NC 2024.10 | 海洋病毒组又一里程碑！南极海洋病毒数据新纪元

病毒是微生物死亡的主要和数量上占优势的因子，同时也是生物多样性的驱动力。它们在塑造海洋中的微生物群落和生物地球化学循环中扮演着重要角色，海洋中三分之二的生物量是微生物。理解病毒的生态意义需要对其多样性有全面的了解。病毒宏基因组学已经彻底改变了海洋病毒生态学，揭示了病毒群落结构、生物地球化学角色、进化轨迹和分类多样性。然而，像南大洋这样的关键海洋区域仍然研究不足。

南大洋在全球海洋循环中起着关键作用，吸收了超过40%的人为二氧化碳排放，因此在调节气候变化中发挥着至关重要的作用。这一过程在很大程度上是由微生物活动驱动的，强调了研究病毒对这些微生物宿主的影响的必要性。短暂的极地生产季节导致了（微）生物活动和群落组成的显著时间动态。南极海洋微生物的病毒裂解也报告了显著的季节变化。然而，我们对病毒群落的多样性和动态的理解仍然有限。少数几个研究它们的宏基因组特征的研究表明，由于样本数量有限和采样时间范围狭窄，提供了有限的视角。

本研究深入探讨了南极海洋dsDNA病毒多样性的复杂季节变化。它在西南极半岛的玛格丽特湾（Marguerite Bay）的整个生产季节（24个采样日）具有高时间分辨率。我们通过结合多种针对特定病毒类群的病毒检测和分类方法，推进并扩展了海洋病毒多样性的目录。此外，对病毒宿主动态的季节变化的更好理解突出了病毒在南大洋作为多样性和演替驱动者的生态重要性。因此，本研究为理解这个特别敏感于全球气候变化区域的动态建立了一个必要的基础。

南极病毒群落拥有多样化的分类群

为了探索南极海洋病毒的动态及其与宿主的相互作用，我们生成了来自病毒（<0.22微米和自由DNA消化）和细胞（>0.22微米）不同大小生物体的配对宏基因组。病毒宏基因组总计887百万条读段，被共同组装成161,651个病毒scaffolds，其中8045个是中等至高质量（>10 kb或>70% CheckV完整性，补充数据1）。病毒读数占病毒分数宏基因组的59%（The viral reads represented 59% of the viral fraction metagenomes），平均有4%的读数没有映射到共同组装中（补充图1a）。样本稀有度和物种积累曲线显示我们对该地点的测序深度足够，样本覆盖度也足够（补充图2a，b）。病毒分数宏基因组显示出病毒序列的明显富集和细胞标记的耗竭（补充图1a，b）。中到高质量的病毒序列聚类成7957个vOTUs。当将中到高质量的病毒框架与全球和南大洋病毒组（GOV和SOV）进行比较时，我们发现75%的病毒序列在物种级别上是新颖的。

最常见的和丰富的病毒是带有尾部的dsDNA噬菌体，属于Caudoviricetes类（图1a-c），其数量比其他病毒多53倍，占所有框架的75%（图1b，c）。我们进一步使用PhaGCN2将Caudoviricetes序列分类到科水平，除了Crassvirales目，该目是使用针对性方法进行表征的。可以识别出各种Caudoviricetes类群的组成病毒丰度的季节性模式，尤其在细胞分数中更为明显（图1c，d）。病毒和细胞分数中不同的丰度模式可能是由于裂解和溶原病毒感染的季节性动态，因为细胞分数中的病毒读数可以反映活跃复制和溶原病毒感染，而病毒分数由自由病毒颗粒组成。例如，kyanoviruses在病毒和细胞宏基因组中的出现模式不同，病毒分数中的读数少于细胞宏基因组。同样，Autographiviridae家族序列是最丰富的（平均11%病毒分数和3.5%细胞分数读数），并在夏季显示出增加的病毒生产力，反映在1月中旬至2月细胞分数中更高的丰度（图1c，d）。少数病毒（0.36%读数或279框架）被识别为古菌病毒，其丰度在11月至1月间较高（图1e），许多被分类为Thumleimavirales。

