬菌体，这表明它们既具有稳定性又具有适应性。我们的研究表明，淡水巨型病毒采用了多种进化策略来应对环境变化。这些结果强调了它们在淡水生态系统动态中的重要作用，尽管这种作用常常被忽视。