DPANN古菌是一群基因组和细胞极小的多样化共生古菌，能够存活于多种极端环境。然而，作为病毒圈中的暗物质，感染DPANN古菌的病毒在分类、系统发育、功能库和感染机制等方面尚未得到详细的研究，这阻碍了深入认识病毒在古菌共生关系中的作用。
北京大学环境科学与工程学院倪晋仁课题组在《Nature Microbiology》上发表论文，首次系统分析了全球病毒组数据库中不断扩张的DPANN病毒圈，深入揭示了未被探明的DPANN病毒组多样性，指出DPANN病毒等可移动遗传元件主要来自深层地下水、海底热液喷口等地球深部环境。该研究提出了感染4个DPANN古菌门的7大病毒新类群，并以中国古代神话人物命名（祝融、共工、后羿、女娲、后土、麒麟、谛听）。麒麟病毒和谛听病毒分别与纺锤形病毒和无尾二十面体病毒有关，其余病毒类群与尾状病毒有关。
图1 DPANN病毒新类群的复制和宿主互作机制
研究发现，DPANN病毒在系统发育和同源蛋白组成方面与已知的古菌病毒相差极大，具有独特的病毒功能库。其中，祝融病毒、共工病毒和后土病毒携带多种参与病毒半自主复制的关键基因，而女娲病毒和后羿病毒进化出多种逃避宿主防御的机制。特别是在后羿病毒中发现了第一个病毒编码的Cas12f1蛋白和一个mini-CRISPR，这可能参与宿主代谢干扰或宿主资源竞争。这些DPANN病毒在多个样本中的丰度是其宿主的10余倍，表明它们在控制宿主种群中发挥着关键作用。课题组识别了DPANN病毒在古菌病毒圈中的分类地位，阐明了DPANN病毒的感染复制和宿主互作机制，为进一步研究病毒-共生体-宿主三方关系提供了重要引导。
该项研究得到了国家自然科学基金青年学生基础研究项目（No. 423B2703）、国家自然科学基金联合基金重点支持项目（No. U2240205）、国家自然科学基金重大研究计划集成项目（No. 92047303）等的资助。研究成果以“Metagenomic characterization of viruses and mobile genetic elements associated with the DPANN archaeal superphylum”为题，于2024年10月24日在线发表于Nature Microbiology。北京大学倪晋仁教授为论文通讯作者，博士生吴宗治为第一作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01839-y
课题组在环境病毒组研究领域的前期研究
(1) Zongzhi Wu#, Tang Liu#, Qian Chen, Tianyi Chen, Jinyun Hu, Liyu Sun, Bingxue Wang, Wenpeng Li, Jinren Ni*. Unveiling the unknown viral world in groundwater. Nature Communications, 2024, 15, 6788.
(2) Tianyi Chen, Tang Liu, Zongzhi Wu, Bingxue Wang, Qian Chen, Mi Zhang, Enhang Liang, Jinren Ni*. Virus-pathogen interactions improve water quality along the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Canal. The ISME Journal, 2023, 17:1719-1732.
