西湖大学鞠峰团队Environ. Int.：揭示太湖水生病毒的季节更替、宿主关联和生化作用

环境人Environmentor · 公众号 · · 2024-12-04 15:35

正文

蓝藻水华是世界各国共同面临的重要水环境污染问题之一，理解其背后复杂的生物学和生态学机制是科学预测、监控和治理蓝藻水华的关键。病毒被认为在生物地球化学循环和生态系统功能维持方面发挥着重要作用。然而，目前对于在富营养化淡水生态系统中，特别是在经历由微囊藻主导的有害藻华（Harmful Algal Blooms，HABs）的湖泊中，病毒的动态及其与宿主的关联仍然了解甚少。太湖是中国第三大淡水湖，也是周边居民饮用水和灌溉用水的重要来源，但长期受到富营养化和蓝藻水华的困扰。每年，太湖都会发生由微囊藻主导的有害藻华，对水质、生态环境以及人类健康造成严重影响。

西湖大学工学院鞠峰团队在揭秘蓝藻肽类介导蓝藻水华期间微生物群落构建机制的基础上(Gao et al., 2022),进一步通过太湖水体中的浮游微生物群落的深入宏基因组学研究，揭示了病毒群落的季节性演替、病毒-宿主关系以及病毒编码的辅助代谢基因对于微生物生态学和生物地球化学过程的重要意义。该研究成果以“Seasonal succession, host associations, and biochemical roles of aquatic viruses in a eutrophic lake plagued by cyanobacterial blooms”为题发表在环境领域国际知名期刊《Environmental International》。鞠峰实验室博士生袁凌为第一作者，西湖大学副教授鞠峰为通讯作者。

主要发现

1、病毒群落的季节性演替

研究发现太湖湖泊病毒群落展示出 明显的季节性变化 ，主要受到微生物群落（特别是蓝藻和拟杆菌门）和环境因素（如营养盐浓度和温度）的驱动。这表明病毒与宿主微生物以及环境条件密切相关（图1）。

图1：太湖病毒群落的季节演替和驱动因素

2、病毒对氮循环的影响：

宿主预测分析表明，与氮循环相比，更多数量的病毒可以侵染具有磷调控功能的细菌宿主。然而，侵染磷调控宿主的病毒在不同季节相对稳定， 病毒感染对由细菌主导的氮循环路径有更显著的影响 。病毒可能通过影响宿主细菌，调节湖泊中的氮循环过程（图2）。

3、有害藻华对病毒策略的影响

同时，藻华时期的微生物组成和环境条件变化影响了病毒的生存策略，包括生活方式、宿主范围和病毒编码的辅助代谢基因（vAMGs）的分布。感染变形菌门和放线菌门的病毒在藻华高峰期表现出更强的溶源性（潜伏期）和更窄的宿主范围，而感染拟杆菌门的病毒则表现出相反的策略。

图2：感染参与氮、磷循环的微生物宿主的病毒群落丰度

4、病毒编码的辅助代谢基因（vAMGs）作用

通过分析病毒编码的辅助代谢基因（vAMGs）作用发现，在藻华爆发前的春季，vAMGs丰度最高， 这些基因补充了宿主细菌的代谢功能，包括碳水化合物代谢、光合作用和磷调节 等（图3）。这表明病毒通过vAMGs影响了宿主的代谢过程，进而影响了湖泊的生物地球化学循环。

图3：太湖中病毒编码的辅助代谢基因

图4：富营养化淡水生态系统中病毒、微生物和环境因素之间的生态联系。

研究意义

该研究揭示了病毒、宿主微生物和藻华环境之间的复杂互动关系（图4），强调了病毒在富营养化淡水生态系统中的重要生化角色(Yuan et al., 2024)理解这些关系有助于我们深入认识病毒在生态系统功能和物质循环中的作用，为治理有害藻华和保护淡水生态环境提供了新的视角。病毒在太湖等富营养化湖泊中扮演着关键角色，不仅影响微生物群落的结构和功能，还通过编码辅助代谢基因调节生物地球化学过程。未来的研究应进一步关注病毒如何响应环境变化，以及它们在生态系统平衡中的作用机制。

病毒在太湖等富营养化湖泊中扮演着关键角色，不仅影响微生物群落的结构和功能，还通过编码辅助代谢基因调节生物地球化学过程。未来的研究应进一步关注病毒如何响应环境变化，以及它们在生态系统平衡中的作用机制。

参考文献：

1、Gao, H., Zhao, Z., Zhang, L. and Ju, F. 2022. Cyanopeptides restriction and degradation co-mediate microbiota assembly during a freshwater cyanobacterial harmful algal bloom (CyanoHAB). Water Res 220, 118674.

2、Yuan, L., Yu, P., Huang, X., Zhao, Z., Chen, L. and Ju, F. 2024. Seasonal succession, host associations, and biochemical roles of aquatic viruses in a eutrophic lake plagued by cyanobacterial blooms. Environ Int 193, 109125.

来源： 环境微生物组与生物技术实验室。投稿、合作、转载、进群，请添加小编微信Environmentor2020！环境人Environmentor是环境领域 最大的学术公号 ，拥有近 15W+活跃读者 。由于微信修改了推送规则，请大家将环境人Environmentor加为星标，或每次看完后点击页面下端的 “在看” ，这样可以第一时间收到我们每日的推文！环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个，欢迎大家加小编微信Environmentor2020，我们会尽快拉您进入对应的群。