在人类肠道中，噬菌体组成在个体间展现出了显著的差异。此外，由于噬菌体特有的快速进化特性，使得肠道噬菌体在基因组层面表现出较强的多样性。单核苷酸变异（SNV）和结构变异（SV）正是噬菌体多样性的两大核心要素。然而，过去的研究多聚焦于SNP，而对于结构变异SV的研究尚不多见。
2024年8月16日，复旦大学计算神经科学与类脑智能教育部重点实验室赵兴明教授团队在Science Advances上发表了题为《Long-read sequencing reveals extensive gut phagenome structural variations driven by genetic exchange with bacterial hosts》的研究论文。
在该研究中，研究团队利用病毒颗粒富集的长读测序，对91名中国人肠道的噬菌体结构变异进行了全面的鉴定，在9,401个高质量组装的肠道噬菌体上共鉴定了14,438个非冗余的噬菌体结构变异。研究发现，这些结构变异富含重组专座酶、抗生素抗性基因以及细菌来源的功能基因（图1），一定程度上反映了与噬菌体不同生活方式相关的独特特征。
▲ 图1：人类肠道噬菌体结构变异富集的功能
研究团队发现，大多数噬菌体结构变异的形成是由噬菌体-细菌宿主之间的遗传交换所驱动形成的（图2）。这些结构变异片段与细菌宿主基因组片段表现出高度的同源性，并且这些结构变异主要富含水平基因转移相关的功能基因。温和性噬菌体与细菌宿主具有更高频率的遗传交换，因此温和性噬菌体相比于烈性噬菌体也具有更高的结构变异密度。
总体而言，此研究揭示了肠道噬菌体的结构变异全景图，有助于更好理解人类肠道噬菌体与细菌之间的相互作用。
▲ 图2：噬菌体-细菌的基因片段交换网络
实验室博士生赖森莹为论文的第一作者，实验室赵兴明教授、华中科技大学陈卫华教授、欧洲分子生物学实验室Peer Bork为本文的通讯作者，该论文受到国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市计算生物学专项等经费的资助。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn3316
