冰川覆盖了地球表面积的10%，冰川表面低温寒冷、寡营养、辐射强，对各种生命形式构成严峻挑战，但却生存着以细菌、病毒等微生物为主的生命体。冰川表面病毒数量丰富，在控制冰川微生物群落和功能中发挥着重要作用。近年来尤其引人关注的是，冰川中是否存在未知的病毒，冰川消融释放出的病毒是否会对人类健康产生威胁？

近期，以兰州大学泛第三极环境中心、中科院青藏高原所和厦门大学为主的研究团队，在Science Bulletin发表了题为“Diversity and function of mountain and polar supraglacial DNA viruses”的研究论文。该团队通过对全球38个冰川表面雪、冰、融水和冰尘多生境187个宏病毒组和宏基因组数据的挖掘（图1），获得10,840个冰川DNA病毒基因组，构建了第一个全球冰川表面生态系统DNA病毒数据集(SgVG)，系统揭示了冰川病毒的物种多样性、独特性和生态系统功能，获得了对冰川DNA病毒物种、功能和生态安全的新认知。

图1 冰川表面DNA病毒数据集(SgVG)涵盖的冰川区域和冰川表面的冰、雪、融水和冰尘

冰川表面生态系统DNA病毒数据集(SgVG)中8894个从青藏高原冰川获得，1709、141、和71个分别源自北极、南极和阿尔卑斯山冰川。SgVG将原有冰川DNA病毒基因组数据扩大了15倍，为全面认识冰川生态系统奠定了坚实基础。

冰川表面病毒物种新颖性高，存在大量新型病毒和待发掘的病毒功能。高于65％的冰川表面病毒无法被分类（图2），很可能代表新的病毒谱系。功能分析显示，72%病毒基因组编码的蛋白生物学功能无法得到注释，超过39%的蛋白簇未在公共数据库中找到同源蛋白。

图2 冰川表面生态系统DNA病毒物种组成

冰川表面潜在的与人类相关病毒序列检出频率极低，冰川表面DNA病毒主要侵染原核生物和低等真核生物，而不是植物、动物或人类。将冰川病毒序列与数据库中相关病毒进行比较发现，人类、动物和植物相关的病毒信号检出频率极低，低于10-4，绝大多数在10-5–10-8（图3a）。

病毒作为移动遗传元件，在介导抗生素抗性基因（ARG）和毒力因子（VFs）传播中可能发挥作用。研究发现只有1.1％的冰川病毒基因组编码ARG，包括氨基糖苷类、四环素等31类抗生素抗性基因（图3b），冰川病毒通过携带ARG对公众健康构成的风险较低。但8.6％的冰川病毒编码VFs（图3c），因此在未来应评估冰川消融释放携带VFs的病毒感染下游微生物导致新病原体出现的可能。

图3（a）冰川表面与人类相关病毒序列的相对丰度；（b）DNA病毒基因组携带的抗生素抗性基因类型及其在不同冰川中出现频率；（c）病毒携带的VFs类型及其分布特征。

冰川表面病毒调节细菌群落代谢并影响冰川碳组份，野外原位培养发现青藏高原冰尘中病毒具有非常高的活性，病毒丰度和生产力与海洋和土壤环境相似。冰川DNA病毒能够感染83%的冰川原核生物类型，感染变形菌、蓝细菌和拟杆菌等冰川表面丰度高且驱动碳-氮循环的核心类群。冰川DNA病毒编码了1332个辅助代谢基因（AMG），AMG涉及代谢、细胞过程、遗传和环境信息处理等57 条途径，帮助宿主将冰川中难分解的有机质转变为易降解的类型，从而改变冰川有机质组成（图4）。

图4 冰川表面DNA病毒编码多种类型辅助代谢基因（AMG）

该研究由兰州大学泛第三极环境中心、中国科学院青藏高原研究所、微生物研究所、厦门大学、上海交通大学、深圳大学、农业农村部沼气科学研究所及加拿大英属哥伦比亚大学学者共同完成。兰州大学泛第三极环境中心刘勇勤教授为第一作者，刘勇勤和刘鹏飞教授为共同通讯作者。该研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究、科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金委优青等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.09.007

内容来源 | 兰州大学泛第三极环境中心

文字、图片 | 刘鹏飞

编辑 | 温彩霞

责任编辑 | 彭倩