在淡水湖泊中，微生物調(diào)節(jié)碳的流動并確定水體是否作為碳匯或碳源。特別是藻類和藍藻可以捕獲和使用碳，但它們的能力可能會受到病毒的影響。病毒存在于所有細菌中，通常以10倍過量存在，并且由各種大小的病毒組成，包括巨型病毒，以及稱為病毒的小型病毒(它們生活在巨型病毒中并利用它們的機器進行復制和傳播)。可以改變巨型病毒與其宿主真核細胞相互作用的方式。例如，如果藻類被病毒和巨型病毒共感染，那么病毒體會限制巨型病毒有效復制的能力。這減少了巨型病毒對營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移的影響，使宿主藻類繁殖，

在美國俄亥俄州立大學和美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，美國能源部科學用戶設施辦公室的研究人員領導的團隊使用在北方淡水湖泊中收集的宏基因組數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)了25個新的序列。 virophages。2017年10月11日在Nature Communications報道，這些新序列的鑒定有效地使自十年前發(fā)現(xiàn)的已知病毒數(shù)量增加了一倍。

“通常，宏基因組數(shù)據(jù)集是一次性的，”DOE JGI科學家和第一作者Simon Roux說。“人們已經(jīng)開始在宏基因組中看到病毒體，但直到現(xiàn)在還沒有人有很長的時間序列。它曾經(jīng)在這里嗎?總是?我們從來沒有真正知道這一點，但它是了解它們重要性的關鍵信息。”

這項工作源于威斯康星大學麥迪遜分校KT(Trina)McMahon參與的北方淡水湖社區(qū)科學計劃(CSP)提案。作為美國國家科學基金會NSF資助的北溫帶湖泊長期生態(tài)研究(NTL-LTER)項目的一部分，Mendota湖和Trout Bog湖的微生物群落樣本定期收集數(shù)年。從3年和5年的時間序列中對這些宏基因組進行測序和分析，使研究人員能夠識別社區(qū)成員，確定其代謝途徑，并在數(shù)年內(nèi)跟蹤社區(qū)的變化。

除了研究微生物群落之外，美國能源部JGI微尺度應用小組負責人麥克馬洪和雷克斯馬爾姆斯特羅姆問俄亥俄州立大學的合作者馬特沙利文是否有興趣使用相同的宏基因組數(shù)據(jù)來觀察湖泊'病毒生態(tài)學。Roux開始挖掘數(shù)據(jù)集，同時還是Sullivan實驗室的博士后研究員。“我知道序列數(shù)據(jù)中有很多病毒，但并不是有些病毒本身就是其他病毒的宿主，”Malmstrom說。“利用時間序列數(shù)據(jù)，我們可以做的不僅僅是組裝基因組和構建系統(tǒng)發(fā)育樹，數(shù)據(jù)使我們能夠檢查種群內(nèi)的遺傳變異，并尋找病毒與巨型病毒之間的共存和豐度模式。主機。由于數(shù)據(jù)集中有如此多的時間點，您可以找到強大的連接。“

Trina McMahon，他的CSP數(shù)據(jù)集是這項工作的基礎，他說，讓病毒生態(tài)學信息有助于形成更完整的生態(tài)系統(tǒng)圖景。“我們很高興有一個難題。病毒顯然在塑造整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的社區(qū)組成和功能方面起著重要作用。我自己的實驗室缺乏單獨處理病毒的專業(yè)知識，因此與西蒙合作Matt Sullivan非常重要。我們的長期目標是充分了解控制社區(qū)組裝和動態(tài)的力量，以及每個血統(tǒng)的生態(tài)特征，以便創(chuàng)建更多關于淡水湖泊如何應對氣候的預測模型。土地利用變化，在生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模上。“

除了將公共數(shù)據(jù)庫中的病毒數(shù)量增加一倍之外，時間序列還允許Roux及其同事看到病毒的生態(tài)特征 - 如果季節(jié)或特定微生物豐富等因素影響了他們自己的存在。通過共現(xiàn)分析，研究人員將病毒體與已知的巨型病毒譜系序列聯(lián)系起來，并提出存在3個被病毒感染的新候選巨型病毒群。這些共現(xiàn)分析還使他們能夠找到巨型病毒序列和特定真核宿主之間的假定關聯(lián)。

“這些發(fā)現(xiàn)是基于相關性的，”Roux指出，“但它是宏基因組學用例的一個很好的例子.Matagenomes幫助我們不僅發(fā)現(xiàn)新的病毒多樣性并確定它應該在生態(tài)系統(tǒng)中做些什么，而且它幫助我們設計假設和關于病毒 - 宿主相互作用的后續(xù)實驗，所以我們不僅盲目地拋出一個廣泛的網(wǎng)絡。“