南大洋的微生物生态系统在全球气候变化的影响下尤为脆弱，其显著的季节变化对微生物的活动和群落组成产生了深远影响。然而，对于该地区病毒多样性及其动态的研究仍然有限。病毒作为微生物死亡的重要驱动因素，在调控微生物群落和生物地球化学循环中扮演关键角色。然而，现有的南大洋病毒研究由于样本数量有限、采样周期过于狭窄，未能全面展现病毒群落的多样性和季节性变化。为弥补这一知识空白，本研究聚焦南大洋区域病毒群落的时空动态，以更高的时间分辨率揭示病毒与其微生物宿主之间复杂的生态关系，并探讨这些病毒在快速变化的全球气候背景下的生态意义。
主要结果
南大洋病毒的多样性与独特性
本研究通过高分辨率的时间序列采样，揭示了南大洋DNA病毒群落的显著多样性和独特性，其中75%的病毒种类是之前在全球和南大洋病毒组数据集中未发现的新物种。病毒种类包括尾状双链DNA噬菌体（Caudoviricetes）、真核病毒（如核质胞质大DNA病毒，Nucleocytoviricota）以及少量古菌病毒。核质胞质大DNA病毒是最丰富的真核病毒，其季节性丰度峰值与特定浮游植物宿主（如Phaeocystis antarctica）的动态密切相关。此外，研究发现了多种新型病毒分类群，包括4个新Crassvirales家族及一个新的噬病毒家族，这些结果大幅扩展了病毒多样性的已知范围。
病毒群落的季节性动态
病毒群落在生产季节（11月至次年3月）表现出显著的季节性变化，可分为四个独特的群落阶段。这些变化与环境条件（如温度、盐度、营养物浓度）以及微生物宿主的丰度密切相关。例如，夏季早期病毒丰度较低，但随着温度上升和光合作用增强，噬菌体和真核病毒的丰度均显著增加。在夏季中后期，噬菌体主导了病毒群落的结构，其动态与细菌群落（如Gammaproteobacteria和Flavobacteria）的演替紧密耦合。这些结果表明，病毒在不同季节通过影响微生物群落的组成和功能，在生态系统中扮演了多样化的角色。
病毒与宿主的复杂关系。
本研究揭示了病毒与其微生物宿主之间复杂的相互作用模式。噬菌体和细菌的关系展现了典型的捕食者-猎物动态，例如Gammaproteobacteria的病毒在宿主丰度下降后达到峰值。与此同时，真核病毒（如核质胞质大DNA病毒）的丰度峰值与浮游植物（如Phaeocystis antarctica）群体崩溃密切相关。此外，研究发现了多种噬病毒与宿主病毒的共生关系，表明它们可能通过转录调控机制共享遗传元件。本研究还强调了温带噬菌体在南大洋的独特生态功能，尤其是在微生物群落过冬和春季再活化过程中的重要性。这些发现为理解南大洋生态系统中病毒的动态作用提供了全新视角。
结论
本研究首次以高时间分辨率全面揭示了南大洋病毒群落的多样性、动态变化及其生态功能。研究发现，南大洋病毒群落具有极高的独特性，其中75%的病毒种类为新发现，展示了丰富的病毒多样性及其在微生物宿主动态中的重要生态作用。病毒群落的显著季节性变化受环境因子（如温度、盐度和营养物浓度）以及微生物宿主动态的驱动，展现了病毒与宿主之间复杂的相互作用模式。病毒在调控浮游植物和细菌群落中扮演关键角色，例如，通过噬菌体捕食细菌和核质胞质大DNA病毒感染浮游植物，病毒推动了生态系统中物质和能量的循环。此外，研究发现温带噬菌体在宿主过冬和春季再活化过程中具有重要作用，进一步表明病毒在快速变化的气候背景下对南大洋生态系统动态的调控潜力。总体而言，本研究不仅拓展了对南大洋病毒生态学的认识，还强调了其对全球气候变化影响下微生物生态系统动态的重要性。未来的研究需进一步探讨这些病毒在全球和其他未充分研究的环境中的作用，以全面理解其在生态系统中的广泛影响。
