论文部分内容阅读
病毒作为水生生态系统中数量最多的生物体,广泛分布于海洋、湖泊、河流等水环境,在调节微生物群落组成和结构、元素的生物地球化学循环、遗传物质的水平转移以及气候变化等方面具有重要作用。针对海洋病毒宏基因组学的研究,揭示了海洋浮游病毒的高度多样化和极其丰富的物种组成。而针对淡水生态系统的病毒群落研究还较少。湖泊是揭示全球气候变化与区域响应的重要信息载体,是陆地表层系统各要素相互作用的节点,浮游病毒在淡水湖泊中的群落组成、结构和影响因素值得进一步研究。因此,本研究选取两个不同类型的典型高原湖泊滇池和抚仙湖作为研究对象,采用荧光显微镜法、宏基因组学技术、纯培养技术对两湖的浮游病毒颗粒密度、群落组成和结构、分布特征展开比较研究。同时,采用16S rRNA基因测序了解原核生物宿主多样性。并分析环境生物和非生物因子对浮游病毒多样性的影响,探讨病毒分布特征形成的潜在影响因素。主要研究结果如下:高原富营养化湖泊滇池表层水样中,浮游病毒颗粒丰度为5.98～10.5×107 VLPs/mL,夏季病毒颗粒丰度最高,冬季最低。浮游病毒宏基因组测序共获得378,512,420条原始序列（rawreads）,长度大于600bp组装序列575,216条,其中病毒属性组装序列148,850条。浮游病毒群落以肌尾病毒科（Myoviridae,32.62-35.53%）、长尾病毒科（Siphoviridae,29.19-33.83%）和短尾病毒科（Podoviridae,18.23-29.63%）为主,其次为未分类病毒（Unclassified,4.51-7.45%）和藻类DNA病毒科（Phycodnaviridae,3.06-4.68%）。滇池中的优势病毒种,主要为铜绿微囊藻噬藻体（Microcystis phage）、噬甲基菌目噬菌体（Methyophilales phage）、布鲁氏菌噬菌体（Brucella phage）、聚球藻噬藻体（Synechococcus phage）、青枯菌噬菌体（Ralstonia phage）、黄杆菌噬菌体（Flavobacterium phage）和远洋杆菌噬菌体（Pelagibacterphag）。滇池浮游病毒群落组成和结构、多样性,存在明显季节性变化,而营养盐浓度（总磷、总氮）、叶绿素a和水温是驱动滇池浮游病毒群落分布的主要环境因素。高原贫营养湖泊抚仙湖春季表层水样中,浮游病毒颗粒丰度为3.98～5.76×107 VLPs/mL。浮游病毒宏基因组测序共获得190,028,794条原始序列（rawreads）,长度大于600 bp组装序列216,399条,其中病毒属性组装序列53,297条。抚仙湖中藻类DNA病毒科（Phycodnaviridae）和未分类病毒（Unclassified）的相对丰度显著高于滇池（p＜0.05）,盖病毒科（Tectiviridae）相对丰度显著低于滇池（p＜0.05）。从病毒种水平来看,抚仙湖中相对丰度较高的优势物种为根瘤菌噬菌体（Rhizobium phage）、噬纤维素菌噬菌体（Cellulophaga phage）、未培养地中海噬菌体（uncultured Mediterranean phage）、Persicivirga噬菌体、聚球藻噬藻体（Synechococcus phage）等。滇池、抚仙湖中存在约三分之二的共有病毒物种,病毒群落组成具有较高相似性。营养水平是影响两湖病毒群落的重要因素,营养水平较高的湖泊,病毒多样性也较高,并且直接或间接地驱动了浮游病毒群落结构及优势物种在两湖中的分布差异。两湖浮游病毒与原核生物群落的关联分析显示,原核生物群落与浮游病毒群落具有较高动态相关性。其中,原核生物和浮游病毒PCoA、样本层次聚类分析结果具有较高对应关系。另外,浮游病毒多样性指数与总磷、总氮浓度显著正相关（p＜0.05）,而原核生物多样性指数与总磷、总氮浓度显著负相关性（p＜0.05）。表明浮游病毒与原核生物在群落组成和结构、多样性、及与环境因子的相关性上,存在密切联系,原核生物是影响浮游病毒群落的重要因素,环境因子可能通过影响原核生物间接影响浮游病毒群落。可注释浮游病毒预测感染宿主与16S rRNA基因测定原核生物组成的比较分析显示,蓝菌门（Cyanobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）细菌在两湖中的分布,与预测感染该门的病毒分布模式相反,即滇池中蓝藻门细菌相对丰度高于抚仙湖,但预测感染蓝藻门的噬藻体在抚仙湖中的相对丰度高于滇池。根据两湖中蓝藻门细菌的优势藻目及优势藻属类型差异,及是否易于溶原的特性,推测滇池中具有较高的噬藻体溶原感染水平,两湖中差异的病毒-原核生物VBR（Virus-Bacteria-Ratio）比值,也进一步支持了滇池中可能具有较高的病毒溶原感染水平。最后,本研究结合纯培养方法,对滇池中的气单胞菌噬菌体多样性展开研究。气单胞菌是典型的人-鱼-畜共患病源菌,宏病毒组预测其噬菌体在滇池中的相对丰度为2.95-5.77%。本研究共分离到9株气单胞菌烈性噬菌体并完成基因组测序。九株噬菌体在形态、基因组大小、GC含量和进化关系等方面表现出较高多样性。综上所述,本研究结合荧光显微镜计数法、病毒宏基因组学技术、及纯培养方法,表明滇池和抚仙湖存在丰富多样的浮游病毒,两湖中浮游病毒群落具有较高关联性。通过与环境因子、原核生物群落的相关性分析,揭示了营养水平、水温和原核生物群落是驱动滇池、抚仙湖浮游病毒群落组成和多样性、季节变化特征的主要因素。上述结果为深入开展高原湖泊病毒生态功能研究奠定了良好的工作基础。