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在土壤生態系統中發現了令人驚訝的大量新型巨型病毒

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-15瀏覽次數:1324

表征少量土壤中微生物細胞的多樣性是如此復雜,以至于認為是不可能的。迄今為止,只有一小部分土壤位于土壤中,土壤上和周圍的微生物已被確定為他們努力了解其對全球碳循環和其他養分循環的貢獻的一部分。土壤也是無數病毒的家園,這些病毒感染微生物并影響它們調節這些全球循環的能力。

2018年11月19日,“自然新聞”報道,美國能源部(DOE)聯合基因組研究所(JGI)是美國能源部科學用戶設施辦公室的研究員,他首先在森林中發現了巨大的病毒基因組土壤生態系統,以及馬薩諸塞州阿默斯特大學(UMass Amherst)。顧名思義,巨型病毒的特征是不成比例的大型基因組和含有病毒遺傳物質的病毒粒子。它們通常存在于原生生物和藻類中,因此它們被認為對其宿主的種群動態和地球的生物地球化學循環有重大影響。

本研究中發現的16種新型大紅病毒使大環病毒的發育多樣性增加了20%以上,屬于不同的譜系。例如,新病毒的一半屬于Klosneuvirinae,使其成為Mimiviridae最大的亞科。 Schulz和Woyke先前曾報道發現了一組新的巨型病毒,他們稱之為廢水宏基因組學中的Klosneuviruses。

“這些巨型病毒可能在土壤生態系統中被忽視,但如果你看一下主要的衣殼蛋白,它們是條形碼或它們的碎片,它們無處不在,”JGI微生物項目負責人兼研究作者Tanja Woyke說。說。

哈佛森林中的病毒

巨大的病毒基因組由JGI研究科學家Frederik Schulz發現,并協助Jeff Blanchard實驗室的UMass Amherst研究生Lauren Alteio分析她的宏基因組數據。 “與我見過的其他宏基因組數據相比,在這個采樣點發現的大量不同的巨型病毒基因組是無與倫比的,”Schulz說。該數據來自Alteio收集的土壤樣本,作為Blanchard和JGI社區科學計劃的一部分。

布蘭查德正在從哈佛森林的加熱和未加熱地塊收集的土壤中生成參考基因組,這將最終有助于了解微生物溫室氣體的排放和捕獲。 Alteio通過美國能源部研究生課程(SCGSR)在Woyke Labs的JGI工作了一年。

近30年來,馬薩諸塞州的哈佛森林一直是世界上運行時間最長的土壤變暖實驗的家園。由美國國家科學基金會的長期生態研究(LTER)計劃資助,這個占地4000英畝的土地的一部分有一根埋在地下幾英寸處的加熱電纜,將溫度調節到比附近控制區域溫度高5度。

“這是第一次在森林生態系統中發現一種巨型病毒,”布蘭查德說。 “只是土壤套管的驚人多樣性表明我們才剛剛開始了解它們的生物多樣性及其在土壤生態系統中的作用。”

“基于基因組大小,幾種新病毒是有史以來發現的最大病毒之一,”Schulz總結道。 “其中一個,具有2.4兆堿基的基因組,我們將其命名為”Hyperionvirus“,類似于世界上最著名的活樹。”

較小的土壤多樣性阻礙

JGI研究人員在一克土壤中含有大量微生物細胞,旨在通過將微生物分流到僅100個細胞的幾個小細胞中來降低復雜性,然后分別對池進行測序。在分析該方法的宏基因組數據時,發現了15個新的大型病毒基因組。相比之下,只有大型病毒基因組使用標準的全社區獵槍宏基因組方法來回收大型森林土壤樣本,即使這些大型土壤樣本的測序更深。

“這種非標準的方法是故意將多樣性分解成更小的塊。如果我們以通常的方式做到這一點,我們將完全錯過這些巨大的病毒,“JGI科學家Rex Malmstrom說,他也是一位研究合著者。

“土壤中巨大病毒的豐富程度非常重要,并強調了這些神秘實體無處不在的性質,而且大多數這些病毒仍未被開發,”舒爾茨說。

Woyke同意發現這些新的巨型病毒基因組只是一個開始。 “土壤已成為一個被忽視的巨大病毒多樣性生態系統,研究重點是水生環境。未結合的宏基因組土壤數據表明,哈佛森林土壤中巨型病毒多樣性的程度遠高于本研究中恢復的程度。 16個基因組,但傳統的獲取基因組的方法是一個挑戰。這一發現表明,土壤應被視為巨型病毒共培養的目標。“

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