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细菌暴发的特征是细胞密度异常升高且多样性极低，并可能深刻改变生态系统的功能与服务。长期以来，噬菌体一直被认为是暴发过程中导致细胞死亡的重要因素，发挥着调控作用。在本研究中，我们刻画了一个持续时间较长的河口绿硫细菌（Chlorobiota）暴发的病毒生态学特征。我们结合直接的细胞计数和病毒计数，以及宏基因组学和宏蛋白质组学数据，刻画了不同时间点宿主与噬菌体的活动情况。在细胞密度较高时，类病毒颗粒（VLPs）的丰度下降，表明裂解性感染率降低。优势生物GSB-TRL01（Prosthecochloris属）似乎含有一个大型接合质粒，该质粒编码五种不同的抗噬菌体防御系统。该生物的基因组还编码了另外13种防御系统。与每个微生物基因组平均含有五种防御系统相比，这种富集表明其具备强大的抗噬菌体防御能力。在蛋白质组中检测到了GSB-TRL01基因组上十种不同防御系统的蛋白质，以及接合质粒上四种防御系统的蛋白质。这表明GSB-TRL01在抗噬菌体防御方面投入了大量资源，从而降低了高细胞密度下的裂解程度，使细菌暴发能够持续数周至数月。为确定这种能力是否广泛存在于形成暴发的生物中，我们将可能形成暴发的生物与不形成暴发的生物的基因组进行了比较。我们发现，形成暴发的生物基因组中显著富集了抗噬菌体防御系统。这一发现挑战了暴发形成系统中噬菌体生态学的传统范式，并表明适应高密度生长的微生物可能已经进化出降低其对噬菌体攻击易感性的机制。
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摘要
细菌水华的特征是细胞密度异常高且多样性极低，并且能够深刻改变生态系统功能与服务。长期以来，噬菌体一直被认为是水华中生物死亡的重要原因，并作为一种控制机制发挥作用。在此，我们对一种持续时间较长的河口绿硫细菌（Chlorobiota）水华的病毒生态学进行了表征。我们结合直接的细胞计数和病毒计数，以及宏基因组学和宏蛋白质组学数据，对不同时间点的宿主和噬菌体活性进行了表征。病毒样颗粒（VLPs）的丰度在细胞密度较高时下降，这表明裂解性感染率有所降低。优势生物 GSB-TRL01（Prosthecochloris 属）似乎含有一个大型接合性质粒，该质粒编码五种不同的抗噬菌体防御系统。该生物的基因组还编码了另外 13 种防御系统。与每个微生物基因组平均含有五种防御系统相比，这种富集表明其具有强大的抗噬菌体防御能力。在蛋白质组中，GSB-TRL01 基因组上十种不同防御系统的蛋白质，以及接合性质粒上四种系统的蛋白质均得到了表达。这表明 GSB-TRL01 在抗噬菌体防御方面投入了大量资源，从而在高细胞密度下减少裂解，使水华能够持续数周至数月。为确定这种能力是否广泛存在于形成水华的生物中，我们将推定的水华形成生物与不形成水华的生物的基因组进行了比较。我们发现，水华形成生物的基因组中抗噬菌体防御系统显著富集。这一发现对水华形成系统中噬菌体生态学的传统范式提出了挑战，并表明适应高密度生长的微生物可能已经进化出降低其对噬菌体攻击易感性的机制。
利益冲突声明
脚注
https://github.com/moyn413/TrunkRiverChlorobi
https://osf.io/skuq7/overview?view_only=4ecb92165508457e8fdad89780139af3
已声明的资助信息
西蒙斯基金会，
https://ror.org/01cmst727
，824763
美国国家科学基金会
，2426305
，2205993
Brien O’Brien 和 Mary Hasten 奖学金基金
版权
本预印本的。
本预印本依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议公开提供。
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发布于 2026 年 9 月 26 日。
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《形成水华的细菌大量投入抗噬菌体防御》
Roo Weed ，
Molly Moynihan ，
Eleanor Greene ，
Olivia L. Mathieson ，
Catherine A. Crowley ，
Emily N. Junkins ，
Hannah Vanderscheuren ，
Abdeali M. Jivaji ，
Manuel Kleiner ，
S. Emil Ruff
bioRxiv
2026.09.26.754401；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.26.754401
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Roo Weed ，
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Eleanor Greene ，
Olivia L. Mathieson ，
Catherine A. Crowley ，
Emily N. Junkins ，
Hannah Vanderscheuren ，
Abdeali M. Jivaji ，
Manuel Kleiner ，
S. Emil Ruff
bioRxiv
2026.09.26.754401；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.26.754401
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.26.754401v1?rss=1
🏷️ 细菌暴发 噬菌体防御 病毒生态学 宏基因组学 抗噬菌体系统