冷泉是全球大陆边缘发生油气流体和天然气渗漏的深海环境。气态和液态碳氢化合物的持续渗漏促进了当地生物多样性和微生物活动，主要以厌氧甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌为主。与细菌和古菌一样，深海冷泉沉积物中含有大量新颖且多样的病毒，它们在影响微生物及其相应的生物地球化学循环中发挥着重要作用。然而，冷泉病毒的多样性和分布模式、病毒与微生物的相互作用、对环境的适应机制以及病毒的微观多样性等方面的研究仍相对较少。

图1 冷泉病毒适应环境的生态策略

通过分析南海海马冷泉不同发育阶段的沉积物宏基因组数据，研究者一共鉴定出338个种水平上的高质量病毒基因组；通过计算机预测发现这些病毒可侵染36个细菌和古菌门类。在获得的487个微生物基因组中共识别到43种抗病毒系统家族；多样化的抗病毒防御系统揭示了冷泉微生物-病毒之间存在频繁的相互作用。冷泉病毒具有多种环境适应策略，包括抗防御系统、逆转录酶、辅助代谢基因和可变遗传编码现象等（图1）。在进化模式上，冷泉病毒种群具有极低的核苷酸多样性，这一结果受微生物宿主、沉积物深度和冷泉发育阶段等多因素的影响。绝大多数冷泉病毒基因受到强烈的纯化选择，并随冷泉发育阶段而不同。总体上，这项工作首次初步讨论了海底生物圈中病毒的环境适应机制和进化模式。

上述成果发表在中科院一区TOP期刊《The ISME Journal》上，题为“Viruses in deep-sea cold seep sediments harbor diverse survival mechanisms and remain genetically conserved within species”。硕士研究生彭用一为论文的第一作者，董西洋研究员为通讯作者。来自自然资源部第三海洋研究所、中山大学、中国科学院南海海洋研究所、上海交通大学、浙江大学、中国科学院深海科学与工程研究所和加拿大卡尔加里大学等单位的共同作者对本研究做出了重要贡献。本研究得到了自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费、福建省自然科学基金项目和同济大学海洋地质国家重点实验室开放课题等科研项目的资助。

相关论文：

Y. Peng, Z. Lu, D. Pan, L.-D. Shi, Z. Zhao, Q. Liu, C. Zhang, K. Jia, J. Li, C.R.J. Hubert, X. Dong. Viruses in deep-sea cold seep sediments harbor diverse survival mechanisms and remain genetically conserved within species. ISME J. 2023; https://doi.org/10.1038/s41396-023-01491-0.