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海洋中蓝藻的绝对体积使其成为全球碳循环中的主要参与者，并且导致多达三分之一的碳固定。这些光合微生物，包括Prochlorococcus和Synechococcus，很小 - 在一升水中可以找到多达1亿个细胞 - 但它们并不是地球上最丰富的实体。这种区别在于病毒，每1 mL海水中可以找到多达1亿个病毒。然而，研究人员对水中的病毒知之甚少，除了有三种病毒，并且它们能够大幅减少蓝藻种群，影响生物地球化学循环的全球调节。
为了帮助解决这种显着的知识缺乏问题并更多地了解病毒多样性，由亚利桑那大学教授，美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的合作者Matt Sullivan领导的团队， DOE办公室科学用户设施 使用改变游戏规则的新技术进行了人口规模的调查。他说，他们的研究结果表明存在病毒生态学，可以通过利用更多传统方法对其进行研究。该作品于2014年7月13日在Nature上发表。
“我经常开玩笑说，病毒只有它们的微生物宿主一样有趣，”沙利文说，“这使得噬藻体非常重要。它们不仅通过蓝细菌的死亡影响海洋光合作用，而且这些病毒还编码光合作用基因 - 与JGI合作发现了十年的发现 - 这意味着噬藻体有助于推动全球生物地球化学循环，这对于运行各种能量转换至关重要。行星。如果我们想要发展预测能力，我们面临的挑战是开发一种方法，使我们能够同时检测海水中数百万种非蓝细菌病毒的数千种(或更多种)野生蓝藻病毒 - 这将使我们超越学习关于他们一次一个。“
沙利文的研究小组专注于从加利福尼亚州蒙特利湾收集的单一水样中分离出的噬菌体。为了解决在海洋病毒和蓝细菌中找出“谁感染谁”的挑战，他们采用了一种称为病毒标记的技术，其中病毒所谓的“宿主诱饵”用荧光染料染色，以便找出噬菌体与哪些宿主相关。沙利文认为该项目的最初想法是研究共同作者Phil Hugenholtz，他以前是DOE JGI研究员，现任昆士兰大学澳大利亚生态基因组学中心主任。
“我们随后发现用荧光病毒”标记“细菌的基本思想并不新颖，早在1985年就有人提出，但病毒标记的新颖之处在于将其与流分选和测序相结合，”Hugenholtz说。“病毒标记结合流动分选和测序提供了宿主 - 噬菌体范围的无偏见。”
在筛选被标记为与单个聚球蓝细菌属菌株(Syn WH803)相关的噬菌体后，将病毒群体宏基因组的样品送至DOE JGI进行测序，作为Sullivan提出的社区科学计划项目的一部分。结果表明，至少有26个病毒群体与蓝藻菌株相关，其中许多已在培养中被发现和鉴定。此外，研究人员写道，“病毒标签也为Syn WH7803 特有的42种新的未培养病毒提供了证据...... [A]尽管进行了20年的隔离研究，但这一单一宿主的特定病毒的多样性前所未有。“
该研究还得益于乔治亚理工学院副教授兼理论生态学家Joshua Weitz的合作，他在UA的Sullivan实验室休假。“这种新方法提供了与特定宿主相关的病毒的令人难以置信的新颖序列数据，”Weitz解释说。“这项工作是开发一种计算基因组群体的方法的基础，这些群体可作为病毒如何与宿主微生物相互作用的更严格的预测模型的起始材料。我们现在可以用他们的基因组来映射病毒群体，而不是计算“点”，提供有关他们是谁以及他们做什么的信息。
该小组提出了几项重要发现，其中可能主要是在“基因组序列空间”(研究人员用来同时显示许多病毒的相关性的抽象方法)中绘制的荧光标记的噬菌体序列存在于离散群体中。这意味着通过“猖獗的镶嵌现象”进化的病毒基因组的传统知识 - 即重组来自不同噬藻体的区段或模块 - 可能是错误的。相反，这些噬藻体基因组“簇”表明野生中存在离散的群体结构。
“这里的新发现并不是病毒的数量，而是人口的结构性，”沙利文说。“由于复杂自然群落中的这些离散群体以及与每个群体相关的基因组序列信息，我们正在产生关于可能驱动特定群体 - 宿主相互作用和特定群体丰度的假设 - 即病毒生态学。你可以追踪一个群体在基因水平上如何随时间变化 - 这是病毒进化，“他说。“之前的想法是，病毒基因组序列空间将是一个很大的模糊，但这表明我们可以计算和研究单位。这代表了一个全新的球赛，并开辟了病毒生态学，利用数十年的理论和实践，研究更传统的大型生物研究。
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