Soil Biology & Biochemistry：土壤pH影响局地和全球尺度上的病毒群落结构

病毒通过细胞裂解和释放营养物质以及调节宿主细胞的代谢，在控制微生物群落的丰度、结构和进化方面发挥了重要作用。在土壤中，病毒具有多样性、丰富性，并有可能影响养分循环和其他生态系统功能。然而，我们对土壤病毒生态学的基本知识缺乏了解，例如对病毒群落的生物和非生物驱动因素知之甚少。以往研究揭示，土壤pH值是地方和全球尺度上原核生物群落组成的主要决定因素，但尚不清楚是否对土壤病毒有类似的影响。

对此，研究人员利用一个PH梯度（pH4.5-7.5）控制样地，对pH值4.5和7.5的土壤进行采样，然后制备非靶向总群落宏基因组和病毒靶向病毒组文库。将获得的组装预测病毒重叠群聚集成 1910 个病毒操作分类单位（vOTU），提取原核 16S rRNA 基因片段并分类为 2312个 OTU。

在宏基因组读数中，有22.7%可以用现有的分类学定义，放线菌和变形菌在两种pH 土壤中都占主导地位。与其他土壤病毒研究类似，只有一小部分原核病毒群落（vOTU 的 7.0%）被分类定义。共有 29.1% 的vOTU与预测的宿主相关联，其中大多数 pH 土壤属于放线菌和变形菌。

图1.土样中原核生物和病毒群落的分类组成和群落结构

对单个16S rRNA OTU和vOTU的分析表明，pH4.5和7.5土壤的原核生物和病毒群落都有不同的结构。具体来说，38.6%的OTU（pH4.5 OTU，263；pH7.5 OTU，630）和99.0%的vOTU（pH4.5 vOTU，524；pH7.5 vOTU，1361）只在一种土壤pH值中发现。原核生物和病毒的α-多样性在pH7.5的土壤中显著增加。尽管病毒对土壤有机颗粒的吸收会随着pH值的增加而减少，但土壤pH值对α-多样性测量的影响可能很小，因为有机物含量在整个梯度上没有明显变化，而且从两种土壤中提取病毒颗粒时使用的是中性pH缓冲液，在病毒体DNA的产量上没有明显差异。

虽然病毒组产生的组装病毒重叠群比宏基因组多 73 倍，但单个读取到所有vOTU的读取映射表明这两种方法在土壤之间产生了不同的病毒群落分布（图1b）。与病毒组相比，降低定义 vOTU 检测的宽度（映射读取覆盖的重叠群长度）阈值（<75%）不成比例地增加了宏基因组中的 vOTU 检测（图 S2 ））。这表明，与总宏基因组相比，病毒组中用于检测的适当宽度阈值可能不同，对于总宏基因组而言，≥75% 的截止值可能过于保守。

将梯度土壤中的土壤病毒组与其他六个生态系统的病毒组进行比较，这些生态系统的 pH 值、土壤类型、土地利用和位置不同，并且使用相同的工具和标准预测病毒重叠群。采用基因共享网络分析方法，确定了来自这些额外土壤的包含vOTU的聚类的数量和局部梯度。

在所有土壤之间的配对比较中，平均有31%的聚类是共享的（范围1-62%）。在与梯度土壤的比较中也观察到一个明显的趋势，酸性和中性pH值土壤中的共享病毒聚类，分别与当地梯度pH值4.5或7.5土壤中的病毒聚类有更大的关联。

虽然这表明某些病毒基因被限制在酸性与中性pH值的土壤中，但没有发现候选基因可能赋予宿主对特定pH值范围的适应性，大多数都是编码未定性的假想蛋白。此外，不同代谢功能的病毒编码的推定辅助代谢基因的相对比例在不同土壤之间是相似的，没有与pH值相关的趋势。

图 2.网络分析描述了研究土样（pH4.5 和 7.5）的vOTU与来自欧洲和北美的6 组pH4.0-7.5 的土壤样本的联系

如果个别病毒能在不同的土壤pH值下感染多个宿主种群，那么在生态梯度上，病毒群落结构就有可能不那么明显。然而，对连续的pH值梯度样本的分析表明，土壤pH值的对比导致病毒群落结构的选择至少与原核生物宿主群落结构一样明显。虽然用于分析不同土壤系统中病毒群的地点数量相对有限，而且这些分析没有将pH值对病毒完整性的直接影响与宿主组成的间接影响分开，但它们表明，与原核生物群落一样，土壤pH值影响了病毒的群落结构。

原文以“Soil pH influences the structure of virus communities at local and global scales”为标题，2022-1-23发表于Soil Biology & Biochemistry

作者丨Sungeun Lee(一作)，Christina Hazard(通讯)【Université de Lyon】等

编译丨EcoTrends