表征少數(shù)土壤中微??生物細(xì)胞的多樣性是如此復(fù)雜，被認(rèn)為是不可能的。迄今為止，只有一小部分位于土壤中，土壤上和周圍的微生物已被確定為了解其對(duì)全球碳循環(huán)和其他營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的貢獻(xiàn)的努力的一部分。土壤也是無(wú)數(shù)病毒的家園，這些病毒可以感染微生物，影響它們調(diào)節(jié)這些全球周期的能力。

2018年11月19日，自然通訊報(bào)道，美國(guó)能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)，美國(guó)能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的研究人員首次在森林土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了巨型病毒基因組。 ，以及馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校(UMass Amherst)。顧名思義，巨型病毒的特點(diǎn)是不成比例的大型基因組和病毒體，它們?nèi)菁{病毒的遺傳物質(zhì)。它們經(jīng)常在原生生物和藻類中被發(fā)現(xiàn)，因此它們被認(rèn)為對(duì)它們的宿主的種群動(dòng)態(tài)和地球的生物地球化學(xué)循環(huán)有重大影響。

在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的16種新型巨型病毒使巨型病毒系統(tǒng)發(fā)育多樣性增加了20%以上，屬于不同的譜系。例如，一半的新病毒屬于Klosneuvirinae，使其成為Mimiviridae中最大的亞科。Schulz和Woyke 之前曾報(bào)道發(fā)現(xiàn)了一組新的巨型病毒，他們稱其為廢水宏基因組中的Klosneuviruses。

“這些巨型病毒可能在土壤生態(tài)系統(tǒng)中被忽視，但如果你看一下主要的衣殼蛋白，它們是條形碼或它們的片段，它們就到處都是，” JGI微生物項(xiàng)目負(fù)責(zé)人兼研究高級(jí)作者Tanja Woyke說(shuō)。

哈佛森林中的病毒

巨型病毒基因組由JGI研究科學(xué)家Frederik Schulz發(fā)現(xiàn)，同時(shí)幫助Jeff Blanchard實(shí)驗(yàn)室的UMass Amherst研究生Lauren Alteio分析她的宏基因組數(shù)據(jù)。“與我見過(guò)的其他宏基因組數(shù)據(jù)相比，在這個(gè)采樣點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的大量不同的巨型病毒基因組是無(wú)與倫比的，”Schulz說(shuō)。該數(shù)據(jù)來(lái)自Alteio收集的土壤樣本，作為Blanchard與JGI 社區(qū)科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目的一部分。

布蘭查德正在從哈佛森林的加熱和非加熱地塊收集的土壤中生成參考基因組，這些數(shù)據(jù)最終將有助于理解微生物溫室氣體的排放和捕獲。Alteio通過(guò)美國(guó)能源部科學(xué)研究生研究生課程(SCGSR)計(jì)劃在Woyke實(shí)驗(yàn)室的JGI工作了一年。

近30年來(lái)，馬薩諸塞州的哈佛森林一直是世界上運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的土壤變暖實(shí)驗(yàn)的家園。由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的長(zhǎng)期生態(tài)研究(LTER)計(jì)劃資助，4000英畝土地的一部分有埋在地下幾英寸處的加熱電纜，調(diào)節(jié)溫度，使其比附近的控制區(qū)域溫度高5度。

“這是第一次在森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)巨型病毒，”布蘭查德說(shuō)，“只有一片土壤的驚人多樣性表明我們剛剛開始了解它們的生物多樣性和在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用。”

“基于基因組大小，一些新型病毒是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大病毒之一，”Schulz總結(jié)道。“其中一個(gè)，具有2.4兆堿基的基因組，我們將其命名為”Hyperionvirus“，類似于世界上最高的已知活樹。”

較小的土壤多樣性塊

JGI研究人員在一克土壤中含有大量的微生物細(xì)胞，旨在通過(guò)將微生物分流到幾個(gè)僅有100個(gè)細(xì)胞的小池中來(lái)降低復(fù)雜性，然后分別對(duì)這些池進(jìn)行測(cè)序。當(dāng)分析來(lái)自該方法的宏基因組數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了15種新的巨型病毒基因組。相比之下，只有一個(gè)巨大的病毒基因組使用標(biāo)準(zhǔn)的，全社區(qū)獵槍宏基因組方法回收大塊森林土壤樣本，即使這些大塊土壤樣本的測(cè)序更深入。

“這種非標(biāo)準(zhǔn)的方法是故意將多樣性分解成更小的塊。如果我們只是按常規(guī)方式完成，我們就會(huì)完全錯(cuò)過(guò)這些巨型病毒，“JGI科學(xué)家Rex Malmstrom說(shuō)，他也是一名研究合著者。

“巨大的病毒在土壤中的豐富性是顯著的，并強(qiáng)調(diào)了這些神秘實(shí)體的無(wú)處不在的性質(zhì)，并且這些病毒仍然大多未被開發(fā)，”Schulz說(shuō)。

Woyke同意發(fā)現(xiàn)這些新型巨型病毒基因組僅僅是個(gè)開始。“土壤已成為巨大病毒多樣性的一個(gè)被忽視的生態(tài)系統(tǒng)，研究主要集中在水生環(huán)境。未結(jié)合的宏基因組土壤數(shù)據(jù)表明，哈佛森林土壤中巨型病毒多樣性的程度遠(yuǎn)高于本研究中回收的16個(gè)基因組，但使用傳統(tǒng)方法獲取基因組具有挑戰(zhàn)性。這一發(fā)現(xiàn)表明，土壤應(yīng)被視為巨型病毒共同培育的目標(biāo)。“