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在森林土壤生态系统中意外发现了罕见且多样化的巨型病毒

2019-03-05 15:07:25 • 来源：

直到最近，科学家还认为病毒主要是小型传染因子，与典型的细菌和人体细胞相比微不足道。因此，想象生物学家杰夫布兰查德和博士的惊喜。马萨诸塞州阿默斯特大学的学生Lauren Alteio与美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)的其他人一起发现巨型病毒 - 相对而言，它位于彼得舍姆哈佛森的土壤中相当于Macy游行日气球的大小，马萨诸塞州。

在森林土壤生态系统中意外发现了罕见且多样化的巨型病毒

“我们不是在寻找巨型病毒，”布兰查德说。“我们的目标是直接从环境中分离细菌，以了解微生物群落如何随土壤变暖而变化。”

Blanchard解释说，对于这项工作，研究人员将温和的洗涤剂溶液中的微生物细胞悬浮在土壤中，添加了无毒的DNA结合染料，然后使用荧光激活细胞分选(FACS)来分离单个细胞。他指出，巨型病毒比其他病毒大数百倍，具有极大的基因组，并且由于其与细菌的大小相似而被这种方法捕获。

位于加利福尼亚州Walnut Creek的JGI的合作者和资深科学家Tanja Woyke建议他们使用新的策略 - 微型宏基因组学，将细胞放入小池中，然后再对其基因组进行测序和组装。Blanchard报道，这导致来自2,000多个单个细胞和/或颗粒的DNA序列。他补充说，在泳池中，他们发现了16种新的巨型病毒，这是“一种奇妙的惊喜和令人兴奋的新科学”。

与Alteio合作的第一作者，自然通讯的论文，JGI生物信息学家Frederik Schulz帮助Alteio在迷你宏基因组数据中识别新的土壤细菌和古细菌，他说：“我们在土壤中发现了所有这些巨大的病毒基因组由于大多数先前描述的巨型病毒是在水生栖息地中发现的，因此这一点从一个采样点产生的宏基因组数据包含的新巨型病毒基因组远远超过我迄今所见的任何其他数据集。

布兰查德补充说：“我们的研究通常集中在土壤变暖的影响上，但这种新的迷你宏基因组学方法在我们通常不与土壤相关的物种群体中发现了大量的病毒和细菌生物多样性。我们将跟进的谜团。“

Schulz指出，“我们在这项研究中恢复了16种不同的巨型病毒基因组，但我们只是在表面上划线。如果我们在同一地点采样更多，这个数字很容易翻倍，三倍甚至四倍。” 作者说，结果表明，使用新方法“可以带来关键发现”。

巨大的病毒发现与多年来在麻省大学阿默斯特校区东北28英里的研究森林中进行的长期土壤变暖实验有关，那里的加热电缆类似于那些用来保持足球场和足球场冻结的电缆在几个地块下约4英寸(10厘米)。布兰查德说，这些电缆使土壤表面的温度比环境温度高5摄氏度，从而形成了人工气候变化的户外实验室。

他说，在大多数巨型病毒研究中，研究人员培养了一种原生生物或变形虫宿主，它吸引通常感染病毒的病毒，这是一个劳动密集型过程。“他们很难与之合作，只会培养在该主机中生长的病毒，”他指出。“有数以百万计的潜在宿主物种，所有人都不可能使用这种方法。” 相比之下，直接从环境中分离细胞并使用微型宏基因组学方法可以以更低的成本获得基因组数据，他说。

“Tanja以对来自环境样本的难以培育的生物的基因组进行测序而闻名，她有直觉认为，如果我们采用这种新方法，就会揭示新的生命分支，”布兰查德说。“在使用这种方法时，我们不知道我们的巨型病毒是什么样的;人们可能会尝试在未来的研究中重复实验，以便在分类后对某些粒子进行成像。”

麻省大学阿默斯特分校的微生物学家补充说：“我们不仅发现了许多新的巨型病毒，而且还使用了一小块土壤来做到这一点。一次一个地描述这些病毒会很好，这里有很多技巧和艺术。但这将是一个长达数年的项目。一次找到16个是压倒性的，并且没有一个是相同的。如果你想到世界上所有的土壤，如果一克中有10,000种细菌土壤，大约一茶匙，想象有多少新的巨型病毒在那里。“

Woyke补充道，“对我来说，这项研究中最有趣和最引人注目的部分是主要衣壳蛋白的数量和多样性，它们就像巨型病毒的条形码，在未组装的大块土壤宏基因组中发现。土壤的深度测序metagenomes正在彻底改变我们对这个非常重要的陆地生态系统的认识，正在进行许多激动人心的土壤微生物计划，但我们的数据强调仍然存在许多遗失的问题。“

科学家给出了反映其森林起源的新物种名称，例如森林的“Dasovirus”希腊语“daso”和拉丁语“solum” 土壤的 “Solumvirus” 。他们还建议命名一个“哈佛病毒”来纪念哈佛森林。

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