物理化学胁迫下噬菌体在生境中的适应策略和生态作用

该篇综述2024年3月发表于《Trends in Microbiology》，综述主要讲述噬菌体通过影响微生物群落的组成、遗传交换、代谢和环境适应，在生态系统功能中起着至关重要的作用。随着测序技术和生物信息学的最新进展，研究人员对噬菌体在应激环境中的生态学和进化的理解已经大大扩展。本文综述了物理化学环境胁迫对噬菌体生理状态和群落动态的影响，噬菌体应对环境胁迫的适应策略，以及应激环境下噬菌体-宿主相互作用的生态效应。具体来说，研究人员强调了噬菌体对微生物群适应性进化和功能的贡献，并表明噬菌体和它们的宿主在应对环境胁迫时可以保持互惠关系。此外，研究人员还讨论了噬菌体在应激环境中引起的生态后果，包括生物地球化学循环。总的来说，这篇综述促进了对应激环境下噬菌体生态学的理解，这可以为基于噬菌体的策略提供信息，以提高自然和工程系统中微生物组的性能和生态系统的恢复力和耐药性。

综述中主要亮点是：

1、噬菌体通过调节生殖策略、感染效率、宿主范围和迁移模式来适应压力环境。

2、噬菌体通过编码与抗逆性相关的辅助代谢基因(AMGs)，促进生物膜的形成，从而增强微生物组的适应性。

3、噬菌体驱动重要的“病毒分流”，在资源有限的环境中保留有机物并促进养分循环。

4、噬菌体通过表达AMGs调节微生物营养代谢，影响逆境条件下的生物地球化学循环。

5、细菌抗病毒系统调节在压力环境中由噬菌体介导的有害细胞裂解和有益的水平基因转移的权衡。

结论：

本文从生态学和进化的角度阐述了噬菌体在应激环境中的适应性及其与细菌宿主的相互作用。在低生物量压力环境中，噬菌体中溶原性生活方式的流行与“背负持久性”假说相一致。这一假说认为，温带噬菌体通过调节代谢、耐药性和抗病毒系统来帮助宿主适应压力环境，同时确保自身基因组的稳定生存——与宿主形成互惠共生关系。相反，正如“杀死赢家”和“恒定多样性”假说所描述的那样，应激条件下的毒力噬菌体在促进营养循环、促进群落进化和维持微生物多样性方面发挥着至关重要的作用。需要更多的研究来获得对不利环境条件(包括本综述中强调的物理化学因素)如何在群落水平上影响噬菌体-细菌相互作用的生态和进化动力学的预测性理解。

仍需要解决科学问题：

1、生态网络模型和微生物相互作用如何帮助评估噬菌体在生理化学胁迫下对栖息地的生态影响?

2、病毒AMGs对细菌对环境胁迫的反应及其在促进生态系统内营养循环中的作用有多大?

3、噬菌体的原核抗病毒系统和抗抗病毒系统是如何随着环境变化而进化的，其生态后果是什么?

4、RNA病毒在应激环境中的分布和组成是什么?它们如何影响微生物群落生态?

5、噬菌体及其宿主的基因组特征(如基因组大小、GC含量)如何响应环境干扰而发生变化?

参考文献：Dan Huang, Rong Xia, Chengyi Chen, Jingqiu Liao, Linxing Chen, Dongsheng Wang,Pedro J.J. Alvarez, and Pingfeng Yu  Adaptive strategies and ecological roles of phages in habitats under physicochemical stress 2024 Trends in Microbiology