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正文：细菌和噬菌体的共同进化是海洋生态系统中重要的宿主和噬菌体动态，有助于了解细菌群落多样性。在时间尺度上，关于海洋细菌中噬菌体抗性模式有什么区别，以及有利突变如何在协同进化过程中逐渐积累的问题仍然存在。在本研究中，海洋气单胞菌与其噬菌体共培养180天，每30天测定它们的遗传和表型动态。鉴定了11个噬菌体抗性基因，并将其分为脂多糖（LPS）、外膜蛋白（OMP）和双组分系统（TCS）三类。LPS缩短和OMP突变是噬菌体完全耐药的两种不同模式，而TCS突变体通过抑制噬菌体基因的转录来介导的不完全耐药。LPS和OMP的共突变是细菌耐药的主要模式，成本低。在协同进化的前60天内，突变导致细菌种群的生长和毒力显著降低，随后趋于平稳。研究结果揭示了共同进化过程中海洋细菌群落动力学和噬菌体抗性的进化权衡，从而进一步了解海洋微生物的相互作用。

结果：

图 1 识别出 11 个噬菌体抗性基因，并将其分为三类：多糖（PS）合成、外膜蛋白（OMP）以及双组分系统（TCS）。

 发现三类噬菌体抗性基因， 分别是LPS（脂多糖合成）、OMP（外膜蛋白）、TCS（双组分系统）。其抗性模式为：LPS/OMP突变 → 完全抗性（噬菌体无法吸附）；TCS突变→不完全抗性（抑制噬菌体基因转录）。

图 2 三种噬菌体抗性模式，涉及脂多糖缩短、外膜蛋白突变以及通过 TCS 实现的转录抑制作用

LPS与OMP的完全抗性机制，LPS缩短：突变基因（如waaQ、waaF）逐步缩短多糖链，逃避噬菌体吸附；进化噬菌体（如RP1、RP2）通过调整宿主范围适应。OMP突变：外膜蛋白（如AgcP）突变改变噬菌体吸附位点；进化噬菌体（如RP3、RP5）通过受体多样性适应。TCS的不完全抗性机制，TCS缺失株（ΔafpR、ΔbfmS1/2）通过抑制噬菌体基因转录减少子代噬菌体，RNA-seq显示病毒相关基因显著下调。

图 3 细菌与噬菌体在 180 天内共同进化过程中噬菌体抗性基因突变频率的变化情况。

突变频率的动态变化

LPS突变：waaQ和waaF共突变频率随时间增加（60天后主导）。

OMP突变：agcP突变始终占主导（>60%）。

TCS突变：频率低（<12%），因高适应性成本。

图 4 转化过程中噬菌体抗性导致细菌生长、毒力和适应性逐渐下降。

抗性成本与适应性权衡

生长与毒力：初期（60天内），生长速率和毒力显著下降；后期（90天后），趋于稳定，低成本突变占优。

适应性竞争：LPS/OMP突变株（ΔwaaQ、ΔagcP）适应性损失最小。TCS突变株（ΔbfmS1）竞争力低。

结论：进化模式初期为高成本抗性突变主导（“军备竞赛”），后期为低成本突变积累（“波动选择动态”）。生态意义：LPS/OMP共突变为长期共进化中的最优策略；TCS调控噬菌体转录为新型抗性机制。

参考来源： https://doi.org/10.1038/s41396-023-01529-3