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森林土壤中隐藏的巨人

2018-12-27 12:01:12 • 来源：

表征少数土壤中微​​生物细胞的多样性是如此复杂，被认为是不可能的。迄今为止，只有一小部分位于土壤中，土壤上和周围的微生物已被确定为了解其对全球碳循环和其他营养循环的贡献的努力的一部分。土壤也是无数病毒的家园，这些病毒可以感染微生物，影响它们调节这些全球周期的能力。

森林土壤中隐藏的巨人

2018年11月19日，自然通讯报道，美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)，美国能源部科学用户设施办公室的研究人员首次在森林土壤生态系统中发现了巨型病毒基因组。 ，以及马萨诸塞大学阿默斯特分校(UMass Amherst)。顾名思义，巨型病毒的特点是不成比例的大型基因组和病毒体，它们容纳病毒的遗传物质。它们经常在原生生物和藻类中被发现，因此它们被认为对它们的宿主的种群动态和地球的生物地球化学循环有重大影响。

在这项研究中发现的16种新型巨型病毒使巨型病毒系统发育多样性增加了20%以上，属于不同的谱系。例如，一半的新病毒属于Klosneuvirinae，使其成为Mimiviridae中最大的亚科。Schulz和Woyke 之前曾报道发现了一组新的巨型病毒，他们称其为废水宏基因组中的Klosneuviruses。

“这些巨型病毒可能在土壤生态系统中被忽视，但如果你看一下主要的衣壳蛋白，它们是条形码或它们的片段，它们就到处都是，” JGI微生物项目负责人兼研究高级作者Tanja Woyke说。

哈佛森林中的病毒

巨型病毒基因组由JGI研究科学家Frederik Schulz发现，同时帮助Jeff Blanchard实验室的UMass Amherst研究生Lauren Alteio分析她的宏基因组数据。“与我见过的其他宏基因组数据相比，在这个采样点发现的大量不同的巨型病毒基因组是无与伦比的，”Schulz说。该数据来自Alteio收集的土壤样本，作为Blanchard与JGI 社区科学计划项目的一部分。

布兰查德正在从哈佛森林的加热和非加热地块收集的土壤中生成参考基因组，这些数据最终将有助于理解微生物温室气体的排放和捕获。Alteio通过美国能源部科学研究生研究生课程(SCGSR)计划在Woyke实验室的JGI工作了一年。

近30年来，马萨诸塞州的哈佛森林一直是世界上运行时间最长的土壤变暖实验的家园。由美国国家科学基金会的长期生态研究(LTER)计划资助，4000英亩土地的一部分有埋在地下几英寸处的加热电缆，调节温度，使其比附近的控制区域温度高5度。

“这是第一次在森林生态系统中发现巨型病毒，”布兰查德说，“只有一片土壤的惊人多样性表明我们刚刚开始了解它们的生物多样性和在土壤生态系统中的作用。”

“基于基因组大小，一些新型病毒是迄今为止发现的最大病毒之一，”Schulz总结道。“其中一个，具有2.4兆碱基的基因组，我们将其命名为”Hyperionvirus“，类似于世界上最高的已知活树。”

较小的土壤多样性块

JGI研究人员在一克土壤中含有大量的微生物细胞，旨在通过将微生物分流到几个仅有100个细胞的小池中来降低复杂性，然后分别对这些池进行测序。当分析来自该方法的宏基因组数据时，发现了15种新的巨型病毒基因组。相比之下，只有一个巨大的病毒基因组使用标准的，全社区猎枪宏基因组方法回收大块森林土壤样本，即使这些大块土壤样本的测序更深入。

“这种非标准的方法是故意将多样性分解成更小的块。如果我们只是按常规方式完成，我们就会完全错过这些巨型病毒，“JGI科学家Rex Malmstrom说，他也是一名研究合着者。

“巨大的病毒在土壤中的丰富性是显着的，并强调了这些神秘实体的无处不在的性质，并且这些病毒仍然大多未被开发，”Schulz说。

Woyke同意发现这些新型巨型病毒基因组仅仅是个开始。“土壤已成为巨大病毒多样性的一个被忽视的生态系统，研究主要集中在水生环境。未结合的宏基因组土壤数据表明，哈佛森林土壤中巨型病毒多样性的程度远高于本研究中回收的16个基因组，但使用传统方法获取基因组具有挑战性。这一发现表明，土壤应被视为巨型病毒共同培育的目标。“

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