南海海盆区典型站位浮游病毒与主要宿主类群关系的研究

Virioplankton are the most abundant and genetically diverse ‘life forms’ in the ocean. They impact the abundance and community structure of host cells, decrease the flow of carbon and nutrients from phytoplankton and prokaryotes to higher trophic levels by causing the lysis of cells, and therefore affect the ocean carbon cycle. In recent years, studies have shown that the variation of virioplankton abundance is affected by both autotrophic and heterotrophic host cell abundance. However, the factors affecting the variation of virioplankton are still limited in the relationship between the viral abundance and the main host cell abundance, mainly in the epipelagic zone (0-200m). The knowledge about the impact of the phylogenetic populations of main host cell (bacteria, archaea and picoeukaryotes) on the variation of virioplankton populations is still few, especially in the deep sea. Hence, we will carry out the following research in the typical stations of the South China Sea basin where the average water depth is beyond 1000m: 1) the vertical distribution and environmental regulatory mechanism of virioplankton and their main host cell abundance in the whole water columns using flow cytometry; 2) the relationship between the phylogenetic diversity of virioplankton and the phylogenetic diversity of main host cells at the DNA and RNA level using the next-generation sequencing technologies. This study will improve our understanding of the distribution and regulatory mechanism of virioplankton and provide new essential parameters for the viral control of the microbial carbon cycle in the South China Sea.

浮游病毒是海洋中丰度最高的“生命形式”，通过感染和裂解宿主影响其丰度及群落结构，减少海洋碳流向经典食物链的输送，进而影响海洋碳循环。最新研究表明海洋浮游病毒丰度的变化主要受自养、异养宿主丰度的共同影响。目前，关于浮游病毒生态分布影响因素的研究仍停留在丰度水平病毒与主要宿主相互间的关系上，且主要集中在海洋上层（0-200m）。关于主要宿主（细菌、古菌、超微型真核生物）多样性变化对浮游病毒多样性变化影响的研究极少，特别是在深海水体中尚未见报道。为此，本项目将利用基金委开放航次在平均水深超过千米的南海海盆区典型站位开展如下研究：1）利用流式细胞技术研究丰度水平上病毒及其主要宿主的全水柱分布特征、变化规律及环境调控机制； 2）利用高通量测序技术研究分子类群水平上病毒及其主要宿主多样性在水柱中的垂直变化及相互关系。该研究将加深人们对于南海浮游病毒生态分布与调控机制的认识，并为研究病毒在南海碳循环中的作用提供前提基础。

浮游病毒是海洋中丰度最高的“生命形式”，通过感染和裂解宿主影响其丰度及群落结构，减少海洋碳流向经典食物链的输送，进而影响海洋碳循环。最新研究表明海洋浮游病毒丰度的变化主要受自养、异养宿主丰度的共同影响。目前，关于浮游病毒生态分布影响因素的研究仍停留在丰度水平病毒与主要宿主相互间的关系上，且主要集中在海洋上层（0-200m）。关于主要宿主多样性变化对浮游病毒多样性变化影响的研究极少，特别是在深海水体中尚未见报道。为此，本项目利用基金委开放航次获得了平均水深超过千米的南海海盆区及其临近西太平洋海区典型站位的浮游病毒样品，利用流式细胞仪和病毒宏基因组技术研究了南海海盆区及其临近西太平洋海域浮游病毒的丰度、多样性及其与主要宿主类群的关系。发现南海东北部海盆区及其临近西太平洋海域浮游病毒及其主要宿主丰度从表层向深海逐渐降低；表层和中层海洋中，病毒丰度变化主要受宿主丰度影响，而在深海与盐度显著相关。利用宏基因组获得了南海海盆区29,967 个病毒类群，其中只有111个类群与已有基因组报道的病毒类群相似，绝大多数为新的病毒类群。深海病毒多样性显著低于表层。多元统计分析显示南海海盆区表层和深海病毒类群分别与有机碳垂直输出通量和营养盐(PO4 and NOx)相关。宿主分析的结果表明南海病毒的主要宿主为细菌，主要的已知宿主的病毒类群包括远洋杆菌 (SAR11) 噬菌体 HTVC010P, 原绿球藻噬菌体(P-GSP1, P-SSM4, and P-TIM68), 蓝细菌噬菌体 (MED4-184 and MED4-117) 和分枝杆菌噬菌体 (Sparky and Squirty)。这些病毒类群在南海表层和深海的分布特征表明深海病毒可能存在不同的来源，包括全水柱广布种、表层沉降到深海、深海独特的病毒等。而南海东北部深海病毒群落结构与西太平洋黑潮区表层病毒群落结构之间存在很高的相似性，暗示水团的垂直输送也可能将西太平洋表层水体中的病毒输送到南海深海，这可能是一种新的深海病毒群落结构形成途径。该研究将加深人们对于南海浮游病毒生态分布与调控机制的认识，并为研究病毒在南海碳循环中的作用提供前提基础。