我所在旱地黑土T4型噬菌體研究上取得突破
病毒是地球上數(shù)量最多的生命體，在控制寄主群落演替、遺傳基因的水平移動(dòng)、生物進(jìn)化和地球生物化學(xué)循環(huán)中起到重要的作用。細(xì)菌病毒（噬菌體）數(shù)量上一般是細(xì)菌的10倍左右，被認(rèn)為是地球上數(shù)量最多的病毒類型。盡管噬菌體廣泛存在，但與具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微生物相比，對(duì)其基因多樣性研究甚少。究其原因一方面與傳統(tǒng)噬菌體研究依賴于分離培養(yǎng)，但環(huán)境中的細(xì)菌大多數(shù)尚處于難培養(yǎng)狀態(tài)，限制了噬菌體的獲得；另一方面也與噬菌體基因中沒有發(fā)現(xiàn)諸如像原核生物16S rDNA和真核生物18S rDNA中存在共有的保守序列，用于通用引物設(shè)計(jì)有關(guān)。但最近研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體某些家族的結(jié)構(gòu)或功能蛋白質(zhì)氨基酸片段序列高度保守，利用這些保守片段氨基酸序列設(shè)計(jì)引物，可以直接PCR擴(kuò)增出不同噬菌體家族基因序列，用于噬菌體生態(tài)學(xué)研究。其中編碼噬菌體主要?dú)さ鞍椎膅23基因被認(rèn)為是研究T4型噬菌體基因多樣性和群落結(jié)構(gòu)的重要分子標(biāo)記基因。
自從2005年法國(guó)科學(xué)家首次采用兼并性引物MZIABis和MZIA6，從海水中直接PCR擴(kuò)增出g23基因，建立了5個(gè)海洋新類群以來，先后有多國(guó)學(xué)者對(duì)稻田土壤和田面水、湖泊水體等環(huán)境條件下的T4型噬菌體基因組成開展了研究工作，并建立了多個(gè)基于不同生態(tài)環(huán)境下的T4型噬菌體新類群。盡管采用PCR技術(shù)從稻田土壤中已經(jīng)獲得了大量的g23基因，但2008年美國(guó)學(xué)者撰文指出，他們?cè)捎肞CR技術(shù)未能從旱地土壤中獲得g23基因，認(rèn)為從稻田土壤中獲得g23基因的結(jié)果很難認(rèn)同為是針對(duì)純粹土壤環(huán)境的研究，原因在于稻田長(zhǎng)期有水層存在，與海洋具有相似的水環(huán)境特征。
東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王光華課題組在基于前期研究稻田土壤T4型噬菌體g23基因基礎(chǔ)上，針對(duì)海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站的不同施肥方式的定位實(shí)驗(yàn)土壤樣品，以及從7個(gè)不同緯度黑土農(nóng)田采集的土壤樣品，進(jìn)行了T4型噬菌體g23基因研究工作，成功地獲得了152條噬菌體g23基因。發(fā)現(xiàn)旱地黑土農(nóng)田g23基因分布與其在海洋和湖泊水體環(huán)境中完全不同，與稻田環(huán)境相近，但也有多個(gè)新的黑土類群存在。采用Unifrac方法分析不同環(huán)境條件下的T4型噬菌體群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，T4型噬菌體在陸地生態(tài)系統(tǒng)較海洋環(huán)境分布廣泛，表明陸地生態(tài)環(huán)境中具有豐富的噬菌體基因資源；另外，從T4型噬菌體在稻田和旱地黑土中群落結(jié)構(gòu)差異明顯，且其在東北稻田與東北旱地黑土中分布相對(duì)較近的研究結(jié)果，說明在陸地生態(tài)系統(tǒng)中T4型噬菌體群落結(jié)構(gòu)受到地理環(huán)境和生態(tài)過程的雙重影響。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，研究成果先后發(fā)表在Biology and Fertility of Soils (2011, 47:273-282)和Soil Biology and Biochemistry (2011, doi:10.1016/j.soilbio.2011.05.005)等國(guó)際期刊上。
圖. 不同生態(tài)環(huán)境下T4型噬菌體群落分布特征的Unifrac分析
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