黄海典型近海养殖沉积物中病毒生态特性与生存策略研究

The huge number of planktonic viruses in the ocean are major players to regulate the structure and function of marine ecosystem. Indeed, there also exist abundant viruses in marine sediment (especially the coastal sediment), while so far very little is known about them. To the coastal sediment rich in organic matter, it usually becomes hypoxia or anaerobic zone at several centimeters below the surface, where the microbial predator protozoans are not easy to survive. Theoretically, viruses should be the most important biological factor regulating the microbial community structure and function in the sediments, and may have unique ecological characteristics and survival strategies. In this project, our study will focus on the viral ecological characteristics and survival strategies in the sediments of a typical coastal mariculture environment (i.e. Ailian Bay) of the Yellow Sea. The research contents mainly include the following aspects: 1) the community structure of sediment viruses; 2) the viability of sediment viruses reflected by viral productivity, burst size, viral decay rate, and viral induced microbial mortality, etc.; 3) viral infection strategies including infection mode and the related gene expressions. The results of this project will make up the lack of knowledge about the viral ecological characteristics and status in the coastal sediment.

数量庞大的浮游病毒是海洋生态系统结构与功能的重要调控者。事实上沉积物（尤其近海沉积物）中同样生存着大量病毒，但目前对其极少了解。在有机质丰富的近海沉积物（如养殖沉积物）中，表层几厘米以下既常是缺氧或厌氧环境，微生物捕食者—原生动物不易生存，理论上近海沉积物中病毒应是调控沉积物微生物群落结构与功能的最主要生物因子，并可能有着独特的生态特性和生存策略。为此本项目将以黄海一个典型贝藻养殖环境—爱莲湾作为研究区域，重点针对沉积物病毒生态特性和生存策略开展深入研究，主要内容包括：1）沉积物中病毒群落组成（包括丰度与多样性）；2）沉积物中病毒生存力（包括病毒生产力、裂解量、衰亡率、致死率等）；3）沉积物中病毒感染策略（包括病毒优势感染方式和感染基因的表达）。研究结果将增加对近海沉积物中病毒生态特征和地位的深入了解，弥补目前对近海沉积物病毒方面的认识不足。

浮游病毒是海洋生态系统结构与功能的重要调控者。事实上沉积物中（尤其是近海沉积物）同样生存着大量病毒。在有机质丰富的近海沉积物（如养殖沉积物）中，表层几厘米以下常是缺氧或厌氧环境，微生物捕食者—原生动物不易生存，近海沉积物中病毒应是调控沉积物微生物群落结构与功能的主要生物因子，并可能有着独特的生态特性和生存策略，但目前对其了解甚少。本项目对中国近海（包括养殖区）沉积物中病毒生态特征，包括群落结构、潜在代谢功能以及生存策略等展开了深入研究。主要成果如下：1）揭示近海养殖区沉积物中与海水浮游病毒群落结构有着极大差异的病毒群落，其中超过98.7%的病毒是沉积物环境特有的，超过82.6%的底栖病毒是目前未知的新颖病毒; 首次揭示两种粒径范围（>0.2 µm和<0.2 µm）内包含显著不同的病毒群落组成；此外，明确了沉积物病毒的主要宿主类群（以底栖优势菌为主）及两者“军备竞赛”似的共进化模式，病毒群落构建的关键影响因素（地理位置、总有机碳含量等）及其对养殖活动的响应和潜在代谢功能（辅助宿主降解复杂多糖）等；2）揭示沉积物中高达80-89%的宿主可能含有溶原病毒，溶原感染应是沉积物病毒重要的感染策略；而沉积物中的部分烈性病毒有极强的繁殖能力（单细胞释放子代病毒量高达1000以上）；3）获得373个沉积物病毒完整基因组，发现了大量“碳利用”相关辅助代谢基因，系统进化分析进一步揭示了沉积物病毒的高度新颖性和多样性；通过实验室病毒分离培养，构建了多个沉积物病毒-宿主互作体系，揭示了一些典型底栖病毒适应沉积物环境的独特生存特征（如可能借助mazG基因和queuosine biosynthesis基因簇实现病毒高裂解量，借助果胶裂解酶基因pel辅助宿主碳代谢，并为病毒自身复制供给能量）；4）一些对病原菌裂解能力强的沉积物病毒展现了其在水产养殖病害防控中的较好应用潜力。总之，本项目弥补了当前对近海（尤其养殖区）沉积物病毒群落和功能多样性认识上的不足，增加了对近海沉积物病毒生态特征和生态地位的深入了解。