土壤病毒的研究进展与挑战
发布时间：2021-03-03 16:10
病毒是由蛋白质和核酸组成的结构简单的非细胞型生物实体,全球病毒数量估算为4.80×1031,远高于具有细胞型结构的生物数量。土壤是病毒重要的储藏库,土壤中病毒主要以侵染原核生物的噬菌体为主,其数量与寄主细胞数目和土壤理化指标密切相关。虽然学术界已意识到土壤病毒在调控微生物群落结构组成、影响土壤元素循环利用、促进生物进化、以及影响动植物病害,乃至人类健康等方面可能起到重要的作用,但由于受到土壤病毒颗粒的吸附性、土壤异质性,以及研究手段和分析平台的制约,我们对土壤病毒的认知和重视程度远落后于流动的海洋等水体环境。土壤病毒宏基因组中大量的基因序列无法判断其来源及功能,被划分为未知基因,所以病毒也被喻为生物"暗物质"和最大的未知基因宝库。本文在简要介绍了病毒的形态,在土壤中数量、存在形式和多样性的基础上,着重介绍了利用分子标记基因、RAPD和宏病毒组研究技术解析土壤病毒多样性的方法及其局限性,阐述土壤病毒已证实和潜在生态功能。最后,文章提出未来土壤病毒研究应加强的研究方向,强调土壤病毒与土壤微生物耦合研究在揭示土壤生态功能研究中的重要性。
【文章来源】：土壤学报. 2020,57(06)北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
土壤病毒主要生态功能示意图
病毒大小通常是纳米级的，普通光学显微镜无法捕捉到病毒的身影，必须通过透射电子显微镜（TEM）才能观测到。病毒形态多种多样，目前发现古菌病毒形态有16种，而细菌病毒形态有9种，可见虽然目前得到的古菌病毒纯分离株远少于细菌病毒，但其形态多样性却高于细菌病毒[7]。土壤中的古菌病毒和细菌病毒多以具有头尾结构的有尾噬菌体为主。有尾噬菌体是ds DNA病毒，按其尾部形态特征可划分为短尾（Podophage）、长尾（Siphophage）和肌尾（Myophage）噬菌体[7]。土壤中其他病毒形态还有丝状、杆状、棒状、瓶状、水滴状、球状和二十面体状等[8]。真核生物病毒没有头尾结构，形态更加多样，有的蛋白质外壳上还有修饰成分，与原核生物病毒有很大的不同（图1）。1.2 土壤病毒存在形式
制约环境病毒宏基因组研究的另一个瓶颈问题是对基因数据解析的困惑。与细菌等微生物数据库相比，病毒基因数据库非常匮乏，从而导致绝大多数环境病毒宏基因组序列缺少参比对象，基因来源不清，被划分为未知基因，即使在剩下已比对上的基因中，也仅有非常小的一部分被确定为病毒，大部分基因与来源于细胞生物基因，尤其是细菌具有较高的同源性[84,87,100]。例如中国科学院生态环境研究中心贺纪正团队对海滩和稻田土壤的病毒宏基因组分析发现，仅9.4%～40.5%的序列可以被注释为已知的微生物信息，而在这些已知信息中被注释为病毒的占到82%～97%[101]。Trubl等[86]对瑞典一个冻融地带泥炭和沼泽土壤病毒宏基因组分析发现，尽管采用了严格的去除寄主遗传物质的步骤，但仅19%的序列被鉴定为病毒。Williamson等[37]总结国际上8个土壤病毒宏基因组数据库发现，有54.5%～97.3%的序列为未知来源和功能的序列。同样，最近中国科学院生态环境研究中心韩丽丽团队[102]对玉米根际与非根际土壤病毒宏基因组分析发现，仅0.26%～1.54%的序列被确认为病毒。大量源自病毒宏基因中的序列为未知基因，所以病毒也被喻为生物“暗物质”[57]。由此可见，高比例的环境病毒宏基因序列与已知的病毒数据不匹配，一定程度上妨碍了对病毒群落结构及生态功能的深入解析，这也反映出对环境病毒分离、纯化和测序的重要性。只有基于病毒基因数据库不断扩大、完善基础上，对环境病毒宏基因组解析才能够更全面、更深入。目前国外学者相继开发出多款数据分析软件，如VIROME、Vir Sorter、Metavir和Virus Seeker等，用于环境病毒宏基因组数据解析[103-106]。3 土壤病毒的生态功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋病毒多样性及生态功能[J]. 郑小伟,黄力. 中国科学基金. 2018(05)
[2]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
[3]掀开土壤生物“暗物质”——土壤病毒的神秘面纱[J]. 王光华. 中国科学院院刊. 2017(06)
