隐藏在森林土壤中的巨人

人们认为不可能描述少数土壤中微生物细胞的多样性。到目前为止，只有一小部分位于土壤中，土壤上和周围的微生物已经被确定为了解它们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循环的能力。

2018年11月19日，在《自然通讯》上，美国能源部联合基因组研究所(JGI)和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。和麻省大学阿姆赫斯特分校。顾名思义，巨型病毒的特点是基因组和病毒体大得不成比例，其中含有病毒的遗传物质。它们经常在原生动物和藻类中发现，因此它们被认为对宿主的种群动态和地球的生物地球化学循环有重大影响。

本研究发现的16种新的巨型病毒使巨型病毒的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此前报道，在废水宏基因组中发现了一组新的巨型病毒，他们称之为Klosneuviruses。

“这些巨型病毒在土壤生态系统中可能被忽视了，但如果你看看主要的衣壳蛋白，它们是条形码或它们的片段，它们无处不在，”JGI微生物项目负责人、研究资深作者Tanja Woyke说。

哈佛森林中的病毒

JGI的研究科学家弗雷德里克舒尔茨发现了巨型病毒基因组，杰夫布兰查德实验室UMass Amherst的研究生劳伦阿尔泰奥被帮助分析了她的宏基因组数据。舒尔茨说：“与我看到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。这些数据来自阿尔泰奥作为布兰查德和JGI社区科学项目的一部分收集的土壤样本。

布兰查德正在从哈佛森林加热和未加热的土壤中提取参考基因组。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。通过美国能源部的SCGSR项目，阿尔泰奥在沃伊克实验室的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持续时间最长的土壤变暖实验的所在地。在美国国家科学基金会长期生态研究(LTER)项目的支持下，4000英亩土地的一部分埋有几英寸深的加热电缆，以将温度调节到比附近控制区高5度。

布兰查德说：“这是首次在森林生态系统中发现巨型病毒。“土壤顶针惊人的多样性表明，我们才刚刚开始了解它们的生物多样性以及在土壤生态系统中的作用。”

“根据基因组的大小，几种新病毒是迄今为止发现的最大病毒之一，”舒尔茨总结道。“其中之一，2.4兆字节的基因组，我们将Hyperionvirus命名为世界上已知的最高的活树。”

较小的土壤多样性块

JGI的研究人员在一克土壤中含有大量微生物细胞，旨在通过将微生物转移到只有100个细胞的几个小池中，然后分别对这些池进行测序来降低复杂性。当分析来自该方法的宏基因组数据时，发现了15个新的巨病毒基因组。相比之下，只有一个巨大的病毒基因组使用标准的、社区范围的猎枪元基因组方法来回收大量的森林土壤样本，尽管对这些大型土壤样本的测序更深入。

“这种非标准的方法故意将多样性分解成更小的部分。如果我们只是用通常的方法，我们将完全错过这些巨大的病毒，”JGI科学家和合著者雷克斯马尔默斯特罗姆说。

“土壤中巨大病毒的丰富程度令人瞩目，这些神秘实体无处不在的本质得到了强调。这些病毒中的大多数仍然没有被充分探索，”舒尔茨说。

Woyke同意这些新的巨型病毒基因组的发现只是一个开始。“土壤已经成为一个被忽视的生态系统，病毒多样性极大，研究主要集中在水生环境。未结合的宏基因组土壤数据显示，哈佛森林土壤中巨型病毒的多样性远高于本研究中回收的16个基因组，但用传统方法获取基因组是一个挑战。这一发现表明，土壤应被视为巨型病毒的共培养目标。”

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