抗生素耐药基因（ARGs）的传播一直是公共卫生和环境科学关注的焦点，而可移动遗传元件（MGEs）被认为是ARG传播的主要媒介。相比城市污水、医院排放等显性热点，地下水作为全球最大但最隐蔽的淡水系统，噬菌体（phage）在地下水环境中大量存在，但它们究竟是加速ARG传播的“帮凶”，还是抑制传播的“守门人”？ 这一关键问题在过去研究中缺乏系统性的研究视角。

为揭示噬菌体在地下水抗性基因动态中的真实角色，北京大学深圳研究生院环境与能源学院生态环境与资源效率研究实验室倪晋仁课题组基于840份全球地下水宏基因组样本，构建了首个全球尺度的地下水抗性基因目录（5,724个ARGs），并据此揭示了地下水抗性基因演化的三个关键机制性发现。

（1）相较于质粒和整合子，噬菌体自身携带的ARG数量和多样性极低，但被噬菌体侵染的细菌宿主却富含防御基因（DG），显示出一种重要的“进化平衡”，即噬菌体压力促使宿主强化防御投入，而这样的资源分配会限制ARG的进一步获取。

（2）裂解型噬菌体对ARG传播形成双重抑制作用。一方面，裂解型噬菌体通过裂解宿主直接减少ARG携带者；另一方面，裂解压力选择性增强宿主获得防御系统，从而间接抑制ARG的水平转移。

（3）11.2%的ARG携带者未检出MGEs，表明在地下水环境中，垂直遗传在抗性维护中扮演重要的角色。

全球地下水抗性基因图谱显示广泛分布的ARG格局

研究进一步揭示，ARG、防御系统与关键生物地球化学基因（如反硝化相关基因）在宿主层面呈显著共现，说明噬菌体–宿主互作同时影响抗性风险与生态功能。

本研究建立了一个“以噬菌体为中心”的抗性基因进化框架，打破了关于噬菌体在抗性扩散中“直接载体”角色的传统认知。噬菌体影响地下水抗性格局的核心机制是一种由裂解选择压力和宿主防御投资共同塑造的生态权衡，而非直接转运ARG。这一认识为重新理解环境中噬菌体的生态功能、并发展基于噬菌体的抗性基因干预策略提供了全新的理论基础。

该研究得到了国家自然科学基金联合基金重点支持项目（No. U2240205）和国家自然科学基金委创新研究群体项目（No. 51721006）的资助。研究成果以“Phage-mediated resistome dynamics in global aquifers”为题，于2026年1月5日在线发表于Nature Water。倪晋仁教授为论文通讯作者，北京大学深圳研究生院环境与能源学院研究生曹怀玉为第一作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-025-00558-w.

课题组在环境病毒组研究领域的前期研究：

1. Pengwei Li, Zongzhi Wu, Tang Liu, Chunfang Deng, Quan Liu, Jinren Ni*. The defensome of prokaryotes in aquifers. Nature Communications, 2025, 16, 6482.

2. Zongzhi Wu, Shufeng Liu, Jinren Ni*. Metagenomic characterization of viruses and mobile genetic elements associated with the DPANN archaeal superphylum. Nature Microbiology, 2024, 9:3362-3375.

3. Zongzhi Wu#, Tang Liu#, Qian Chen, Tianyi Chen, Jinyun Hu, Liyu Sun, Bingxue Wang, Wenpeng Li, Jinren Ni*. Unveiling the unknown viral world in groundwater. Nature Communications, 2024, 15, 6788.

4. Tianyi Chen, Tang Liu, Zongzhi Wu, Bingxue Wang, Qian Chen, Mi Zhang, Enhang Liang, Jinren Ni*. Virus-pathogen interactions improve water quality along the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Canal. The ISME Journal, 2023, 17:1719-1732.