新型聚球藻噬藻体Yong-L2-223的分离及基因组分析

【目的】噬藻体(cyanophages)是特异性侵染蓝藻(cyanobacteria)的病毒,广泛分布于各类水体中,在调节蓝藻种群动态和密度、推动生物地球水生生态系统循环中起着重要作用。本研究的目的在于分离、鉴定噬藻体。【方法】本研究以海洋聚球藻(Synechococcus sp.)PCC 7002为指示宿主,从淡水水样中分离培养一株新型噬藻体Yong-L2-223,对其进行了宿主范围实验、全基因组测序、基因功能注释和系统进化分析。【结果】针对31株供试蓝藻的宿主范围实验,结果除指示藻PCC 7002[属于聚球藻目(Synechococcales)]外,Yong-L2-223能够感染2株淡水蓝藻,分别是来源于滇池的绿色微囊藻(Microcystis viridis)FACHB-1342[属于色球藻目(Chroococcales)]和水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)FACHB-1209[属于念珠藻目(Nostocales)]。既可在高盐条件下感染海洋蓝藻,又可在低盐条件下感染淡水蓝藻,Yong-L2-223具有广盐性。透射电镜观察表明,Yong-L2-223呈肌尾病毒样(myovirus-like),头部直径约60nm,尾部长约136nm。Yong-L2-223的双链DNA基因组全长为65725bp,G+C含量为58.6%,含有100个开放阅读框(openreading frame,ORFs)。Yong-L2-223基因组中含有编码Cas4、基因转移因子(gene transfer factor,GTA)的基因,含有辅助代谢基因(auxiliary metabolic genes,AMGs),含有pre-Q0生物合成基因簇(gene cluster)。这些基因的编码产物可能有助于该噬藻体对宿主的适应、感染,从而实现跨3个目(order)感染蓝藻。将Yong-L2-223基因组与现有数据库中所有病毒基因组进行序列配对比较(pairwise sequence comparison,PASC),结果最高PASC值仅为3.78%,远远低于国际病毒分类委员会(International Committee on Taxonomy of Viruses,ICTV)界定属的边界值(70%)。在基于全基因组的蛋白谱系统进化树中,Yong-L2-223形成一个独立的分支(branch),与其他病毒间进化距离远。【结论】Yong-L2-223在有尾纲中代表一个新的未知的属。本研究首次以海洋蓝藻为指示藻从淡水中分离获得噬藻体,且该噬藻体序列新颖,拓宽了对噬藻体的认知,丰富了噬藻体库、噬藻体基因库,为噬藻体资源开发奠定了基础。