噬藻体辅助代谢基因(AMGs)研究进展

噬藻体是一类广泛存在于海洋及淡水环境中以蓝藻为感染宿主的病毒,对蓝藻种群结构与多样性以及水生态环境具有重要的影响。噬藻体携带一系列与宿主新陈代谢相关的同源基因被称为辅助代谢基因。它们编码的蛋白在噬藻体感染蓝藻过程中,可参与宿主的光合作用、戊糖磷酸循环、营养物质摄取以及核苷酸生物合成等代谢活动。近年来,一些辅助代谢基因被作为噬藻体分子检测的靶标基因,并用于噬藻体遗传多样性及其与蓝藻间相互关系的研究。本文综述了国内外有关噬藻体辅助代谢基因的来源、生物学功能及其多样性等方面的研究进展。

病毒辅助代谢基因的研究进展

病毒通过影响微生物的营养循环、生物多样性和遗传信息传递等,在全球海洋的生物地球化学循环中发挥关键作用。病毒还可以控制微生物的群落组成、关键代谢过程等,这些依赖于病毒基因组上的辅助代谢基因(auxiliary metabolic genes,AMGs)。AMGs在病毒感染宿主的过程中表达并参与调控宿主的代谢过程。病毒基因组中的AMGs包括中央碳代谢、氮代谢、磷和硫循环、核苷酸代谢以及与氧化应激反应相关的基因。AMGs有利于子代病毒更高效地组装和释放,对于病毒种群的繁衍具有重要意义,同时对病毒-宿主相互作用机制的研究产生重要影响。本文针对病毒辅助代谢基因的起源、类别及其重要的生态作用进行简要综述,以期为进一步阐明病毒在不同生态系统中的功能提供依据。

给水系统病毒群落及其潜在宿主和功能基因的分布特征

基于宏基因组测序,对饮用水供应系统重要监测断面的病毒群落结构、潜在宿主和特定功能基因开展研究。结果表明,该类系统中存在大量未知分类的病毒,双链DNA病毒丰度为94%~100%。Siphoviridae和Myoviridae等噬菌体是已知病毒的主要类群。常规净水工艺和深度处理可降低病毒物种丰富度、多样性和潜在活跃度,经过输配管网后,丰富度和多样性有所回升。水处理过程抑制了病毒作为辅助代谢基因交换媒介的作用,水源地病毒主要携带与能量代谢、糖类/氨基酸/辅因子合成有关的多样化基因,可提高细菌宿主的新陈代谢能力。常规净水工艺处理后,病毒主要编码青霉素结合蛋白辅助代谢基因。值得注意的是,长期置于医院环境的样本中携带抗生素抗性基因的病毒丰度(35%)远远高于其他样本(≤2.6%),且抗性基因种类更加多样化。研究结果阐释了饮用水处理过程、管网输配和环境风险暴露对病毒群落和功能的显著影响,可为给水系统后续运营管理的优化提供理论依据。

嗜水气单胞菌噬菌体(Yyong)的分离与基因组分析

目的:嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)的致病范围十分广泛,耐药现象日益普遍,危害鱼类、家畜和人类健康,有必要分离、鉴定烈性A.hydrophila噬菌体。方法:以A.hydrophila Ah2为指示菌,用双层平板法从污水中分离获得烈性噬菌体Yyong。对其进行了电镜观察、宿主范围检测、一步生长试验、全基因组测序、基因注释和系统进化分析。结果:Yyong呈肌尾病毒样,头部直径为(83±2)nm,尾部长度为(115±5)nm。基因组全长165663 bp,G+C含量为40.90%,含有16个tRNA基因和242个开放阅读框(ORF),含有诸多辅助代谢基因(AMGs),主要涉及DNA合成和抗氧化应激。有2个ORF分别被预测为编码毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)防御系统的毒素(PAAR重复蛋白)和抗毒素DarG,这有利于Yyong在细菌细胞内生存。有3个ORF分别被预测为编码σ因子、抗σ^(70)蛋白和σ^(70)诱饵,这些因子可能修饰RNA聚合酶使之优先识别噬菌体基因的启动子区域。在系统进化树中,与Yyong进化距离最小的病毒是Tulanevirus属的气单胞菌噬菌体。Yyong与它们间分享的最高平均核苷酸一致性(ANI)值和DNA分子杂交(isDDH)值分别是94.51%和53.30%,均小于定义一个种的边界值,与它们间分享的最大成对序列相似度值(PASC值)和基因组间相似度(VIRIDIC)值分别是90.51%和90.20%,均大于属的边界值;Tulanevirus属与Straboviridae科的另一个属Biquartavirus聚成一个枝簇(clade),它们共享的核心基因(core genes)占比为68.53%,符合国际病毒分类委员会(ICTV)关于建立一个亚科的标准(27%~79%)。结论:Yyong是一个新种,属于Tulanevirus属。建议在Straboviridae科下建立一个新亚科以包含Tulanevirus属和Biquartavirus属。Yyong携带数量和种类多样的AMGs和tRNA基因,使其有效地控制宿主细菌,高效合成噬菌体自身核酸和蛋白质。一些AMGs具有良好开发潜力。丰富了噬菌体基因数据库与噬菌体分类系统,为噬菌体功能基因研究和噬菌体研发奠定了基础。

