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单链 RNA（ssRNA）和单链 DNA（ssDNA）噬菌体是全球病毒组的重要组成部分，然而，支持其感染周期的宿主遗传网络仍缺乏深入认识。在本研究中，我们对大肠杆菌中依赖 F 菌毛的 ssRNA 和 ssDNA 噬菌体感染周期调控的遗传景观进行了全面的全基因组绘制。针对涵盖 Leviviricetes 四个基因群的 ssRNA 噬菌体开展遗传筛选后，我们发现了一套高度保守的宿主依赖网络，F 质粒基因 traD 是其中显著的例外。尽管初级结构受体组分以及由 dsbA 介导的二硫键形成在所有谱系中均为维持 F 菌毛完整性所必需，但 traD 在进入阶段表现出严格的基因群特异性需求：尽管不同病毒类群共享相同的初级受体，其必需性却存在显著差异。我们的基因剂量筛选显示，hslU 蛋白酶或 RNA 伴侣蛋白 stpA 的拷贝数升高会限制感染，从而鉴定出能够扰乱病毒生命周期的明确遗传屏障。针对丝状 ssDNA 噬菌体开展的平行实验获得了与已发表文献一致的宿主因子谱，同时揭示了宿主依赖性的其他差异。这些筛选证实，ssDNA 噬菌体在菌毛结合之后的进入过程中严格依赖宿主 TolQRA 复合体。相关实验在稳态维持相关基因簇中追踪到了显著的负适应度特征，凸显了持续的非裂解性病毒粒子挤出所造成的生理负担如何对宿主包膜施加压力。最后，通过这种比较分析，我们追溯了分离宿主（大肠杆菌 HSF）所表现出的选择性，发现其源于一种从克雷伯菌水平获得的荚膜结构。这种表面屏障能够排斥在多种大肠杆菌菌株上分离得到的大量双链 DNA 噬菌体，同时允许 ssDNA 和 ssRNA 噬菌体的病毒粒子与延伸的 F 菌毛结合，并借助天然的菌毛回缩绕过该屏障。综上，本研究系统绘制了单链噬菌体—宿主相互作用的类别范围图谱，将经典遗传学与现代病毒发现相衔接，同时建立了一个稳健的宿主平台，用于获取尚未培养的病毒多样性，并为设计下一代诊断工具、蛋白质抗生素和阻断水平基因转移的生物防治工具提供功能性蓝图。
参与单链 RNA 和 DNA 噬菌体感染途径的宿主因组的全基因组表征 | bioRxiv
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参与单链 RNA 和 DNA 噬菌体感染途径的宿主因子的全基因组表征
Isabella Murray， Roniya Thapa Magar， Denish Piya， 查看 ORCID 主页 Hemaa Selvakumar， Lucas Moriniere， Sarshad Koderivalappil， Madeline Svab， Jirapat Thongchol， Alexey Kazakov， Nathalie H Elisabeth， Mohamad Alayouni， Prithvi Pal Singh， 查看 ORCID 主页 Artur Muszyński， Parastoo Azadi， Sian V Owen， Junjie Zhang， Stephanie D Friedman， 查看 ORCID 主页 Adam P. Arkin， Adam Deutschbauer， 查看 ORCID 主页 Simon Roux， 查看 ORCID 主页 Vivek K Mutalik
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.17.752499
Isabella Murray 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Roniya Thapa Magar 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Denish Piya 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Hemaa Selvakumar 2 劳伦斯伯克利国家实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Hemaa Selvakumar 的 ORCID 记录
Lucas Moriniere 3 加利福尼亚大学伯克利分校； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Sarshad Koderivalappil 2 劳伦斯伯克利国家实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Madeline Svab 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Jirapat Thongchol 4 德州农工大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Alexey Kazakov 2 劳伦斯伯克利国家实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Nathalie H Elisabeth 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Mohamad Alayouni 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Prithvi Pal Singh 5 佐治亚大学，美国佐治亚州雅典； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Artur Muszyński 6 佐治亚大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Artur Muszyński 的 ORCID 记录
