我們生存環境中的無名英雄是土壤。它滋養著農作物，為人類提供食物，將雨水排入含水層，並作為各種生物的棲息地。在微觀層面上，土壤中充斥著真菌和細菌等微生物，它們與植物合作。儘管是我們生存的一個重要元素，但人們對地球表面下的東西所知甚少。

來自太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們在新的研究中採用生物信息學和深度測序來檢測土壤病毒，並更好地了解它們在地球上的作用。這些病毒被認為在微生物種群維持中發揮了關鍵作用。

“病毒在自然界中非常豐富，”負責生物學的首席科學家和PNNL實驗室研究員Janet Jansson說。”由於每個土壤樣本中都有如此之多的病毒，識別不同的病毒成為一項挑戰。”

Jansson與PNNL生物科學部的計算科學家Ruonan Wu和地球科學家及微生物組科學團隊負責人Kirsten Hofmockel合作，以應對這一挑戰。

與來自華盛頓州立大學、俄勒岡健康與科學大學、愛荷華州立大學和環境分子科學實驗室（PNNL的能源部科學辦公室用戶設施）的合作者一起，PNNL的科學家從華盛頓、愛荷華和堪薩斯的草地上收集土壤樣本，並開始深入研究土壤成分。他們利用聯合基因組研究所的大規模DNA測序能力、國家能源研究科學計算中心的計算能力以及EMSL的多組學專業知識，發現了以前未知的土壤病毒。他們的成果發表在《mBio》和《傳播生物學》上。

Janet Jansson Ruonan Wu和Kirsten Hofmockel

不同氣候下的不同病毒

由於每個地方的降雨量不同，科學家們選擇了華盛頓州、愛荷華州和堪薩斯州作為他們的土壤樣本。華盛頓州東部比愛荷華州要乾燥得多，而堪薩斯州在土壤濕度方面處於兩者之間。

Wu說：”我們選擇從土壤濕度不同的地方取樣，看看這是否會對那裡的病毒類型和數量產生影響。更潮濕的土壤含有更多的細菌，而許多土壤病毒會感染細菌。”

科學家們注意到，某些病毒在乾燥的土壤中比在潮濕的土壤中要豐富得多。在乾燥的氣候下，土壤中的微生物往往更少，但更多樣化。細菌宿主的相對稀缺性意味著保持宿主的活力符合病毒的最佳利益。

研究人員還發現，在乾燥的土壤中，病毒更有可能含有特殊的基因，它們有可能轉移到它們的細菌宿主身上。

Jansson說：”這些基因有可能賦予它們的細菌宿主’超能力’。”這些病毒基因可以傳遞給它們的細菌宿主，以幫助它們在乾燥的土壤中生存”。

儘管有必要進行更多的研究以更好地了解這些特殊的病毒基因的作用，但它們對生活在土壤中的細菌有用的可能性是令人興奮的。這些基因可能對細菌有用，增加它們回收碳的能力，從而增進土壤健康。

這項工作得到了美國能源部科學辦公室生物和環境研究項目的支持。這是”土壤微生物組對環境擾動的表型反應”這一科學重點領域的貢獻。這項研究的部分內容由EMSL、聯合基因組研究所和勞倫斯伯克利國家實驗室的國家能源研究科學計算中心完成。