海绵是最原始的多细胞动物之一。过去的研究在海绵的起源与分化、物种多样性、生态功能及其与微生物的共生关系等方面，做出了大量深入的探索、取得了丰硕的成果、建立了较为系统的认知。然而，这些理论主要形成于浅海海绵的研究工作，对于深海海绵则知之甚少。本研究基于宏基因组学分析手段，在基因组水平上，对采集自冲绳海槽热液区的一株海绵的共生微生物进行了遗传多样性、代谢潜力以及共生适应性演化机制的研究，同时也探究了该海绵相关病毒的多样性和潜在功能特征。

基于cox1基因的系统发育分析表明，海绵属于玻璃海绵纲（Hexactinellida）Bolosoma属。该海绵与最近缘物种间的cox1基因相似度为93.3%，低于95%，因而属于一个潜在的新种。

通过宏基因组测序和基因组分拣，一共获得12个高质量的共生菌基因组（metagenome-assembled genomes，MAGs），分属于假单胞菌门（Pseudomonadota，n=7）、热变形菌门（Thermoproteota，n=2）、硝化刺菌门（Nitrospinota，n=1）、Omnitrophota门（n=1）和厚壁菌门（Bacillota，n=1），其中最优势的MAGs是Bin01和Bin10。物种新颖性分析显示，所有MAGs都至少是新种（Species）级别，其中2个MAGs新颖度可达新属（Genus）级别。全球丰度分析显示，12个MAGs可分为高丰度、条件高丰度和低丰度微生物类群，其中Bin01、Bin02和Bin08是常见的高丰度共生菌。相对丰度分析和功能分析显示，海绵微生物组的主要功能类群依次是硫氧化细菌（SOB）、氨氧化古菌（AOA）、甲烷氧化细菌（MOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）。另外，我们可能首次在海绵中发现寄生型的Omnitrophota门微生物。共生菌在碳、氮和硫的代谢方面具有较高的冗余性，分别具有2个AOA和6个SOB，其中2个AOA（Bin01和Bin02）和3个SOB（Bin06、Bin10和Bin11）注释到了碳固定的编码基因，可能为化能自养菌，但只有单一类型的NOB和MOB。共生菌均具有丰富的类真核蛋白（ELPs）和次级代谢产物编码基因，但基本上缺失了CRISPR-Cas防御系统。系统发育显示，甲烷氧化菌Bin09与墨西哥湾来源的海绵共生菌近源但形成两个独立分支，且在基因组大小和功能特征上存在显著差别。进一步的比较基因组分析认为，Bin09正处于基因组精简过程的早期阶段，是一个从游离型到严格共生型演化的过渡种。另外发现5个不同分支的微生物都具有硫氧化功能，各个分支在相对丰度和代谢功能特征等方面存在差别，作为冗余性的共生菌类群在维持海绵共生功能体的生理稳定性方面发挥重要作用。

从海绵宏基因组中共鉴定获得410条新颖的病毒序列。多数病毒为烈性病毒，可预测的潜在宿主主要为低丰度微生物。病毒携带了大量辅助代谢基因（AMGs），在硫代谢、能量合成、次级代谢产物合成等方面发挥重要作用，并可能有助于微生物宿主应对冲绳海槽热液区独特的环境限制。另外发现，病毒可能对高、低丰度微生物宿主产生了差异化的感染策略，这对于海绵功能共生体（sponge holobiont）中的微生物群落结构和营养流转的调控具有重要意义。

本研究拓展了关于深海海绵共生微生物多样性的认知，加深了关于海绵共生微生物重要类群对极端环境适应性演化过程的认识，并阐述了海绵-微生物-病毒间相互作用关系的重要性。