丰富的真核病毒属于核细胞质大DNA病毒门(Nucleocytoviricota)（最初为核细胞质大型DNA病毒），Polintoviricetes类（polinton样病毒或PLVs）和Maveriviricetes类（virophages），以及Circoviridae家族（ssDNA；图1b，c，f）。Nucleocytoviricota病毒（NCVs）是最丰富的真核病毒，分别占细胞和病毒分数读数的12.4%和1.6%。2018年3月和12月，NCV在细胞分数中的丰度激增，分别占病毒读数的27%和77%，暗示NCV生产的增加。PLVs构成了病毒多样性的重要部分，占1678个scaffold。其中，53个的CheckV完整性高于50%，六个包含末端重复。总共有243个超过10 kb，这可能代表接近完整的基因组，因为它们的长度通常在20 kb左右。PLVs也构成了读数的显著比例，平均分别为细胞和病毒分数的3.5%和1.2%（图1d，e）。2019年1月，细胞分数中病毒读数的最大值可能反映了细胞宿主丰度的增加，而不是裂解病毒感染，因为这些是真核生物的内源病毒元素。与此同时，它们在病毒分数中的丰度和检测可能表明转向活跃感染状态。

尽管所使用的标准Illumina文库制备方法对ssDNA病毒存在偏见，我们还是识别出五个scaffold被分配到Microviridae家族（非包膜噬菌体），两个属于丝状Inoviridae家族（均感染细菌），以及16个属于真核特有的Circoviridae家族。我们不期望ssDNA病毒在DNA病毒群落中占有显著比例，因为先前使用偏向ssDNA病毒的方法的调查仍然发现dsDNA病毒占主导地位。

Fig. 1 Taxonomic diversity ofAntarctic dsDNA viruses over the productive season. a Gene sharing network of mid to high-quality viral contigs (>10 kb or 70% complete) coloured by taxonomic classification (see panel b for legend). The node size represents the maximum read abundance over the whole virome dataset. The shaded cluster was determined manually by overlaying the cenote-taker2 taxonomy. Family level taxonomy for Caudoviricetes predicted using PhaGCN2. Nucleocytoviricota, Maveriviricetes, Polintonviricetes, and Crassvirales were classified with a costume approach. b Number of scaffolds classified to each taxonomic rank (other represents ranks with less than 50 scaffolds). c–f Read abundance for viral taxa, reads were mapped to all scaffolds and abundance normalized to the total viral reads for all viruses in the viral fraction(<0.22 µm) (c) and cellular fraction (>0.22 µm) (d) and for archaeal viruses (f) and eukaryotic viruses (e) in the viral fraction (< 0.22 µm). Note that the are compositional and the total virus particle abundances (Fig. 3c). The dashed vertical line indicates the winter sampling gap between April and November 2018.

南极病毒多样性对季节变化的响应

病毒群落在采样期间发生了变化，可以划分为四个不同的簇（图2a，b），每个簇代表生产季节（11月至3月）的特定时期，具有不同的环境条件。早夏（簇D）的特征是低水温、高盐度、高溶解无机营养物质浓度、低叶绿素a（Chl-a）浓度以及低细菌和病毒丰度。在仲夏（簇A），温度的升高导致海冰融化，随后盐度降低和更强的分层（混合层深度变浅）。因此，光合有效辐射（PAR）的增加与Chl-a浓度的峰值和营养物质的耗竭相吻合，同时细菌和病毒丰度增加。晚夏（簇C）则显示出Chl-a浓度和原核生物丰度的降低，以及病毒丰度的峰值。该簇还与温度升高、海冰覆盖减少和相对低营养物质相吻合。到了秋季开始（簇B），更高的风速和降低的温度导致了混合增加和海冰形成（伴随营养物质浓度的补充和盐度的增加），以及微生物生产力的下降（低Chl-a和微生物丰度）。2018年和2019年2月分别出现两个不同的簇（C和A），表明某种年际变异。

