近日，中国科学院微生物研究所温廷益研究团队在 Advanced Science 发表论文，题为Synoptic Variation Drives Genetic Diversity and Transmission Mode of Airborne DNA Viruses in Urban Space。文章报道了北京近地表的大气病毒遗传多样性，阐明了不同天气条件下城市上空DNA病毒群落组成与气象变化之间的作用关系，明确了潜在的生物标志物，解析了新型病毒特征、辅助代谢网络以及病毒-宿主关系，揭示了大气病毒群落的生态作用及其可能的传播方式。
土壤、水体、冰川及动植物等来源的病毒，包括流感、冠状病毒等致病病毒，能够通过气溶胶远距离扩散和传播，从而对环境和生态健康造成潜在的危害。但由于空气病毒样本收集困难、缺乏标准标记基因以及检测工具，空气病毒组的丰度、群落组成、代谢特征及传播机制等尚不清楚。因此，开展空气病毒组学研究对于理解它们在生态系统及人类和动植物健康中的作用很有必要。
温廷益团队与中国农业大学合作，从13个空气样本中收集了263.5Gb数据开展病毒宏基因组研究。通过组装和分析，12484个病毒contigs（1.5-184.2 kb）聚类到221个病毒属、47个病毒科、19个病毒目和15个病毒纲。经全基因组和核心基因比对，鉴定出12个候选病毒分属于新的病毒目、科和属。这些大气病毒携带多种辅助代谢基因，参与核糖、dNDP、dNTP和辅因子的生物合成以及糖和氨基酸的降解利用，在病毒DNA复制和在大气环境存活过程中发挥关键作用。进一步研究发现，大气病毒群落的组成受天气条件影响，其主要生物标志物为有尾噬菌体。在晴天和雨天中，单链DNA复单病毒（Repensiviricetes）占比69%-78%，而在多云和雾霾天气中，双链DNA病毒的有尾噬菌体（Caudoviricetes）占比70%-78%，这一比例接近人类和动物肠道中的有尾噬菌体丰度。
病毒-宿主关系分析也显示，80%以上大气病毒可能感染弯曲杆菌和肠杆菌，在雾霾天气中比例更高。该研究揭示了病毒有可能通过气溶胶在动物和城市上空之间传播，为理解大气病毒遗传多样性、传播方式和生态作用提供了新的认识。
中国农业大学邓爱华教授和微生物所王珺玥为本文共同第一作者，温廷益研究员和邓爱华教授为论文共同通讯作者。研究得到中国科学院A类战略性先导科技专项“鸿鹄专项”（XDA17010503）、中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室开发课题、中央高校建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项资金和中国农业大学杰出人才启动经费共同资助。
