病毒是土壤生态系统中普遍存在的生物实体，据保守估算，全球病毒粒子数量达到10^31个，这相当于现今可观察宇宙的恒星数量。噬菌体是一类以细菌为宿主的病毒。通常来讲，噬菌体的基因组长度在40-50kbp左右。但有一类特殊的噬菌体-巨噬菌体，它的基因组长度会超过200kbp，甚至大于一些细菌的基因组大小，因此一些生物学家认为巨噬菌体可能是介导生命与非生命体之间演化的重要桥梁。目前对于巨噬菌体的起源主要存在两种假说，一种认为巨噬菌体多点起源于普通的小噬菌体；而另一种认为其起源于远古细菌，是细菌不断丢失自身细胞所需基因而形成的一类特殊生命。已有研究发现巨噬菌体携带许多特殊功能，比如它能够通过编码CRISPR V型系统来增强宿主的免疫能力，在宿主细胞内形成一种特殊的类细胞核结构以保护自己的DNA复制。然而由于分离及测序技术限制，巨噬菌体还很难被纯化培养或者被宏基因组拼接获得。至今通过分离培养的巨噬菌体物种数仅有一百余个，宏基因组组装获得的巨噬菌体物种数尚不超过一千个，并且绝大数来源于水体和动物肠道。目前几乎没有文章探讨土壤巨噬菌体群落的演化及生态意义，我们对于土壤巨噬菌体群落物种多样性，演化起源及其功能特征仍缺乏了解。中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队苏建强研究组采集了青藏高原冰川退化区0到130年年代序列的土壤样品。通过改良土壤病毒组富集技术，研究团队在巨噬菌体研究方面主要取得以下几点突破：（1）发现了412个新的巨噬菌体种群，通过与全球巨噬菌体的系统演化比较，表明这些新发现种群扩张了超70 %的巨噬菌体系统演化多样性。（2）通过构建全球巨噬菌体保守核心蛋白质组隐马科夫模型，发现来源于冰川退化区99 %以上的小噬菌体完整基因组编码的巨噬菌体核心蛋白质组同源序列不会超过四个，表明巨噬菌体与小噬菌体具有显著不同的基因组成及演化路径。（3）进一步通过搜索携带超过四个巨噬菌体核心蛋白同源序列的低质量病毒基因组（<200 kbp 和 >50 kbp），研究团队确定了超一千个隐藏于短片段噬菌体重叠群中的潜在巨噬菌体基因组，暗示巨噬菌体在土壤生态系统中扮演的许多特殊角色可能被掩盖。（4）通过巨噬菌体与普通小噬菌体的功能基因比较分析，发现巨噬菌体携带丰富的CRISPR-Cas12系统，核糖体编码基因以及多种核苷酸，碳代谢相关基因，而普通小噬菌体主要编码噬菌体自身DNA复制，病毒粒子组装及结构相关蛋白。（5）研究团队还发现土壤巨噬菌体群落结构，功能组成及演化模式在冰川退化前期（0-40年）和后期（41-130年）存在显著差异。相较于冰川退化前期，冰川退化后期分布的巨噬菌体具有更高的物种及系统演化多样性，以及遗传变异，并且编码更少的宿主抗逆代谢通路相关基因。研究成果以Evolutionary diversification and succession of soil huge phages in glacier foreland为题，发表在微生物学领域内顶级期刊Microbiome。中国科学院城市环境研究所特别研究助理廖虎为第一作者，苏建强研究员为通讯作者。朱永官院士等对论文进行了指导。研究工作得到第二次青藏高原科考项目 (STEP, 2021QZKK0103)，国家自然科学基金（面上项目：4237070301，中比国际合作项目：42161134002）以及中国科学院特别研究助理项目的支持。![]()
冰川退化区巨噬菌体物种系统演化多样性及其编码的CRISPR-Cas V型系统多样性
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