我们使用多变量回归模型评估了病毒群落组成的环境决定因素。温度和盐度解释了社区方差的31%（p值=0.001和0.004），而无机磷（p值=0.001）、氮磷比（p值=0.016）和PAR（p值=0.077）解释了另外23%。通过比较成对的Aitchison距离，检查了病毒和微生物群落组成之间的相关性（补充图3）。在控制环境变量时，整体微生物群落组成解释了病毒群落68%的变化（部分Mantel r统计量=0.6842，p值=0.01）。与此同时，对于原核生物群落组成和噬菌体群落单独的部分Mantel r统计量为0.3411，p值为0.002。

主导病毒的丰度和时间动态与流式细胞术的总病毒计数相吻合（图2c；R²=0.82，p值=9.5×10⁻⁷），并跟随细菌（繁殖）动态（图3a）。晚夏的病毒群落由主导病毒（96% Caudoviricetes；补充数据1）的更高贡献（和数量）主导，而在11月至1月中旬则较少（图2c）。因此，在病毒丰度高的时期，病毒群落严重偏向这一小部分病毒，导致α多样性的降低（图2d和补充图2c-e）。总体而言，这些结果强调了不同季节期间病毒群落的独特性（图2c）。

Fig. 2 Seasonal dynamics of viral diversity.a Heatmap per sampling day of the clr-transformed scaffold vertical coverage (read abundance normalised by scaffold length) for mid to high quality scaffolds (> 10 kb or 70% complete). b changes of relevant environmental variables, including temperature, salinity, mix layer depth, photosynthetic active radiation (PAR), ice cover for physical variables, phosphorus, total nitrogen, silicate, and nitrogen to phosphorus ratio (N:P ratio) for chemical variables, and total Chlorophyll a (Chl-a), < 20 µm Chlorophyll a, prokaryotic cell counts, and viral particle counts for biological variables. The heatmap (a, b) are sorted vertically according to the hierarchical clustering of the clr-transformed viral abundances (dendrogram on the right). The letters on the dendrogram highlight the separate clusters referred to in the main text. c Compositional cumulative viral vertical coverage of dominant viral scaffolds (with abundance > 0.1%) for mid to high quality scaffolds. Bar colours represent the number of dominant viral scaffolds per day and black dots represent the flow cytometry viral particle counts for the same day. The Venn diagram shows the number of shared and unique dominant viral scaffolds between different periods. The grey line indicates the winter sampling gap between April and November 2018. d Shannon diversity expressed in effective number of species (ENS) for the samples (n = 24) in the high and low viral-scaffold abundance periods (box plot represent median ± quartiles and the whiskers the point range), these periods are denoted on (c), p-values for an ANOVA and pair-wise two-sided Wilcoxon tests are shown.

丰富的南极噬菌体感染共存的细菌类群

我们使用集成的噬菌体宿主预测工具iPHoP预测了2412个病毒框架的宿主。这些框架覆盖了48%的读数，这些读数映射到中到高质量的噬菌体基因组（图3d），并且与vContact2基因共享网络分析一致（补充图4）。大多数噬菌体针对三个主要的细菌类群（图3）：Gammaproteobacteria（n=769）、Flavobacteria（n=545）和Alphaproteobacteria（n=348），这些类群是南极沿海细菌群落的重要组成部分。iPHoP预测了59个病毒感染古菌，这些病毒在2月份达到高峰（图3c），与古菌的季节性丰度（图3a）和古菌簇病毒（图1e）形成对比。

感染Gammaproteobacteria的噬菌体占主导噬菌体的25%（补充数据1），表明它们在季节性病毒生产中扮演着重要角色。在12月，Gammaproteobacteria，主要是Oceanospirillales，的数量在它们的噬菌体之前显著增加（图3b-d）。在晚夏（3月），感染Gammaproteobacteria的噬菌体丰度相对较高且在增加，而宿主的丰度并不特别高（图3d）。相比之下，感染Flavobacteria的噬菌体在12月至1月期间与其宿主稳步增加（主要是Polaribacter）。感染Alphaproteobacteria的噬菌体在季节末（4月）最丰富，在下个季节开始（11月）仍然相对高，与其预测宿主的最高丰度相吻合（主要是SAR11）。此后，从12月到1月，宿主种群的下降速度比噬菌体快。

