中國科學技術大學生命科學與醫學部周叢照教授課題組，從巢湖成功分離五株侵染偽魚腥藻Chao1806的噬藻體Pam1~Pam5。基于比較基因組學和宏基因組學分析，作者揭示了Pam1~Pam5的進化多樣性，及它們在巢湖自然水體中的相對豐度，并以這五株實驗室純化的噬藻體基因組序列作為參考基因組，鑒定了10株尚未培養的噬藻體。相關研究成果以“Comparativegenomicanalysisoffivefreshwatercyanophagesandreference-guidedmetagenomicdatamining”為題，于2022年8月17日在線發表在《Microbiome》上。

光合自養微生物藍藻作為地球上最重要的初級生產者，參與調控碳氮等物質循環。然而隨著全球變暖以及城市化和工業化發展，水體富營養化日益嚴重。全球淡水水體每年都大范圍爆發季節性藍藻水華，對周邊流域的生態環境及人畜安全造成重大危害。噬藻體是一類特異性侵染和裂解藍藻的噬菌體，是藍藻的天敵，參與調控藍藻的季節性消長，因此有望成為一種環境友好型的水華治理工具。相比于被廣泛研究的噬菌體和海洋噬藻體，迄今為止只有少數的淡水噬藻體被分離、鑒定和測序，在很大程度上限制了噬藻體的研究和應用。

通過在水華爆發季節從巢湖采集水樣，作者首先從巢湖水體中分離和放大培養了一株偽魚腥藻Chao1806；并以此為宿主，篩選分離得到五株尾部形態各異的淡水噬藻體Pam1~Pam5（圖一）。全基因組測序表明，這五株噬藻體的雙鏈DNA基因組長度在36到142Kb之間。隨后的比較基因組學和系統發育分析表明，Pam1~Pam5具有不同的DNA包裝機制，且在進化上是相互獨立的。利用宏基因組學分析手段，作者計算了它們在巢湖南淝河口水體中的相對豐度，結果表明短尾噬藻體Pam1和Pam5占主體。進一步，作者以Pam1~Pam5和先前報道的其它淡水噬藻體基因組做參考基因組，從巢湖水體的宏基因組數據中聚類出10個新的尚未培養的淡水噬藻體重疊群（圖二）。基于上述分析，作者提出了一種基于現有宏基因組數據以及有限的實驗分離噬藻體的參考基因組的高通量鑒定新噬藻體的策略，可應用于系統性挖掘未培養的噬菌體或病毒的完整或部分基因組。結合合成生物學手段，將體外合成的基因組轉化適當宿主，可以得到大量新的噬藻體，大大豐富地球上已知微生物庫。

中國科學技術大學生命科學與醫學部周叢照教授和李瓊特任副研究員為該論文的共同通訊作者。中國科學技術大學微尺度物質科學國家研究中心博士生杜康為該論文第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金委與安徽省區域聯合基金重點項目、科技部重點研發計劃項目、安徽省重點研發計劃項目和中央高校基礎科研業務費專項資金的資助支持。

圖一 巢湖分離的五株淡水噬藻體Pam1~Pam5形態圖

圖二 10株尚未培養的淡水噬藻體重疊群的進化分析