青贮饲料中噬菌体群落结构及其潜在功能解析

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正文：

噬菌体在营养物质的生物地球化学循环中发挥着至关重要的作用。然而，噬菌体在青贮饲料发酵中的群落结构和潜在功能在很大程度上仍未被探索。在本研究中，我们利用病毒宏基因组学（病毒组学）来研究青贮饲料中噬菌体的类型、生活方式、功能和营养利用模式。我们的研究结果表明，属于Caudovirales 和Geplafuvirales 的注释噬菌体以及青贮饲料中未分类的噬菌体的流行率很高。这些噬菌体的主要宿主类型是弯曲杆菌目和肠杆菌目。由于宿主范围更广、生存能力更强，烈性噬菌体在青贮环境中占据主导地位。发现青贮饲料中存在的所有已鉴定的噬菌体都是非致病性的。尽管温和噬菌体和强毒噬菌体携带与营养循环过程相关的不同基因，但参与碳代谢的共享基因强调了噬菌体在调节青贮饲料碳代谢中的潜在重要性。总的来说，我们的研究结果为进一步探索噬菌体和微生物之间复杂的相互作用调节青贮饲料发酵质量提供了宝贵的基础。

结果：

图1：噬菌体群落组成与宿主关联

噬菌体群落结构与多样性

主要噬菌体类型为Caudovirales（平均丰度50.1%）和 Gepiafuvirales（平均丰度7.3%），未分类噬菌体占比显著（样本A6达88.4%）。其中主要宿主为 Proteobacteria（Campylobacterales和Enterobacterales），烈性噬菌体宿主范围更广（图1d）。

图 2 噬菌体生活方式与宿主分布

噬菌体生活方式分析

烈性噬菌体主导：所有样本中烈性噬菌体占比均高于温和噬菌体（图2a）。

宿主关联：烈性噬菌体感染门类更广（Proteobacteria、Firmicutes等）（图2b-d）。

 图 3 不同生活方式噬菌体的功能差异

噬菌体功能特征

烈性噬菌体功能更丰富：RPKM值更高（28,314 vs. 16,211）（图3a）。显著富集核苷酸代谢、异生物降解等通路（图3c）。

安全性：所有噬菌体均为非致病性。

图 4 KEGG功能通路热图

噬菌体与碳氮代谢的关联

烈性噬菌体：显著参与碳代谢（如prsA基因）和 氮代谢（如gldc基因）。

温和噬菌体：仅参与部分碳代谢（如tktA基因）。

 图 5 噬菌体-宿主代谢互作模型

烈性噬菌体通过裂解宿主释放养分，促进青贮发酵。

结论：Caudovirales和Gepiafuvirales是青贮优势噬菌体，烈性噬菌体主导且功能多样。

参考来源：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120837