全球海洋微生物-病毒相互作用的新见解,地球生态系统的驱动力

   日期:2019-01-12     浏览:24    评论:0    
核心提示:就像其他生物一样,海洋微生物很容易受到病毒感染的影响,病毒感染会改变它们的代谢产物,甚至杀死它们。例如,某些海洋病毒入侵

就像其他生物一样,海洋微生物很容易受到病毒感染的影响,病毒感染会改变它们的代谢产物,甚至杀死它们。例如,某些海洋病毒入侵藻类并控制光合过程,而光合过程补充我们呼吸的氧气。另一些只是简单地杀死大量的生物,限制能够支持世界海洋食物网的生物量。
由UA科学家Matthew Sullivan、Jennifer Brum、Simon Roux和Julio Cesar Ignacio Espinoza领导的一个国际研究小组进行的一项新研究利用病毒基因组数据解释了海洋病毒群落是如何在全球多样性的基础上保持高度的区域多样性的。这一发现可能有助于研究人员对驱动地球生态系统的病毒-微生物相互作用进行预测建模。这篇论文是塔拉海洋探险队本周在《科学》杂志特刊上发表的五项具有里程碑意义的研究之一。
“我们建立了一个方法来研究病毒种群在更复杂的社区,发现海洋表面病毒被动运输在水流和种群丰度结构由当地环境条件,”沙利文说,副教授的生态学和进化生物学和BIO5研究所的成员。这项工作是在戈登和贝蒂·摩尔基金会研究员奖的协助下完成的,这是一项非常有声望的奖项,授予致力于环境科学和保护的研究人员。
沙利文的工作是塔拉海洋探险的一部分,塔拉海洋探险是一项全球性的努力,旨在了解海洋生态系统、气候和生物多样性之间的复杂相互作用。在过去的十年中,塔拉海洋考察船已经穿越了18万多英里的世界上所有的海洋,收集了海洋的生物样本和有关海洋的物理参数,如深度、温度和盐度的信息。
“塔拉海洋考察队提供了一个平台,可以在一个全面的环境背景下,系统地对从病毒到鱼类幼虫的海洋生物群进行取样,”沙利文说。“到目前为止,海洋病毒群落模式和生态驱动力的全球图景是我们只能梦想实现的。”
全球海洋微生物-病毒相互作用的新见解,地球生态系统的驱动力
玫瑰。作品:安娜·德尼奥德/塔拉海洋
为了评估海洋病毒群落的地理多样性,沙利文和他的团队研究了43个塔拉海洋考察队样本的双链DNA病毒基因组序列数据和整个病毒群落的形态数据。这些样本分布在全球各表层海洋(只有一个深海样本),代表不同的环境条件。


具体来说,Sullivan和他的团队对之前观察到的海洋病毒在任何特定地点的多样性都和全球观察到的一样高的现象很感兴趣。十年前,人们就观察到这种高度的地方多样性和低水平的全球多样性,科学家们提出了一个种子库假说来解释这一现象。这一假说认为,通过从一个共同的和相对有限的全球基因库中提取变异,可以存在高度的局部遗传多样性。本地优势群落由受环境条件影响的病毒组成,环境条件影响其微生物宿主并间接改变病毒群落的结构。这些社区作为邻近地区的低丰度“银行”,因为它们是通过洋流被动运输的。
由于病毒缺乏可用于识别全球群落模式的通用基因,Sullivan不得不采用不同的技术来研究病毒群落。第一种方法是观察病毒颗粒本身,比较衣壳大小和尾巴长度等形态特征。
沙利文解释说:“这是一种低分辨率的方法——看起来相同的病毒可能有完全不同的基因组。”“事实上,并非所有的病毒都拥有相同的基因,这需要一些聪明的方法来研究病毒的多样性。”
接下来,研究人员根据他们共有的蛋白质对病毒种群进行分类,这个过程被称为蛋白质聚类。这使得他们能够建立核心基因,这些基因在研究的病毒群落中共享。最后,沙利文和他的团队研究了t

 
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