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全球海洋中的原核微生物（细菌和古菌）驱动着耦合的生物地球化学循环。这些微生物受到病毒的影响，而病毒会调节微生物群落结构和代谢功能。微生物细胞在感染过程中发生剧烈的重编程，以至于人们越来越多地认识到，被病毒感染的细胞（称为“病毒细胞”）是具有改变内部代谢和外部输出的独特实体。重编程是通过改变调节蛋白的表达或利用病毒基因组中编码的辅助代谢基因 (AMG) 靶向特定的代谢途径来实现。
最新针对全球海洋的开创性研究中，来自Ohio State Matthew B Sullivan团队分析了海洋病毒携带的辅助代谢基因（AMGs），揭示了这些基因在调控海洋生物地球化学循环中的关键作用，相关研究进展发表在权威学术期刊Microbiome杂志上，文章标题：Prokaryotic-virus-encoded auxiliary metabolic genes throughout the global oceans。
通过分析Tara Oceans项目中收集的7.6万亿碱基对的病毒和原核生物基因组数据，研究团队识别出579,904个病毒群体，并保守估计其中19%的病毒群体携带至少一个AMG。研究共识别出86,913个AMG序列，分属于22,779个基因簇，其中32%为首次发现。这些新颖的AMGs扩大了我们对病毒如何通过基因水平转移影响宿主代谢的理解。研究表明，病毒携带的AMGs能够重新编程宿主的代谢过程，影响碳水化合物、氨基酸、脂肪酸和核苷酸代谢等多个重要代谢途径。特别是在九个代谢途径中，这些基因几乎参与了所有步骤，显示出病毒在这些代谢热点中的重要角色。AMGs在不同海洋区域和水层中的分布具有显著差异。例如，一些AMGs在北极海域和南大西洋的深海层中表现出更高的丰度，这可能反映了这些区域的特定环境压力和病毒-宿主相互作用。研究中发现的新AMGs，如鸟氨酸脱羧酶（涉及脯氨酸代谢）和甘氨酸核糖体转移酶（参与嘌呤代谢），展示了病毒在特定环境条件下的适应策略。通过这些基因，病毒能够操控宿主的关键代谢路径，增强其在感染过程中的生存和复制能力。
这项研究为理解病毒如何通过基因水平转移和代谢重编程影响全球海洋的生态和生物地球化学过程提供了新的视角。随着对这些基因的深入研究，我们有望揭示更多病毒在生态系统中的隐藏角色，并推动全球海洋生态和气候变化模型的改进。
The global ocean virus and auxiliary metabolic genes (AMGs) datasets.
Metabolic pathway steps augmented by AMGs.
参考文献
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