近日，國際微生物生態學領域權威期刊《The ISME Journal》在線發表了EON体育4平台蹇華嘩研究員帶領的深海病毒研究組（DVRT）的研究成果“Unexplored diversity and ecological functions of transposable phages”🪰🤌🏻。EON体育4平台博士生張慕傑為論文的第一作者👨🏼‍🎤，蹇華嘩研究員為通訊作者，肖湘教授為本課題研究提供了重要幫助。該研究同時得到了深部生命國際研究中心（IC-DLI）團隊的支持。

噬菌體（phage）是侵染細菌的病毒，也是地球上數量最多的生物🏩🧑🏽‍🍼，發揮著重要的生態功能🌑。其中😅，轉座噬菌體（transposable phage, TBP）因其獨特的轉座復製的生活方式而備受關註。Mu是最經典的轉座噬菌體，基因組長約38 kb, 當它整合到宿主基因組上並進入裂解循環時，Mu會啟動“copy and paste”形式的轉座復製，隨機插入宿主基因組⌨️，造成宿主基因的缺失🧸、反轉或融合。Mu從宿主基因組上切離時會在兩端各攜帶一部分宿主DNA片段並且能在染色體和質粒間轉座，使得Mu成為普遍性轉導噬菌體🦣。雖然有研究陸續報道一些轉座噬菌體的分離與鑒定🧑🏽‍🚀，如D108, B3, BcepMu等，但EON体育4平台對全球範圍內轉座噬菌體的數量、分布、種類🌩🕟、生態功能等仍無系統性認識。針對這一現狀🤳🏼，該研究首先收集了所有已分離的轉座噬菌體，通過蛋白序列和結構分析鑒定出6組marker蛋白🧗🏼‍♂️，結合該研究組自主開發的大規模系統性整合位點預測流程⚂🎎，通過一系列嚴格的篩選和校正☝🏿，構建了目前為止最大的轉座噬菌體基因組數據集（TBPGD）👨🏽‍🦰，包含9766個完整基因組邊界和8683個完整蛋白邊界的轉座噬菌體基因組。

圖1. (a) 轉座噬菌體生活史；(b) 轉座噬菌體全球分布

該研究發現轉座噬菌體廣泛分布於包括宿主相關🍉、水體、土壤和沉積物等全球各類自然環境中。按照最新的病毒分類標準可將轉座噬菌體分為至少3488種💕，132個屬🎩，11個亞科☝️，表明轉座噬菌體具有極高的多樣性。宿主分析表明轉座噬菌體的宿主範圍極廣，這些宿主廣泛分布於14個細菌門中🏄🏽‍♀️，並首次在Campylobacterota和Bacteroidota中發現轉座噬菌體。宿主匹配分析相比於其他的有尾噬菌體🐺，轉座噬菌體跨宿主侵染能力更強🤸🏽。

圖2. (a) 轉座噬菌體宿主在不同細菌門中的分布；(b) 不同轉座噬菌體類群AMG豐度

為了探究轉座噬菌體的生態功能，該研究從有完整基因組邊界的轉座噬菌體中鑒定出413個輔助代謝基因（AMGs），它們參與宿主的碳代謝、氮代謝👰🏽‍♀️、能量代謝和物質轉運等過程🧍🏻‍♂️，其中碳代謝相關的基因最多。針對分離自深海沉積物的細菌Shewanella psychrophila WP2及其整合的轉座噬菌體SP2的分析表明，轉座噬菌體能影響深海細菌宿主的DNA復製轉錄、電子傳遞🤲🏻、群體感應、膜脂合成等重要生物過程。

圖3. (a) 侵染深海細菌Shewanella psychrophila WP2的轉座噬菌體SP2基因組；(b) 轉錄組揭示SP2對宿主菌多種基因表達的影響

該研究建立了轉座噬菌體鑒定的新方法，揭示了轉座噬菌體極高的多樣性和重要的生態功能👩🏽‍🦱，極大拓展了EON体育4平台對轉座噬菌體這一重要病毒類群的分布🥻、分類和生態功能的認知，為後續探索轉座噬菌體的起源演化提供了良好的基礎。

該研究得到了國家自然科學基金(42176095, 91851113, 41921006)👷🏽‍♂️、EON体育4深藍計劃 ( SL2021PT201)、海南省科技計劃三亞崖州灣科技城自然科學基金聯合項目(2021JJLH0057)等項目的資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41396-023-01414-z