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近日，av解说 蹇华哗研究员带领的深海病毒研究组（DVRT）在原核病毒溶原-裂解转换机制和裂解蛋白的多样性与进化机制领域取得研究进展。团队分别在《iMeta》期刊发表了题为“PSOSP uncovers pervasive SOS-independent prophages with distinct genomic and host traits in bacterial genomes”的研究论文，在《The ISME Journal》发表了题为“Diversity and evolution of prokaryotic viral lytic proteins”的研究论文。

一、细菌基因组中普遍存在SOS非依赖型原噬菌体

原噬菌体是温和噬菌体处于溶原循环时的休眠状态，它们以整合或非整合的方式广泛存在于细菌基因组中。这些原噬菌体在宿主细菌所处的外界环境变化的情况下，会被诱导进入活跃状态，从而使得温和噬菌体进入裂解循环，导致产生重要的生态影响，这一过程被称为溶原-裂解转换（lysogenic-lytic switch）。经典的溶原-裂解转换依赖于细菌的SOS途径，该途径是细菌在遭受DNA损伤因子，比如紫外线（UV）、丝裂霉素C（MMC）等时，开启的用于DNA修复的过程。然而，近年来，非SOS途径依赖诱导的原噬菌体时有报道。此外，在对环境微生物使用MMC进行诱导时显示诱导率高度可变，且对MMC不敏感的情况普遍存在。尽管如此，由于目前缺乏专门的工具以鉴定原噬菌体的诱导模式，SOS非依赖型原噬菌体（SiPs）的分布比例及其基因组特征仍未得到系统分析。因此，开发通用工具来鉴定原噬菌体的诱导模式，对于系统揭示温和噬菌体的生物学特征具有重要意义。

在《iMeta》期刊发表的研究中，团队开发了一个新型生物信息学工具——原噬菌体SOS依赖性预测工具（Prophage SOS-dependency Predictor, PSOSP），该工具通过分析SOS途径的关键调控因子LexA蛋白与靶DNA结合的异源性指数（Heterology Index, HI）来预测原噬菌体的诱导模式，并将其分为SOS依赖型原噬菌体（SdPs）与SOS非依赖型原噬菌体（SiPs）。在研究中，团队以自主分离的两株深海细菌Shewanella piezotolerans WP3和S. psychrophila WP2及它们所包含的4个原噬菌体为对象，通过一系列分子生物学和噬菌体诱导实验验证了PSOSP的可靠性。结果表明：PSOSP能够准确地区分SdPs和SiPs，灵敏度与特异性均达到100%。进一步将PSOSP应用于49,333个完整细菌基因组，成功推断出15,493个细菌基因组中的原噬菌体诱导模式，并鉴定出11,806个SiPs。这些SiPs广泛分布于145个细菌属中，且与SdPs相比表现出独特的基因组特征。相应地，这两种类型原噬菌体的宿主之间也被推测存在生理特征的不同（图1）。PSOSP工具的开发及应用不仅揭示了原噬菌体诱导机制的多样性，还为未来深入开展噬菌体与宿主互作研究提供了重要的方法学支持。

PSOSP工具的代码以开源形式公开于GitHub（//github.com/mujiezhang/PSOSP），此外，团队还搭建了在线网页服务器以便用户访问并使用PSOSP（//vee-lab.av-js.net/PSOSP/）。

图1. PSOSP揭示细菌基因组中普遍存在具有独特基因组与宿主特征的SOS非依赖型原噬菌体摘要图

博士生郝亚丽、张慕杰为论文的共同第一作者，蹇华哗研究员为通讯作者，肖湘教授和深部生命国际研究中心（IC-DLI）团队为本课题研究提供了重要帮助。

全文链接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70073

二、原核病毒裂解蛋白的多样性与进化机制

病毒是地球上数量最庞大的生命实体，其中绝大多数是以细菌和古菌为宿主的原核病毒。病毒介导的细胞裂解是微生物死亡的主要方式之一，每日可裂解约20%的海洋微生物，每年释放0.37-0.63 Gt碳，深刻影响着全球生物地球化学循环。这一过程曾被认为是的溶菌酶的单一作用，但近年研究发现，病毒裂解宿主是一个高度复杂且精确调控的生物学过程，依赖于多种裂解蛋白（lytic proteins, LyPs）的协同作用。尽管对病毒裂解机制的研究已取得重要进展，但在宏观进化尺度上对原核病毒裂解蛋白的系统性认知仍然十分有限。在《The ISME Journal》期刊上发表的研究中，团队构建了国际首个“原核DNA病毒裂解蛋白数据集”（PDVLPD），整合了包括裂解酶 (Endolysin)、穿孔素 (Holin)、融合素 (Spanin) 等六大类裂解蛋白，涵盖4264个高质量病毒基因组 (图2)。

图2. 原核DNA病毒裂解蛋白数据集 (PDVLPD) 总览

团队通过多步骤生物信息学流程和严格质控，系统分析了裂解蛋白的序列多样性、结构保守性以及其与病毒基因组大小、宿主细胞壁结构、生活方式之间的关联。研究显示，裂解蛋白在序列层面呈现高度变异，但在结构层面却表现出显著保守性，反映出其对宿主细胞结构的适应性进化。进化分析进一步发现，裂解蛋白基因在原核生物和病毒之间存在广泛的水平基因转移 (HGT)，尤其是裂解酶和穿孔素码基因，提示其很可能起源于细菌并经历多次独立进化事件 (图3)。

图3. 裂解蛋白在噬菌体与细菌间的水平基因转移（HGT）

此外，本研究还评估了裂解蛋白在抗耐药病原体中的应用潜力，针对WHO公布的八大优先耐药菌属，筛选出大量具有潜在抗菌活性的新型裂解酶，为下一代抗菌药物的开发提供了丰富资源。

博士生杨霆为论文第一作者，蹇华哗研究员为通讯作者。肖湘教授和深部生命国际研究中心（IC-DLI）团队为本研究给予了重要支持。

全文链接： //doi.org/10.1093/ismejo/wraf200

上述系列成果得到了得到了国家自然科学基金（42176095, 42330206, 42476090, 92451303）、国家重点研发计划项目（2021YFF0501302, 2022YFC2805404）、海南省科技计划三亚崖州湾科技城自然科学基金联合项目（2021JJLH0057）、海南省自然科学基金（825MS200）、三亚崖州湾科技城项目（SKJC-JYRC-2024-61）、上海交通大学海南研究院项目（HRSJ-ZSZX-007）及厦门市自然科学基金（3502Z202374004）等多个项目资助。