随着细菌繁殖的开始，温带噬菌体的复活

在南大洋，溶原性感染的高流行率已被广泛报道，这可能涉及到南极噬菌体在过冬期间的生存。为了阐明温带噬菌体的季节动态，我们监测了含有涉及溶原化和原噬菌体复活基因的病毒框架的丰度，特别是整合酶（n = 2502）、外切酶（n = 40）和噬菌体抑制蛋白（n = 134）。在中到高质量的噬菌体序列中，386个至少含有一个溶原基因。所有基因在细胞和病毒分数中显示出类似的季节性模式（补充图5）。以平均垂直覆盖度（读数丰度标准化为框架长度）25,157 bp bp⁻¹计算，含有整合酶的框架最为丰富（占总病毒垂直覆盖度的2.4%）。这些病毒在中夏和晚夏最为丰富，与细菌计数的增加相吻合（补充图5，图3a）。

Fig. 3 Bacteriophage and prokaryotic host dynamics.a Absolute prokaryotic abundances determined by flow cytometry, and chlorophyll a concentration. b Prokaryotic relative abundance (% of prokaryotic reads, > 0.2 µm) determined by PhyloFlash assembled 16S rRNA gene assembly at the class rank. c Absolute viral abundance determined by flow cytometry. d bacteriophage relative abundance (% of bacteriophage reads, < 0.2 µm) of mid to high-quality prokaryotic virus (longer than 10 kb or 70% complete) coloured according to the predicted host class. e abundance of viral scaffolds containing integrase expressed in vertical coverage (read bases per scaffold bases) for the viral fraction (< 0.22 µm). The grey dashed line indicates the winter sampling gap.

南极水域孕育了新型多样的Crassvirales噬菌体

我们的目标分析鉴定了62个新型crassphage序列（Crassvirales目）。其中，17个序列长度超过50 kb，18个至少有50%的完整性根据CheckV评估，七个的完整性高于95%，有两个具有直接末端重复。终止酶大亚基（TerL）的系统发育树（图4a）验证了这些序列在Crassvirales目内的系统发育位置以及它们在家族级别的进一步分类。大多数框架聚集在已知Crassvirales多样性内的新分支中，标记为C1至C4（图4a，b），以及潜在的新crassphage家族。此外，20个框架属于Steigviridae家族（Clade St，图4），该家族包括感染海洋自由生活的Flavobacteria的Cellulophaga噬菌体phi14:2。我们进一步使用门户蛋白（Portal，n=51）和主要衣壳蛋白（MCP，n=37，补充图6a，b）的系统发育来确认家族归属。这些crassphages展示了Crassvirales成员典型的基因内容和组织（图4c），所有30个核心基因在至少一个南极Crassvirales框架中被识别（补充图6c）。C2分支显示出最高的多样性和流行度，一些病毒在整个季节中持续存在，其他病毒仅在秋季（4月）和早夏（11月至1月）可检测到。

Fig. 4: Diversity and dynamics of Antarctic Crassvirales.a Unrooted maximum likelihood phylogenetic tree of the terminase large subunit (TerL) of Antarctic Crassvirales scaffolds and reference crassviruses. Crassvirales found in this study are highlighted with the orange circles (n = 62) and shaded area corresponds to the Crassvirales order. b The Crassvirales section of the phylogenetic tree is shown on the left. Reference sequences from the five existing families have been collapsed, except for the Steigviridae that is interspersed with sequences from the Antarctic samples. The vertical coverage (read abundance normalised by scaffold length) for the viral fraction ( < 0.22 µm) are shown as a heatmap.The grey dashed line indicates the winter sampling gap. c Genome map with functional gene annotations for the longest crassviruses of each of the 5 clades, noted in (b) with *. The annotated genes are coloured consistently across the genome maps. Protein abbreviations as follows, major capsid protein (MCP), portal protein, putative structural proteins (genes 73–75, 77 and 86), integration host factor subunits (IHF 53 and 54), tail stabilization protein (Tstab), PD-(D/E)XK family nuclease (PDDEXK), crassvirus uncharacterized gene 49, DnaG family primase, replisome organizer protein (Rep_Org), SNF2 helicase, DNA polymerase family A (PolA), SF1 helicase, AAA domain ATPase (ATP_43b), phage replicative helicase (DnaB), metallophosphatase (MPP), tail tubular protein (Ttub), dUTPase (dUTP).

