2025年1月3日，周之超教授课题组在国际权威期刊《Nature Microbiology》发表题为“Unraveling viral ecology and evolution over twenty years in a freshwater lake”的研究论文。该研究利用威斯康星大学哈斯勒湖沼学实验室对门多塔湖长达20年的监测数据，通过宏基因组和宏转录组分析，揭示了130多万个病毒基因组随时间、季节及环境变化的规律。周之超教授为论文第一作者，深圳大学高等研究院及合成生物学研究中心为第二、三完成单位。

研究发现，病毒携带的14万多个辅助代谢基因（AMG）参与碳、氮、硫循环过程，功能类别广泛。其中，高丰度AMG如psbA、pmoC和katG呈现稳定分布，显示出“broad host”和“narrow host”两种模式。broad host AMG受环境影响小，参与硫代谢及叶酸合成；narrow host AMG则针对特定宿主功能，如噬蓝藻病毒中光能合成基因psbA以及与磷酸戊糖途径相关的gnd和zwf等。

研究揭示了病毒-宿主在季节变化中的相关性与生态位分化，并发现高频病毒种群经历单基因正选择与全基因组选择，分别包括：（1）与适应性相关基因的正选择，（2）基因组SNP异质性随着时间的推移而降低，（3）携带某些基因的亚群随着时间的推移成为优势种群。表现出基因组复制、宿主转录调控等适应性增强特征。这些种群在“杀死赢家”模型中体现为“皇家家族”病毒，通过基因组变化维持生态稳定性和优势地位。此外，研究通过时间序列数据将病毒丰度与无机碳、铵等环境因素关联，揭示营养供应与捕食者-猎物动态间复杂交互作用。

该研究为理解淡水系统中病毒多样性、生态动态及其在生物地球化学中的作用提供了新视角，强调探索微生物组与生态系统中病毒的重要性，并获得深圳大学合成生物学研究中心经费和科研启动经费等资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01876-7