《Nature Communications:土壤病毒群落对土地利用类型响应方面获进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-10-14
  • 病毒(Virus)是地球上种类最多样、数量最丰富的生物实体(biological entities)之一。目前,保守估计病毒粒子在全球的数量可达1031个,生物量可达两亿吨,在整个地球生态系统中占据重要生态位。然而,关于不同环境中的病毒的认识有限。

    随着宏基因组学技术的发展,科学家开始对环境病毒组开展研究,分析病毒的分布规律及生态学功能,而这些研究集中在水体环境如海洋生态系统。由于土壤的高度复杂性,对于土壤病毒的认识有限。快速城市化进程导致农业用地面积减少,此外,林地和草地等自然景观也受到城市化进程影响。土地利用方式的改变将造成土壤植被、养分及理化性质变化,进而改变原来的生物地球化学循环。当前,关于不同利用方式土壤微生物的研究聚焦于细菌、真菌及土壤动物,忽视了土壤病毒。

    中国科学院院士、中国科学院城市环境研究所研究员朱永官团队为探究土壤病毒群落对快速城市化过程中土地利用类型变化的响应,在福建省厦门市采集森林、农田、菜地、公园及绿化带五种不同利用方式的土壤样品,采用病毒组学和宏基因组学技术解析其病毒及细菌群落,获得近60,000个新的土壤病毒种群,扩充了对土壤病毒多样性的认知,揭示了病毒在不同土地利用类型中的分布规律,并发现了土地利用方式对土壤病毒群落结构的影响大于空间异质性以及pH是驱动土壤病毒群落结构变化的重要环境因子。研究表明:土地利用方式变化影响土壤病毒群落的生活方式并改变病毒-细菌宿主互作模式;土地利用方式的变化导致土壤病毒生态位的分化,进而驱动土壤病毒群落的演化。

    相关研究成果以Response of soil viral communities to land use changes为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作国家自然科学基金面上项目、创新研究群体项目,以及“一带一路”国际科学组织联盟的支持。

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/79f9e4332074.html
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    •     磷是植物和土壤生物发育的第二大必需营养元素,但其在土壤中的生物有效性通常较低,各类陆生生态系统普遍存在磷限制的现象。土壤微生物通过产生磷酸酶等参与土壤磷循环,提高土壤磷的生物有效性。土地利用变化可通过改变植被覆盖和其他相关属性进而影响土壤物理、化学和生物特性,对土壤磷酸酶活性和相关微生物群落具有显著的影响。青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,也是全球最脆弱的地区之一,生态系统容易受到全球气候变化和人类活动的影响,该区域在环境和植被覆盖变化方面具有高度多样性。了解土地利用变化对青藏高原地区土壤磷酸酶活性和相关微生物群落的影响,对评估该区域土壤磷循环和地力可持续性具有至关重要的意义。     基于此,中国科学院成都生物研究所博士研究生Belayneh Azene和朱仁欢在博士生导师潘开文研究员和张林副研究员的指导下,以天然林、人工林、农田和灌木林四种土地利用类型的土壤为研究对象,探讨青藏高原东南缘亚高山生态系统土地利用类型变化对土壤磷酸酶活性、磷酸酶编码基因和相关微生物群落的影响。结果表明:磷的有效性在天然林转化为农田后显著增加。天然林转化为其他土地利用方式后,由于土壤有机碳、水分和全氮的降低,磷酸酶活性显著降低。检测到13个与磷溶解和磷矿化相关的基因,其中phoD和gcd分别是主要的磷矿化和磷溶解基因。农田土壤中gcd基因的丰度较高,而天然林中phoD基因的丰度较高。gcd基因丰度主要受pH和全磷控制,phoD基因丰度主要受pH和速效磷控制;土壤水分含量、有机碳和全氮调控研究检测到的其他基因。编码gcd基因的主要微生物门包括酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),编码phoD基因的主要微生物门包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和Candidatus Rokubacteria。大多数携带gcd和phoD的微生物主要受pH、有效磷和总磷的调控,部分微生物门也受土壤水分含量、有机碳和全氮的调节。土地利用变化显著改变了土壤磷酸酶以及磷酸酶编码基因和相关微生物的丰度,这些变化对研究土壤磷循环以及该区域土壤磷的可持续管理具有重要意义。
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    • 病毒作为食物网的重要组成部分,在生态系统中发挥着重要的功能。病毒能够影响宿主的死亡率、群落结构和进化,以及营养元素循环。但由于技术方法的限制,对土壤病毒的群落组成和功能特征还知之甚少。为探索不同土地利用方式下土壤病毒组特征,采集了新疆棉花地和荒漠土壤样品。通过宏病毒组学分析发现,棉花地土壤和荒漠土壤分别注释到20个和15个病毒科,单链DNA(ssDNA)病毒占优势,其中微小噬菌体科(Microviridae)占比最高。仅在棉花地土壤中检测到花椰菜花叶病毒科(Caulimoviridae)、逆转录病毒科(Retroviridae)、裸露病毒科(Nudiviridae)、多分DNA病毒科(Polydnaviridae)、杆状病毒科(Baculoviridae)和囊泡病毒科(Ascoviridae),其中大部分病毒属于植物病毒和昆虫病毒。本研究推测与土地利用方式相关的人为活动、土壤理化性质以及动植物的差异可能影响土壤病毒的群落组成。通过Virsorter共注释到1824条病毒contigs,主要为微小噬菌体科。进一步利用SEED数据库对病毒功能进行注释,发现两个土壤病毒组注释到的主要功能类似;在SEED level 2水平上,均以"Phage capsid proteins"和"Phage packaging machinery"占比最高。本研究可为进一步探索土壤病毒生态功能和土壤食物网提供数据支持。