Nucleocytoviricota病毒是南极真核病毒中的多样化和丰富群体

考虑到许多Nucleocytoviricota (NCV) 病毒的大基因组和粒子尺寸，我们使用宏基因组分箱技术在病毒和细胞分数中对它们的多样性进行了表征。这导致88个分箱的结果（图5a，补充数据2），这些分箱在系统发育上被放置在Imitervirales（n=51）、Algavirales（n=15）、候选Pandoravirales（n=4）和Pimascovirales（n=4）以及候选类Mriyaviricetes（n=9）中。此外，我们的分析恢复了五个属于候选门Mirusviricota的分箱，这些分箱与NCVs共享一些系统发育标记基因。

大多数Imitervirales分箱属于Mesomimiviridae家族（n=25），其中五个属于包括感染Prymnesiophytes Phaeocystis globosa和Chrysochromulina ericina的Tethysvirus属。一个普遍的Tethysvirus在12月的高峰（图5b，c）与P. antarctica（补充图3c）的下降相吻合，这是最丰富的Prymnesiophyceae（除了2018年2月9日和3月6日之外，Prymnesiophyceae rRNA基因读数的>99%）。其中，bin 2-643264.cc.b128是所有NCVs中最丰富的，与P. globosa病毒密切相关。剩下的20个与Imitervirales相关的分箱属于Schizomimiviridae家族，它们在晚夏（图5b）特别是在病毒分数中的丰度达到高峰（补充图7）。剩下的六个Imitervirales病毒属于Allomimiviridae家族，出现在晚夏（2月至3月；图5b，c）。

大多数Algavirales病毒属于候选家族Prasinoviridae AG_01（n=10），其中六个属于Prasinovirus属。此外，一个属于AG_3家族，三个属于AG_04（类似Raphidovirus），这些在秋季和早夏及仲夏（图5b，c）主要在细胞分数中丰富。Prasinovirus bin vRhyme.bin.4783和AG_01 bin vRhyme.bin.4827在整个生产季节的病毒分数中持续存在（补充图7）。

这九个Mriyaviruses都属于候选家族Gamadviridae，并且被发现插入到从细胞分数中恢复的更大的分箱中。这八个分箱具有高真核生物内容，代表两个未分类的真核生物和六个被分类为Phaeocystis antarctica（补充数据2）。我们假设这些病毒与它们的宿主一起被分箱，代表温和或持续感染（补充数据2），这与它们在Phaeocystis和其他真核生物的基因组组装中的存在一致。此外，在细胞分数中鉴定了五个属于候选门Mirusviricota的分箱（图5b，c）。最后，我们检测到八个NCVs，其中四个属于Pimascovirales（包括Pithovirus和Marseillevirus属），四个属于提议的Pandoravirales。细胞分数NCV组成与真核生物组成共变（部分Mantel r统计量0.2888，p值0.001），同时控制环境变量。

Fig. 5: Diversity and seasonal dynamics of Antarctic NCVs.a Unrooted maximum likelihood phylogenetic tree of Antarctic NCVs, Mirusviricota and reference genomes from isolates and marine metagenomic surveys based on 7 concatenated marker genes. b Temporal dynamics of sequencing vertical abundance (read abundance normalised by bin length, log-scaled) for the cellular fraction metagenomes (> 0.22 um). The heatmap is organized phylogenetically (rooted between mirusviruses and NCVs) and the first column represents the taxonomy (see panel a). c temporal dynamics at the family level for the cellular fraction metagenomes in bin vertical coverage (read abundance normalised by bin length). The grey dash line indicates the winter sampling gap between April and November 2018. Virus abbreviations as follows, Phaeocystis globosa viruses (PgVs), Chrysochromulina ericina and C. parva viruses (CeV and CpV), Prymnesium kappa virus (PkV), Pyramimonas orientalis virus (PoV) Tetraselmis sp. Virus (TetV), Heterosigma akashiwo virus (HaV), Bathycoccus prasinos (BpV), Ostreococcus tauri (OtV), Micromonas pusilla virus (MpV), Aureococcus anophagefferens virus (AaV) and Emiliania huxleyi viruses (EhVs).