[4]Narrow distribution of cyanophage psbA genes observed in two paddy waters of Northeast China by an incubation experiment[J]. Xinzhen Wang,Ruiyong Jing,Junjie Liu,Zhenhua Yu,Jian Jin,Xiaobing Liu,Xiaojuan Wang,Guanghua Wang. Virologica Sinica. 2016(02)
[5]不同提取方法对土壤中病毒回收率的比较[J]. 张辉,赵炳梓,张佳宝. 土壤学报. 2008(03)
本文编号：3061549
【文章来源】：土壤学报. 2020,57(06)北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
土壤病毒主要生态功能示意图
病毒大小通常是纳米级的，普通光学显微镜无法捕捉到病毒的身影，必须通过透射电子显微镜（TEM）才能观测到。病毒形态多种多样，目前发现古菌病毒形态有16种，而细菌病毒形态有9种，可见虽然目前得到的古菌病毒纯分离株远少于细菌病毒，但其形态多样性却高于细菌病毒[7]。土壤中的古菌病毒和细菌病毒多以具有头尾结构的有尾噬菌体为主。有尾噬菌体是ds DNA病毒，按其尾部形态特征可划分为短尾（Podophage）、长尾（Siphophage）和肌尾（Myophage）噬菌体[7]。土壤中其他病毒形态还有丝状、杆状、棒状、瓶状、水滴状、球状和二十面体状等[8]。真核生物病毒没有头尾结构，形态更加多样，有的蛋白质外壳上还有修饰成分，与原核生物病毒有很大的不同（图1）。1.2 土壤病毒存在形式
制约环境病毒宏基因组研究的另一个瓶颈问题是对基因数据解析的困惑。与细菌等微生物数据库相比，病毒基因数据库非常匮乏，从而导致绝大多数环境病毒宏基因组序列缺少参比对象，基因来源不清，被划分为未知基因，即使在剩下已比对上的基因中，也仅有非常小的一部分被确定为病毒，大部分基因与来源于细胞生物基因，尤其是细菌具有较高的同源性[84,87,100]。例如中国科学院生态环境研究中心贺纪正团队对海滩和稻田土壤的病毒宏基因组分析发现，仅9.4%～40.5%的序列可以被注释为已知的微生物信息，而在这些已知信息中被注释为病毒的占到82%～97%[101]。Trubl等[86]对瑞典一个冻融地带泥炭和沼泽土壤病毒宏基因组分析发现，尽管采用了严格的去除寄主遗传物质的步骤，但仅19%的序列被鉴定为病毒。Williamson等[37]总结国际上8个土壤病毒宏基因组数据库发现，有54.5%～97.3%的序列为未知来源和功能的序列。同样，最近中国科学院生态环境研究中心韩丽丽团队[102]对玉米根际与非根际土壤病毒宏基因组分析发现，仅0.26%～1.54%的序列被确认为病毒。大量源自病毒宏基因中的序列为未知基因，所以病毒也被喻为生物“暗物质”[57]。由此可见，高比例的环境病毒宏基因序列与已知的病毒数据不匹配，一定程度上妨碍了对病毒群落结构及生态功能的深入解析，这也反映出对环境病毒分离、纯化和测序的重要性。只有基于病毒基因数据库不断扩大、完善基础上，对环境病毒宏基因组解析才能够更全面、更深入。目前国外学者相继开发出多款数据分析软件，如VIROME、Vir Sorter、Metavir和Virus Seeker等，用于环境病毒宏基因组数据解析[103-106]。3 土壤病毒的生态功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋病毒多样性及生态功能[J]. 郑小伟,黄力. 中国科学基金. 2018(05)
[2]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
[3]掀开土壤生物“暗物质”——土壤病毒的神秘面纱[J]. 王光华. 中国科学院院刊. 2017(06)
[4]Narrow distribution of cyanophage psbA genes observed in two paddy waters of Northeast China by an incubation experiment[J]. Xinzhen Wang,Ruiyong Jing,Junjie Liu,Zhenhua Yu,Jian Jin,Xiaobing Liu,Xiaojuan Wang,Guanghua Wang. Virologica Sinica. 2016(02)
[5]不同提取方法对土壤中病毒回收率的比较[J]. 张辉,赵炳梓,张佳宝. 土壤学报. 2008(03)
本文编号：3061549
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nyxlw/3061549.html
