近日，海洋三所海洋生物遺傳資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董西洋研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)成銳教授等科研團(tuán)隊(duì)，在國際知名期刊

Nature Communications

論文第一作者為海洋三所韓迎春助理研究員與碩士研究生廖靜，通訊作者為海洋三所董西洋研究員與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)成銳教授，相關(guān)合作單位還包括浙江大學(xué)、中科院海洋研究所、大連海事大學(xué)、上海交通大學(xué)、寧波東方理工大學(xué)等。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等資助支持。

深海冷泉是全球海洋中重要的極端生境，其高壓、低溫及富含碳?xì)浠衔锏沫h(huán)境孕育了多樣的深部微生物群落。病毒在該環(huán)境中數(shù)量豐富、活動頻繁，是影響微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的重要生物因子。見

oceanexplorer.noaa.gov/expedition-feature/okeanos-ex1903-background-seeps

這項(xiàng)研究整合來自全球17個(gè)深海冷泉站位的191份沉積物樣品的宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，共獲得3,813個(gè)種水平的微生物基因組，以及13,336個(gè)病毒基因組。隨后在3,813個(gè)微生物基因組中，鑒定出36,783個(gè)防御相關(guān)基因和26,389套防御系統(tǒng)，其中約63%為此前未見報(bào)道的候選防御系統(tǒng)，顯示深海冷泉微生物具有豐富而多樣的潛在抗病毒機(jī)制。

冷泉微生物防御系統(tǒng)概況

多類防御系統(tǒng)在微生物基因組中表現(xiàn)出聚集特征，常以防御島形式存在（見下圖）；相關(guān)性分析結(jié)果表明不同冷泉防御系統(tǒng)之間可能通過協(xié)同作用共同抵御病毒的侵染；結(jié)合宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析表明，這些防御系統(tǒng)在原位環(huán)境中具有一定的轉(zhuǎn)錄活性。

在病毒側(cè)，共檢測到1,197個(gè)抗防御基因，部分病毒基因組包含兩種及以上抗防御基因，提示病毒可通過多路徑策略應(yīng)對宿主的免疫屏障。此外，通過宿主和病毒的關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)部分關(guān)鍵代謝類群（如甲烷厭氧氧化古菌、硫酸鹽還原菌等）攜帶較豐富的防御系統(tǒng)。微生物防御基因豐度與甲烷厭氧氧化、硫酸鹽還原和固氮等關(guān)鍵代謝功能基因豐度呈顯著正相關(guān)，提示病毒侵染及宿主防御響應(yīng)可能對冷泉沉積物中的能量代謝過程產(chǎn)生影響，并進(jìn)而參與深海生物地球化學(xué)循環(huán)的調(diào)控。關(guān)鍵代謝類群對應(yīng)病毒也演化出相匹配的抗防御策略，反映出長期互作背景下形成的適應(yīng)性演化格局。

冷泉微生物防御系統(tǒng)與病毒抗防御系統(tǒng)的互作

該研究還對部分候選防御系統(tǒng)開展了功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，多套系統(tǒng)在異源表達(dá)條件下表現(xiàn)出對不同噬菌體的抑制作用，表明深海冷泉環(huán)境中蘊(yùn)含具有潛在應(yīng)用價(jià)值的抗病毒分子資源，為理解極端生境中病毒—宿主互作機(jī)制提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

冷泉候選防御系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)構(gòu)域預(yù)測

結(jié)語

這項(xiàng)研究為深海冷泉病毒與微生物在極端環(huán)境下的防御互作提供了系統(tǒng)證據(jù)。通過對大規(guī)模基因組數(shù)據(jù)的比較分析，揭示了病毒壓力在冷泉生態(tài)中的廣泛影響，以及微生物通過多樣化防御機(jī)制應(yīng)對病毒侵染的適應(yīng)策略。研究結(jié)果為深入認(rèn)識深部生命的生態(tài)功能、環(huán)境響應(yīng)機(jī)制，以及深海生物資源和新型生物防御機(jī)制的發(fā)掘提供了研究基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-68174-6