南极virophages和polinton样病毒扩展了这些群体的已知多样性

通过针对它们独特但多样化的MCP系统发育，我们鉴定了1678个PLV（polinton样病毒）和57个virophage（virophages，病毒卫星）框架，并在家族级别上对它们进行了分类。大多数PLVs和virophages除了MCP外还拥有其他病毒标志物，例如包装ATPase或与复制相关的基因，如聚合酶B、引物酶-解旋酶或解旋酶（图6c，d）。它们的基因共享网络聚类与MCP分支一致（补充图8），而Omnilimnoviroviridae家族的病毒似乎与TsV和PgVV组PLVs共享的基因比与其他virophages多。同样，Chi组PLVs似乎与virophages共享的基因比与其他PLVs多，反映了它们复杂的进化关系。

对于virophages，我们应用了最近更新的分类框架。大多数序列属于Sputniviroviridae（n=13）和Omnilimnoviroviridae（n=12）家族。最丰富的virophage（NODE_23824）属于后者，与南极有机湖virophage密切相关。值得注意的是，我们鉴定了一个由30个virophages组成的独特的MCP分支，可能形成了一个新的virophage家族（图6a）。在这个分支中，virophage序列NODE_3533有一个假定完整的23.9 kb基因组，包含核心基因和直接末端重复（图6c）。这个序列主要在1月份出现，与NODE_23824一起，而NODE_6367和_4538在3月份最普遍。只有NODE_29197在季节的开始和结束时占主导地位。

我们通过将virophages的启动子基序与共存的NCVs（核质大DNA病毒）的晚期转录启动子基序匹配，鉴定了可能与这些virophages相关的NCVs（补充数据3和图6c），因为这些基序通常是共享的。南极Sputniviroviridae家族的virophages与两个mesomimiviruses和一个schizomimivirus匹配。在Omnilimnoviroviridae家族中，一个与mesomimivirus匹配，两个与prasinoviruses匹配。新的分支主要与prasinoviruses匹配，而mesomimiviruses与一个schizomimivirus、一个mirusvirus和一个pandoravirus各匹配一个。我们根据对这个群体的先前调查对PLVs进行了分类，因为大多数分支没有正式的分类学分类。值得注意的是，南极PLVs占据了大多数MCP系统发育组，除了主要包含Opisthokonta基因组内源MCP和动物adintoviruses的A和B分支。另外，我们定义了三个独立的组（X1、X2和X3），参考病毒来自之前的X40分支和TriMCP57群。这些组似乎来自表现出高度分化的MCP基因三倍化的单一PLV（图6b和补充图9a）。来自同一PLV的MCP在TSV组中通常比在X组中更接近，它们的系统发育距离平均是X组的2.4倍（p值<2.2E-16，t检验）。此外，这个距离平均比TsV组中不同PLVs的MCP之间的距离小2.26倍（p值<2.2E-16，t检验）。在X组中，少于三个MCP的较短序列可能是不完整的（补充图9）。这些PLVs的MCP（n=1387）构成了这三个组中的新分支。剩下的291个南极PLVs中，大多数属于Chi、TsV和PgVV组，其中几个形成了独特的南极分支（图6b）。在30个最丰富的PLVs（>10 kb）中，大约一半在2月份普遍存在，其他的在秋季和早夏（图6d）。我们调查了这些病毒寄生在NCVs上的可能性，通过将它们的启动子基序与NCV早期转录启动子基序‘WWWWWTGWWWWW’匹配，如在Gezel-14T中发现的（补充数据3和图6d）。这导致了PgVV分支的19%，X1-3和Chi分支的11%，以及TsV分支的6%超过5 kb的匹配。

