揭示全球转座噬菌体多样性及生态功能

噬菌体（phage）是侵染细菌的病毒，也是地球上数量最多的生物，发挥着重要的生态功能。其中，转座噬菌体（transposable phage, TBP）因其独特的转座复制的生活方式而备受关注。Mu是最经典的转座噬菌体，基因组长约38 kb, 当它整合到宿主基因组上并进入裂解循环时，Mu会启动“copy and paste”形式的转座复制，随机插入宿主基因组，造成宿主基因的缺失、反转或融合。Mu从宿主基因组上切离时会在两端各携带一部分宿主DNA片段并且能在染色体和质粒间转座，使得Mu成为普遍性转导噬菌体。虽然有研究陆续报道一些转座噬菌体的分离与鉴定，如D108, B3, BcepMu等，但我们对全球范围内转座噬菌体的数量、分布、种类、生态功能等仍无系统性认识。针对这一现状，该研究首先收集了所有已分离的转座噬菌体，通过蛋白序列和结构分析鉴定出6组marker蛋白，结合该研究组自主开发的大规模系统性整合位点预测流程，通过一系列严格的筛选和校正，构建了目前为止最大的转座噬菌体基因组数据集（TBPGD），包含9766个完整基因组边界和8683个完整蛋白边界的转座噬菌体基因组。

图1. (a) 转座噬菌体生活史；(b) 转座噬菌体全球分布

该研究发现转座噬菌体广泛分布于包括宿主相关、水体、土壤和沉积物等全球各类自然环境中。按照最新的病毒分类标准可将转座噬菌体分为至少3488种，132个属，11个亚科，表明转座噬菌体具有极高的多样性。宿主分析表明转座噬菌体的宿主范围极广，这些宿主广泛分布于14个细菌门中，并首次在Campylobacterota和Bacteroidota中发现转座噬菌体。宿主匹配分析相比于其他的有尾噬菌体，转座噬菌体跨宿主侵染能力更强。