Parastoo Azadi 6 佐治亚大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Sian V Owen 7 纽约州卫生部，美国纽约州奥尔巴尼； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Junjie Zhang 4 德州农工大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Stephanie D Friedman 8 独立研究者，美国佛罗里达州彭萨科拉； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Adam P. Arkin 1 劳伦斯伯克利国家实验室，美国加利福尼亚州伯克利； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Adam P. Arkin 的 ORCID 记录
Adam Deutschbauer 2 劳伦斯伯克利国家实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Simon Roux 9 联合基因组研究所，美国加利福尼亚州伯克利 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Simon Roux 的 ORCID 记录
Vivek K Mutalik 2 劳伦斯伯克利国家实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Vivek K Mutalik 的 ORCID 记录
通讯作者： vkmutalik{at}lbl.gov
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摘要
单链 RNA（ssRNA）和单链 DNA（ssDNA）噬菌体是全球病毒组的重要组成部分，但支持其感染周期的宿主遗传网络仍缺乏深入了解。在本研究中，我们对大肠杆菌中依赖 F 菌毛的 ssRNA 和 ssDNA 噬菌体感染周期所受调控的遗传图谱进行了全面的全基因组绘制。
针对涵盖 Leviviricetes 中全部四个基因群的 ssRNA 噬菌体开展的遗传筛选显示，宿主依赖网络具有高度保守性，F 质粒基因 traD 是一个显著例外。尽管初级结构受体组分以及由 dsbA 介导的二硫键形成过程对于所有谱系均不可或缺，以确保 F 菌毛的完整性，但 traD 在进入阶段表现出严格的基因群特异性需求：尽管不同病毒群共享相同的初级受体，其必需性在不同病毒群之间却存在差异。我们的基因剂量筛选表明，提高 hslU 蛋白酶或 RNA 分子伴侣 stpA 的拷贝数会限制感染，从而确定了能够扰乱病毒生命周期的明确遗传屏障。
丝状单链DNA噬菌体的平行检测获得了与已发表文献一致的宿主因子谱，同时揭示了宿主依赖性的其他差异。这些筛选结果证实，单链DNA噬菌体在与菌毛结合后进入细胞的过程中，严格依赖宿主TolQRA复合体。检测结果在稳态相关基因簇中呈现出显著的负适应度特征，凸显了持续性、非裂解性病毒粒子挤出所造成的生理负担如何使宿主包膜承受压力。
最后，这一比较方法追溯了我们分离宿主（E. coli HSF）的选择性来源，发现其归因于从克雷伯菌水平获得的荚膜结构。这一表面屏障能够排斥在多种大肠杆菌菌株上分离获得的大量双链DNA噬菌体，同时允许单链DNA和单链RNA噬菌体的病毒粒子与延伸的F菌毛结合，并通过天然的菌毛回缩绕过该屏障。总之，本研究系统绘制了单链噬菌体—宿主相互作用的类别级图谱，将经典遗传学与现代病毒发现相衔接，同时建立了一个稳健的宿主平台，用于获取尚未培养的病毒多样性，并为设计下一代诊断工具、蛋白质抗生素和阻断水平基因转移的生物防治工具提供了功能性蓝图。
利益冲突声明
脚注
https://doi.org/10.6084/m9.figshare.33916840
已声明的资助信息
美国能源部
劳伦斯伯克利国家实验室的生物防备研究虚拟环境（Biopreparedness Research Virtual Environment，BRaVE）噬菌体平台建立在美国能源部科学办公室生物与环境研究办公室的支持下，相关工作依据合同编号DE-AC02-05CH11231开展。
美国能源部联合基因组研究所（U.S. Department of Energy Joint Genome Institute）是美国能源部科学办公室的用户设施，由美国能源部科学办公室提供支持，并依据合同编号DE-AC02-05CH11231运营。
复杂碳水化合物研究中心（Complex Carbohydrate Research Center）部分获得美国能源部科学办公室基础能源科学部化学科学、地球科学与生物科学分部的支持，资助编号为DE-SC0015662。
NIH R01GM141659
NIH R24GM137782
版权
本预印本的。
本文依据
CC-BY-NC 4.0国际许可协议
提供。
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发布于2026年9月18日。
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Sian V Owen
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Stephanie D Friedman
、
Adam P. Arkin
、
Adam Deutschbauer
、
Simon Roux
、
Vivek K Mutalik
bioRxiv
2026.09.17.752499；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.17.752499
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、
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2026.09.17.752499；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.17.752499
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.17.752499v1?rss=1
🏷️ 噬菌体-宿主相互作用 单链RNA噬菌体 单链DNA噬菌体 全基因组筛选 大肠杆菌 F菌毛