Fig. 6: Antarctic virophages and polinton-like viruses.Shown are major capsid protein (MCP) phylogenies for (a) virophages (vp, Maverivicetes) and (b) polinton-like viruses (PLV, Polintoviricetes). Virophage family and PLV clade names according to refs. 29,37,38. Phylogeny for (c) virophages longer than 5 kb and (d) top 30 most abundant PLVs longer than 10 kb with the corresponding heatmap of metagenome abundance in the viral fraction (< 0.22 µm) and annotated genome map. Protein abbreviations as follows, FtsK-HerA family DNA-packaging ATPase (ATP), dioxygenase (Dioxyg), endonuclease (Endo), GIY-YIG nuclease domains (GIY), fibre-like protein (Fibre), glycosyltransferase (Glycotr), ligase (Lig), lipase (Lip), methyltransferase (Mthyltr), nucleotidyltransferase (Nuctr), penton (Pen), protein-primed polymerase B (pPolB), primase-helicase (Prim-Hel), helicase (Hel), maturation Cysterine Protease (Pro), uncharacterized protein (Tlr6F), putative tyrosine recombinase (YR). The dash grey line indicates the winter sampling gap.

讨论

本研究深入描述了南极表层水域中高度独特的海洋DNA病毒多样性，其中75%的病毒种类在GOV和SOV数据集中未被记录。与SOV的有限重叠表明南极病毒组内部存在高度的变异性。总体而言，这些发现强调了南大洋作为一个在病毒多样性方面尚未充分探索的区域，强调了在该地区进行进一步全面研究的必要性。

除了识别出高比例的新病毒种类外，我们的全面方法还揭示了更高分类等级上的新多样性。发现四个新的Crassvirales家族，C2和C4，以及许多代表，极大地扩展了我们对crassphage多样性及其环境范围的理解，超越了灵长类肠道微生物组。在南极发现的crassphages的多样性呼吁对这一类别在海洋和其他非宿主相关环境中的多样性和活性进行进一步调查。挖掘公共数据存储库可能会揭示这些新发现谱系的额外成员。这些病毒可能同样感染南极的Bacteroidetes，这是Marguerite Bay细菌群落的一个重要组成部分（类群包括Flavobacteria、Sphingobacteriia、Saprospiria和Cytophagia）。同样，我们发现了一个新型的virophage家族，并成功恢复了这一家族的完整基因组。Virophages与共感染的NCVs一起复制，并可能在某些情况下，如mavirus，为它们的宿主提供针对NCVs的群体水平保护。由于virophages寄生在它们相关的NCVs的转录机制上，巨型病毒和virophages之间的基因启动子基序通常共享可检测的相似性。在我们的分析中，我们尝试通过它们假定的启动子将virophages与共存的NCVs匹配。令人惊讶的是，我们发现了在virophage和prasinovirus序列之间共享的启动子信号，表明virophages可以依赖于Imitervirales秩序之外的NCVs。我们的发现揭示了PLVs的显著高多样性，这是一个高度未被研究的群体，最近在真核生物基因组中被发现普遍存在。在我们的数据集中PLVs的显著突出（1,678个序列）引发了一个问题，即这种现象是否是南极特有的，还是像在淡水环境中发现的那样在海洋中更广泛存在。我们发现了154个PgVV-clade PLVs，其中一个已知的分离株显示出类似virophage的生活方式（Gezel-14T）。这些PLVs与NCV早期转录启动子基序的匹配比例最高，表明它们可能也依赖于NCVs，类似于Gezel-14T。虽然与Gezel-14T相关的五个序列之前已在南极病毒组样本中被报道，但我们的研究大大扩展了PgVV群体之外的南极PLVs的已知多样性。此外，360个PLVs属于TsV群体，包括不需要NCV共感染的PLV Tetraselmis viridis病毒S1。值得注意的是，大多数PLVs（1387个）与X34群体相关，我们的分析显示它们形成了三个MCP分支，许多代表一个病毒具有重复和三倍的MCPs。X群体MCPs之间的高分歧度表明这是一个早期的进化事件，与TsV群体中的三倍化相比，后者倾向于具有更密切相关的三倍体。总之，这些发现描绘了PLVs作为一群活跃且多样化的病毒，感染南极的真核生物。

