東北地理所在黑土區(qū)稻田和旱地土壤病毒群落及其攜帶抗生素抗性基因分布特征方面取得進(jìn)展
病毒是地球上數(shù)量最多、分布最廣的生命體。水田和旱地農(nóng)田土壤在全球范圍內(nèi)對于維持人類糧食需求具有至關(guān)重要的作用。目前，這兩類農(nóng)田土壤的細(xì)菌、真菌和原生生物等微生物群落的地理分布格局已有廣泛報道，但對病毒群落地理分布特征的認(rèn)識仍顯不足。此外，土壤病毒也是抗生素抗性基因（ARGs）重要的載體，但在這兩類農(nóng)田土壤中病毒相關(guān)ARG的多樣性及分布風(fēng)險研究尚屬未知。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員大范圍采集了典型黑土帶的水稻土和毗鄰的玉米地土壤，利用宏基因組測序技術(shù)，解析了水田（RS）和旱作土壤（CS）病毒群落地理分布格局及病毒攜帶ARGs的傳播機(jī)制和生態(tài)策略。
研究表明，東北黑土帶土壤病毒群落存在顯著距離衰減模式。與RS相比，CS中的病毒群落具有更高的群落多樣性和差異顯著的群落結(jié)構(gòu)，但RS和CS中的病毒群落并不具有維度多樣性梯度格局（圖1）。土壤pH是決定病毒群落分布的主要因素，而較高的土壤養(yǎng)分含量顯著降低病毒群落多樣性。Uroviricota、Nucleocytoviricota和Artverviricota是農(nóng)田土壤中的主要病毒門，同時發(fā)現(xiàn)病毒群落的宿主涉及包括放線菌、變形菌等在內(nèi)的17個原核微生物門。此外，我們在RS和CS中檢測出了27類抗生素抗性類型，其中多重耐藥型在黑土中的占比最高。結(jié)合病毒群落數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，RS和CS中攜帶ARGs的病毒數(shù)分別占總?cè)郝涞?/span>9.61%和11.4%。進(jìn)一步拼接構(gòu)建環(huán)狀噬菌體基因組發(fā)現(xiàn)，RS中的溶原噬菌體攜帶了29.7%的ARGs，明顯高于CS中的12.5%，而CS中攜帶ARGs的病毒主要為烈性噬菌體（圖2）。本研究揭示了黑土帶區(qū)域尺度上的兩類農(nóng)田土壤中病毒和抗生素抗性基因的分布特征及病毒攜帶ARG的裂解溶原策略。
研究成果發(fā)表在國際期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF 12.2）上，農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組博士生顧海東為第一作者，胡曉婧副研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD1500201）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項目（2023237）共同資助。
圖1 東北典型黑土帶水田和旱地土壤病毒群落多樣性分布特征
圖2 水田和旱地土壤中抗生素抗性基因在噬菌體中分布特征
論文信息：
Gu H,Hu X*,Zhang J,Li Y,Yu Z,Liu J,Sui Y,Jin J,Liu X,Wang G. Biogeographic patterns of viral communities,ARG profiles and virus-ARG associations in adjacent paddy and upland soils across black soil region. Journal Hazardous Materials. 485,136909
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136909
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