中国科学家建立首个地下水病毒目录，揭开地下水中未知的病毒世界

病毒，这些微小的生物实体，在我们的地球生态系统中扮演着至关重要的角色。它们不仅在宿主进化、微生物代谢和生态过程中发挥着重要作用，而且它们的数量之多，令人惊叹。据估计，地球上的病毒数量高达\(10^{31}\)个，远超其他所有生物的总和。然而，尽管病毒无处不在，我们对它们在地下水这一特殊生态系统中的存在和作用却知之甚少。

地下水，作为地球上最大的淡水资源，其环境条件与地表环境截然不同。在这种缺氧或厌氧的环境中，CPR细菌和DPANN古细菌成为了两个关键的类群。它们通常具有超小的细胞大小和极低的基因组等保守特征，缺乏完整的生物合成途径，因此通常作为其他自由生活的原核生物的共生体生活。这种共生关系为地下水生态系统提供了一种独特的生存策略。

然而，这些共生体也面临着病毒的威胁。研究中发现，CPR细菌和DPANN古细菌对有毒力的病毒易感，某些完整的CPR病毒甚至可能感染非CPR细菌。此外，部分CPR/DPANN病毒携带细胞表面修饰基因，帮助共生体细胞粘附于自由生活的微生物。这些发现为我们理解地下水中的病毒-宿主关系提供了新的视角。

更重要的是，地下水中的病毒携带着与甲烷、氮、硫、磷循环相关的辅助代谢基因(AMGs)。这些基因的多样性暗示了地下水病毒在宿主代谢和生物地球化学循环中的重要作用。这意味着病毒不仅参与了地下水生态系统的生物地球化学循环，而且可能在其中发挥着关键的调节作用。

这项研究的另一个重要发现是，地下水中的病毒显示出与以前已知的病毒不同的巨大新颖性。通过将病毒与原核生物门的宿主联系起来，研究将地下水中已知被病毒感染的微生物门的数量增加了一倍。这一发现不仅扩展了我们对地下水病毒多样性的认识，而且为进一步探索病毒-宿主相互作用提供了新的线索。

尽管这项研究为我们提供了地下水病毒世界的一瞥，但仍有许多未知之处等待我们去探索。例如，地下水中病毒辅助代谢基因(AMGs)的信息有限，可能阻碍了对病毒对地下生物地球化学过程影响的认识。此外，频繁的水平基因转移和广泛的宿主范围也意味着迫切需要对参与地下水碳、氮、硫、磷代谢的病毒辅助代谢基因进行新的探索。

随着新一代测序技术的发展，越来越多的病毒序列被从元组学数据中鉴定出来，进一步加深了对不同栖息地病毒的认识。这些技术的应用为我们提供了新的工具，以深入探索地下水病毒的多样性和功能潜力。我们期待未来的研究能够继续揭示地下水病毒的奥秘，为我们理解这一特殊生态系统提供更多的启示。

病毒，这些地球上的微小居民，虽然在尺寸上微不足道，但在生态系统中的作用却不可小觑。地下水中的病毒世界，只是冰山一角，还有更多的未知等待我们去探索和发现。随着科技的进步和研究的深入，我们有理由相信，对地下水病毒的了解将不断增加，为我们提供更多关于地球生态系统的宝贵知识。

参考文献：Wu, Z., Liu, T., Chen, Q. et al. Unveiling the unknown viral world in groundwater. Nat. Commun. 15, 6788 (2024).