本研究的另一个亮点是对宿主和病毒之间复杂关系的深入了解。NCVs是主导的真核病毒，大多数属于Allo-、Meso和Schizomimiviridae家族，以及Algavirales秩序，所有分离的成员都感染光合原生生物。这些NCVs的普遍性和时间动态强化了它们在影响南极浮游植物种群动态中的积极作用，范围从预防性到还原性病毒控制。事实上，一些prasinoviruses，所有已知的分离株都感染Mamiellales秩序的微型浮游植物，并且能够与它们的宿主保持稳定共存，表现出显著的持续性，表明持续的裂解压力。PgV样病毒从Tethysvirus属中被鉴定为南极病毒群落的重要成员。我们研究的时间分辨率揭示了它们在影响共存的P. antarctica宿主（还原性控制）的繁殖末期的作用，与最近发现病毒裂解是这种南极浮游植物的主要死亡因素一致。12月P. antarctica繁殖末期PgV样病毒的急剧增加与Gammaproteobacteria的增加相对应。这个细菌群被报告能够快速响应Phaeocystis的病毒感染，强化了病毒裂解在推动微生物循环中的重要性。总体而言，本研究提供了研究地点Bamfordvirae王国多样性的全面描述。这种描述扩展了已知的PLV和virophage多样性，包括新发现的NCVs以及属于候选类Mriyaviricetes的成员，并且还鉴定了最近描述的候选门Mirusviricota的成员。

本研究的全面季节覆盖和提高的采样分辨率揭示了采样时间影响病毒检测和发现的可能性。时间采样提高了对不同病毒，即NCVs、virophages、PLVs和噬菌体在我们研究中的动态的理解。它提供了对原核生物噬菌体-宿主相互作用的更深入的见解，具有群体特异性的响应。例如，Gammaproteobacteria在低海冰期间表现出典型的捕食者-猎物关系，宿主和噬菌体丰度之间的脱钩说明了这一点。这种模式，以高病毒活性和低宿主丰度为特征，也在Weddell海的无冰区域的病毒活性测定中被发现。在全球变暖的背景下，这些观察变得重要，因为全球变暖导致南极半岛周围的无冰区域扩张和无冰期延长。此外，我们发现Flavobacteria与其噬菌体的动态密切相关，特别是在1月的浮游植物繁殖期间（簇A）。Flavobacteria噬菌体的丰度增加与细菌繁殖高峰同时发生，而Gammaproteobacteria噬菌体在繁殖高峰后最为主导（簇C）。这种连续模式可以通过南极Flavobacteria与叶绿素a荧光的关联以及它们对多种复杂有机化合物的降解来解释，它们为其他细菌如Gammaproteobacteria和Alphaproteobacteria提供了易于利用的化合物。在我们的研究中，Alphaproteobacteria及其噬菌体在更冷的时期变得更加突出，即在季节末（簇B）和繁殖前期（簇D），这与该群体对低温的亲和力一致。

初夏对病毒群落来说是一个重要的转变期，微生物生产的开始导致噬菌体的产生和丰度增加。我们的分析显示，这一时期以一些主导噬菌体的出现为特征，这些噬菌体占病毒活性的相当一部分。在这些月份中，同一研究区域的噬菌体活性显著增加，导致碳流向微生物循环而非更高营养级别的转移。同时，在细菌繁殖期间有明显的温带噬菌体激活，这表明了从避难所到激活的动态，与早期关注南极原噬菌体诱导的研究一致。

本研究首次报告了南极病毒群落的多样性和动态的强烈季节变化。我们的基于系统发育的病毒多样性特征强调了这些群落的独特性。最后，宿主群落的时间分辨和共同采样提供了一个独特的视角，揭示了南极海洋病毒的季节性和丰度，并提供了关于它们与微生物宿主多样性关系的更完整理解。

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