噬藻体遗传多样性及其分子生态学研究现状与展望

噬藻体是水体微生物群落中的重要活性成分,广泛存在于海洋及淡水环境中,对蓝藻种群结构与多样性以及水生态环境具有重要影响。开展水环境中噬藻体遗传多样性研究将有助于噬藻体资源的开发与利用。从分子生态学角度,论文对噬藻体遗传多样性研究的分子基础与分子标记等进行了综述,并简要概述了相关研究方法的基本概念及其应用状况。从分子生态学与噬藻体多样性研究相结合的层面,对该领域的未来研究进行展望。

处理酯化废水EGSB反应器中病毒群落动态变化

从EGSB反应器的上、中、下三个部位采集污泥样品并持续12个月。宏基因组测序共获得3360条非冗余病毒序列,基于样品内病毒丰度进行群落α和β多样性分析,结果显示:样品内Chao1指数在12个月份间呈现规律性变动趋势;不同月份内样品各自聚类,且来源于春天和冬天的样品病毒群落更相似。噬菌体目(Caudovirales)中的长尾噬菌体科(Siphoviridae)(35.91%±7.84%)、短尾病毒科(Podoviridae)(13.35%±4.54%)和肌病毒科(Myoviridae)(10.44%±2.54%)丰度最高,且体系中存在一群未知病毒科。预测到的主要病毒宿主包括变形杆菌门(Proteobacteria)与放线杆菌门(Actinobacteria)等。7条噬菌体具有调控氮代谢的功能,包含亚硝酸盐还原酶基因(Nitrite reductase,nirK)、羟胺还原酶基因(Hydroxylamine reductase,hcp)或天冬酰胺合成酶(Asparagine synthase,asnB),且整体上十月和十一月拥有氮代谢相关AMG功能的病毒丰度最高。综上,加深了对EGSB体系内病毒群落结构及功能变异模式的理解,扩充了连续运行一整年的WWTP内病毒组动态变化的理论基础。

病毒感染影响宿主细胞代谢研究进展

作为专性的细胞内寄生物,病毒没有独立代谢的能力,因此完全依赖于宿主细胞的代谢机制。病毒利用宿主细胞代谢网络提供的能量和生物合成前体物质来驱动其复制、装配和释放。因此,病毒挟持宿主细胞代谢以实现自身的复制和增殖。此外,病毒还可以通过编码辅助代谢基因(auxiliary metabolic genes,AMGs)调控宿主的细胞代谢,影响碳、氮、磷、硫循环,参与微生物驱动的生物地球化学循环。本文主要从细胞葡萄糖代谢、谷氨酰胺代谢、脂肪酸代谢、病毒AMGs调控宿主代谢影响生物地球化学循环4个方面总结病毒感染对宿主核心代谢途径影响的研究,以期为深入理解病毒-宿主相互作用提供参考,也将为通过代谢干预治疗病毒性疾病提供一定的理论依据。

不同林龄杉木人工林土壤病毒群落特征

为研究杉木人工林土壤病毒群落结构及功能随林分发育的动态演变特征,采集了亚热带不同林龄(8、21、27和40年生)的杉木人工林土壤样品,采用宏病毒组测序技术及生物信息学分析手段,分析土壤病毒群落结构及功能的变化,探讨二者的环境驱动因子。结果表明:在亚热带杉木人工林,土壤病毒群落中有尾噬菌体的占比较高,其中长尾噬菌体科最多(19.6%~39.5%)。不同林龄杉木人工林土壤病毒群落结构差异显著,土壤病毒群落的主要驱动因子是电导率、有效磷。在亚热带杉木人工林土壤病毒编码的辅助代谢基因中,具有代谢功能的基因相对丰度最高,成熟杉木人工林土壤病毒功能的α多样性高于其他林分。不同林龄杉木人工林土壤病毒功能结构差异显著,土壤病毒功能的变化与NH_(4)^(+)-N显著相关。在杉木林林分发育过程中,病毒编码氮、磷相关的辅助代谢基因可能调控宿主微生物新陈代谢,从而对元素的生物地球化学循环过程产生潜在的影响。

土壤病毒的研究进展与应用前景

病毒是地球上数量最多的生物实体,在调控宿主群落组成、推动宿主进化及影响土壤元素的生物地球化学循环等方面起着非常重要的作用。概括了环境病毒的研究历史及发展现状,揭示了病毒生态学的发展历程;分析了土壤病毒生态学常用研究方法(包括表型、基因多样性、宏基因组、生物信息学分析等),阐述了土壤病毒的多样性、病毒在土壤生态系统中的生态功能;展望了环境噬菌体的应用(噬菌体疗法)及发展前景。