反芻動物（如牛、羊、鹿等）依賴其復雜的胃腸道微生物群落消化纖維類物質，合成揮發性脂肪酸和微生物蛋白，同時排放溫室氣體甲烷。以往研究多集中于細菌和古菌群落，而對數量龐大的病毒群落了解甚少。病毒通過侵染宿主、調節代謝、傳遞基因等方式，深刻影響微生物群落結構和功能，但反芻動物胃腸道不同區段的病毒組成、分布及其生態功能仍屬未知。

該研究整合了來自7種反芻動物10個胃腸道區域的373個宏基因組樣本，結合二代與三代測序技術，成功構建了首個反芻動物胃腸道病毒組目錄（Ruminant Gastrointestinal Virome Catalog，RGVC）。該目錄包含近4.4萬個病毒分類單元（vOTUs），其中90%為以往未知的新病毒，并成功鑒定出大量由長讀長技術捕獲的超大基因組病毒（長達1000 kb）（圖1），極大地拓展了人們對反芻動物腸道病毒世界的認知邊界。

該研究發現，病毒群落組成并非隨機分布，而是呈現出鮮明的空間異質性，這種差異主要取決于胃腸道所在的生理區段，而不是反芻動物宿主種類（圖2）。進一步通過生物信息學分析，發現超過4600個原核生物宿主與近6000個病毒之間上萬對的高置信度匹配，揭示了病毒與宿主之間廣泛而復雜的互作網絡。深入分析表明，胃腸道病毒的豐度與其對應宿主的豐度呈現高度一致性，不同胃腸道之間的原核微生物群落差異是導致病毒呈現空間異質性的主要原因（圖3）。近半數的病毒傾向于采用溶原性生活方式，即將其基因組整合到宿主染色體中與之長期共存，且這種生活方式的比例在不同胃腸道區域中呈現規律性變化。病毒攜帶的輔助代謝基因（Auxiliary Metabolic Genes，AMGs）廣泛參與碳水化合物降解、能量代謝等關鍵途徑，具有重要的代謝調控潛力，且在不同胃腸段間呈差異分布。進一步研究通過基因鄰域分析和蛋白質三維結構模擬（AlphaFold3），排除了宿主基因污染，驗證了這些AMGs的病毒來源及其功能的可靠性（圖4）。 這些結果表明，溶源病毒與宿主建立了互利共生關系，共同調節反芻動物的營養吸收與能量獲取。

該研究首次從“空間異質性”這一生態學核心視角出發，系統揭示了反芻動物胃腸道病毒群落的分布規律、生存策略與功能貢獻。對病毒群落區域特性的解析，不僅拓展了人們對宿主?微生物?病毒互作的認識，也為未來通過干預特定胃腸道區段的病毒活動，從而提升飼料轉化效率、定向減少甲烷排放，提供了新的科學路徑與潛在調控靶點。

該研究成果發表于Journal of Advanced Research（綜合性期刊1區Top，IF = 13.0），亞熱帶生態所博士研究生張詩哲為論文第一作者，亞熱帶生態所研究員譚支良、王敏及自然資源部第三海洋研究所研究員董西洋為論文共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目支持。

論文鏈接

圖1?RGVC數據庫的構建及特征概述?

圖2?不同胃腸道區域和反芻動物物種的病毒多樣性及解釋貢獻度占比?

?圖3?病毒及其宿主豐度呈現強烈線性相關關系

?圖4?對關鍵病毒輔助代謝基因的基因組背景和蛋白結構比對驗證