森林土壤病毒多样性及其与细菌/古菌的互作机制

As the most abundant biological entities on earth, viruses have significant influences on microbial diversity, biogeochemical cycle of nutrient elements, and microbial evolution in the environment. The forest ecosystem has rapid material circulation and energy flow, and it also contains numerous microorganisms, thus providing favorable places for the survival and replication of viruses. The heterogeneity and semi-dispersion of soil make the interaction between viruses and microorganisms more complicated. This project based on the experimental platform of "State Key Laboratory of Subtropical Mountain Ecology, Fujian Normal University", and the forest soil was selected for the research object. By using metagenomic technology and bioinformatics analysis methods, this project aims to explore the soil viruses and their hosts, including bacteria and archaea in following aspects: the community structure, diversity, and interaction mechanisms between them. This study will provide evidences as well as theories on the ecological functions and risk assessment of viruses.

病毒作为地球上丰度最高的生物实体，对环境微生物多样性，营养元素的生物地球化学循环以及微生物进化有着非常重要的影响。森林生态系统物质循环和能量流动迅速，蕴含的大量微生物为病毒生存和繁殖提供了有利场所，土壤的异质性和半离散性使得病毒与微生物的相互作用更为复杂。本项目依托福建师范大学“湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地”的实验平台，以森林土壤为研究对象，采用宏基因组技术和生物信息学分析方法，研究土壤病毒与宿主微生物：细菌、古菌群落结构和多样性，揭示病毒与宿主微生物的互作机制，为研究病毒的生态功能以及病毒风险评估提供理论依据。

病毒不仅可以感染细菌从而影响细菌群落，而且可通过调控其生物地球化学循环帮助细菌在土壤中存活。为了加深对土壤病毒及其宿主微生物互作关系的理解，项目采集了27份亚热带森林土壤并分析病毒群落结构及功能，探讨病毒与宿主细菌的互作关系。在亚热带森林中存在着大量以长尾噬菌体科、短尾噬菌体科、肌尾噬菌体科、微小噬菌体科为主的噬菌体类群，且检测到多种脊椎和无脊椎动物病毒。病毒丰度与微生物细胞丰度成显著正相关，但是高病毒丰度并不意味着高病毒-微生物细胞丰度，这种非线性关系显示了土壤环境中病毒-宿主微生物互作的复杂性。病毒丰度与土壤速效磷含量显著正相关，结合亚热带地区受到磷限制及病毒粒子中磷组分比例高于土壤及微生物，可推测土壤病毒可能也受到一定程度的磷限制。病毒基因组功能分析注释到了高比例的碳水化合物代谢及氨基酸代谢功能分类单元，且病毒基因组携带以糖苷水解酶为主的辅助代谢基因，意味着病毒对宿主代谢，尤其是碳代谢的潜在影响。本研究探讨了亚热带森林土壤病毒的分布特征，并为土壤病毒与细菌互作研究提供一定研究基础。