Abstract In some extreme environments, archaeal cells have been shown to have chronic viral infections, and such infections are well-tolerated by the hosts and may potentially protect against more lethal infections by lytic viruses. We have discovered that a natural Haloferax strain (48N), which is closely related to the model organism Haloferax volcanii, is chronically-infected by a lemon-shaped virus, which we could purify from the medium. The chronic infection by this virus, which we named LSV-48N, is never cleared, despite the multiple defense systems of the host that include CRISPR-Cas, and two CBASS systems. Curing 48N of its virus by genetic engineering, led to radical changes in the gene expression profile of 48N and a dramatic improvement in its growth rate. Remarkably, the cured 48N is the fastest-growing haloarchaeon reported to date, with a generation time of approximately 1 hour at 45°C compared to the typical 2.5 hours of H. volcanii or its infected isogen, and faster than any known haloarchaeon. The virus subverts host defenses by reducing their transcription and interfering with the CRISPR spacer acquisition machinery. Our results suggest that the slow growth of many halophilic archaea could be due to the effects of proviruses within their genomes that consume resources and alter the gene expression of their hosts.

The study of allele-specific expression (ASE) in interspecific hybrids has played a central role in our understanding of a wide range of phenomena, including genomic imprinting, X-chromosome inactivation, and cis-regulatory evolution. However across the hundreds of studies of hybrid ASE, all have been restricted to sexually reproducing eukaryotes, leaving a major gap in our understanding of the genomic patterns of cis-regulatory evolution in prokaryotes. Here we introduce a method to generate stable hybrids between two species of halophilic archaea, and measure genome-wide ASE in these hybrids with RNA-seq. We found that over half of all genes have significant ASE, and that genes encoding kinases show evidence of lineage-specific selection on their cis-regulation. This pattern of polygenic selection suggested species-specific adaptation to low phosphate conditions, which we confirmed with growth experiments. Altogether, our work extends the study of ASE to archaea, and suggests that cis-regulation can evolve under polygenic lineage-specific selection in prokaryotes.