浙江大学章晓波课题组ESE：全球深海沉积物病毒组证据揭示——病毒是微生物碳循环的关键调节因子

背景：海洋碳循环对地球气候系统至关重要，深海作为巨大的碳库，其碳转化机制尚不完全清晰。病毒作为海洋中数量最多的生物实体，被认为在元素循环中扮演重要角色，但深海病毒如何具体调节微生物碳代谢，特别是DNA病毒与RNA病毒的功能差异，此前缺乏系统性研究。研究目的：本研究旨在通过全球深海沉积物病毒组分析，揭示病毒在深海微生物碳循环中的作用机制。研究团队从太平洋、大西洋和印度洋的冷泉、热液口、海底山和洋盆四种典型深海生态系统中采集了66份沉积物样本（水深1100-5878米，形成于约1900-24000年前），通过病毒组测序、宏基因组分析及代谢通路注释，系统解析了病毒的多样性、功能及其与宿主的代谢耦合关系。结论：研究鉴定出324,772个DNA病毒和61,066个RNA病毒，其中仅11.3%与已知病毒匹配，表明深海存在巨大的未知病毒库。功能分析显示，DNA病毒偏向于携带糖基转移酶基因，参与有机碳合成；RNA病毒则偏向于携带糖苷水解酶基因，参与有机碳分解。更重要的是，病毒基因与宿主基因共同参与了全部15条核心碳代谢通路（如糖酵解、柠檬酸循环），并在果糖和甘露糖代谢、丙酮酸代谢等通路中通过引入新基因（如MpgP、rhmA、EutG等）补全宿主缺失的代谢分支，形成“代谢补偿”效应，从而增强了宿主在深海环境中的碳代谢适应能力。该研究首次系统证明了深海病毒不仅仅是微生物群落的伴生者，更是直接嵌入并调控微生物碳循环网络的关键因子，揭示了DNA与RNA病毒的互补协同作用，为全球碳循环模型和气候响应研究提供了新的生物学视角。