不同生态环境下T4型细菌病毒g23基因多样性研究

病毒是生物圈中数量最多的生物，在控制寄主群落演替、生物进化和地球生物化学循环中起到重要的作用。近年来，针对原核和真核微生物基因多样性研究进展很快，但对环境病毒基因研究很少，这与病毒基因尚未发现共有保守序列有关。最新研究发现，编码病毒主要壳蛋白g23基因可用于T4型细菌病毒生态研究，研究发现g23基因在海洋、稻田和湖泊生态系统中分布完全不同，而该基因在其它生境中分布如何？是否存在"局部适应性"现象还未见报道。为此，本项目拟通过研究东北稻田、湿地和旱田黑土g23基因多样性，发现新的g23基因，创建新的T4型细菌病毒类群；通过对稻旱转换下根际与非根际土壤中g23基因研究，解析T4细菌病毒分布与特殊生境关系；通过对不同生境条件下侵染同一寄主细菌病毒g23基因研究，明确寄主与T4细菌病毒g23基因之间的对应关系。该项目研究有助于明晰T4细菌病毒基因分布与其生境间的关系，促进分子病毒生态学的发展。

尽管细菌病毒是地球上广泛存在且数量巨大的生命体，但相比其他具有细胞结构的微生物而言，我们对细菌病毒遗传基因多样性的知识还很少。本项目以编码T4型细菌病毒主要壳蛋白基因g23为目标，采用简并性引物MZIA1bis和MZIA6对我国东北旱地黑土、稻田、湿地及稻旱转换等不同环境中的g23基因多样性及分布特征进行研究。.从我国东北5个不同土壤发育成的稻田田面水和土壤中分布获得104和106条g23基因序列。这些序列编码的氨基酸与已知序列相似度在46%~100%，构建的系统发育树表明获得的绝大多数基因序列归类到已建立起的Paddy groups，但也建立起7个新的T4型细菌病毒g23基因类群，命名为NPC A~ G。UniFrac分析发现田面水与土壤中T4型细菌病毒群落组成差异显著，中国东北稻田与日本稻田中T4型细菌病毒群落组成差异显著，稻田与海洋和湖泊中T4型细菌病毒群落组成差异显著。.从中科院海伦农业生态实验站长期定位实验，以及从7个不同纬度采集的旱地黑土样品中获得了152条g23基因。发现旱地黑土g23基因分布与其在海洋和湖泊水体环境中完全不同，与稻田环境相近，但也有多个新的黑土类群存在。Unifrac对不同环境条件下的g23基因群集解析发现，T4型细菌病毒在陆地生态系统较海洋环境分布广泛，表明陆地生态环境中具有丰富的细菌病毒基因资源；另外，从T4型细菌病毒在稻田和旱地黑土中群落结构差异明显，且其在东北稻田与东北旱地黑土中分布相对较近的研究结果，说明在陆地生态系统中T4型细菌病毒群落结构受到地理环境和生态过程的双重影响。.从三江平原自然湿地和开垦为稻田的人工湿地中分别获得96和50条g23基因序列，构建系统进化树分析发现，湿地生态系统中的g23基因多样性不同于水生生态系统和旱地黑土，而与人工湿地稻田生态系统中相似。UniFrac分析表明，湿地土壤中和水体中的T4型细菌病毒群落结构存在差异，且水体中病毒群落结构变化大于土壤中。湿地生态系统中T4型细菌病毒的环境异质性大于湖泊、旱地黑土以及稻田土壤。.采用稻旱转化试验方法，研究了大豆和水稻根际和非根际土壤中g23基因的分布特征，结果证明T4型细菌病毒g23基因分布不存在根际效应，同时也不受到采样时期的影响，而制约g23基因分布的主要因素是土壤类型，其次是种植作物的种类。