Охарактеризовать разнообразие микробных клеток в горстке почвы настолько сложно, что считалось невозможным. На сегодняшний день лишь небольшая часть микробов, обитающих в почве, на ней и вокруг нее, была идентифицирована в рамках усилий по пониманию их вклада в глобальный углеродный цикл и другие круговороты питательных веществ. Почвы также являются домом для бесчисленных вирусов, которые могут заражать микробы, влияя на их способность регулировать эти глобальные циклы.
Сообщено 19 ноября 2018 года в Nature Communications, гигантские геномы вирусов были впервые обнаружены в экосистеме лесной почвы исследователями из США. S. Объединенный институт генома Министерства энергетики (DOE), Объединенный институт генома (JGI), Центр научных исследований Министерства энергетики США и Массачусетский университет в Амхерсте (UMass Amherst). Как следует из названия, гигантские вирусы характеризуются непропорционально большими геномами и вирионами, содержащими генетический материал вирусов. Их часто находят среди простейших и водорослей, и поэтому считается, что они оказывают значительное влияние на динамику популяций своих хозяев и биогеохимические циклы планеты.
16 новых гигантских вирусов, обнаруженных в этом исследовании, увеличили общее филогенетическое разнообразие гигантских вирусов более чем на 20 процентов и принадлежат к разным линиям. Например, половина новых вирусов относится к Klosneuvirinae, что делает его самым большим подсемейством Mimiviridae. Шульц и Войке ранее сообщали об обнаружении новой группы гигантских вирусов, которые они назвали вирусами Клоснеу в метагеномах сточных вод.
«На эти гигантские вирусы, вероятно, не обращали внимания в почвенных экосистемах, но если вы посмотрите на основные капсидные белки, которые представляют собой штрих-коды или их фрагменты, они повсюду», - сказал глава микробной программы JGI и исследователь. старший автор Tanja Woyke.
Вирусы в Гарвардском лесу
Гиганские вирусные геномы были обнаружены Фредериком Шульцем, научным сотрудником JGI, когда он помогал Лорен Альтейо, аспирантке Массачусетского университета в Амхерсте, в лаборатории Джеффа Бланшара анализировать ее метагеномные данные. «Большое количество различных геномов гигантских вирусов, обнаруженных в этом месте отбора проб, не имеет себе равных по сравнению с другими наборами метагеномных данных, которые я видел», - сказал Шульц. Данные были получены из образцов почвы, собранных Alteio в рамках проекта Бланшара в рамках Программы общественной науки JGI.
Blanchard создает эталонные геномы из почв, собранных на отапливаемых и неотапливаемых участках в Гарвардском лесу, данные, которые в конечном итоге помогут понять выбросы и улавливание микробных парниковых газов. Алтейо провел год в JGI, работая над этим проектом в лаборатории Войке в рамках программы DOE Office of Science Graduate Student Research (SCGSR).
В течение почти 30 лет в Гарвардском лесу в Массачусетсе проводился самый продолжительный в мире эксперимент по нагреванию почвы. Финансируемая в рамках Программы долгосрочных экологических исследований (LTER) Национального научного фонда, часть 4000 акров имеет проложенные на несколько дюймов под землей нагревательные кабели, которые регулируют температуру так, чтобы она постоянно была на пять градусов выше, чем в близлежащих контрольных зонах.
«Впервые гигантские вирусы были обнаружены в лесной экосистеме, - сказал Бланшар, - и удивительное разнообразие всего лишь в наперстке почвы говорит о том, что мы только начали понимать их биоразнообразие и роль в почве». экосистемы."
«Исходя из размера генома, несколько новых вирусов были одними из самых крупных вирусов, обнаруженных на сегодняшний день», - заключил Шульц. «Один из них, с геномом в 2,4 мегабазы, мы назвали «Гиперионвирус» по аналогии с самым высоким из известных живых деревьев в мире».
Меньшие кусочки разнообразия почвы
С множеством микробных клеток в одном грамме почвы исследователи JGI стремились уменьшить сложность путем потоковой сортировки микробов в несколько небольших пулов всего по 100 клеток в каждом, прежде чем секвенировать эти пулы по отдельности. Когда метагеномные данные этого подхода были проанализированы, были обнаружены 15 новых геномов гигантских вирусов. Напротив, только один гигантский геном вируса был восстановлен с использованием стандартного метагеномного подхода всего сообщества на массивных образцах лесной почвы, хотя эти массивные образцы почвы были секвенированы гораздо более глубоко..
«Этот нестандартный подход был преднамеренно использован для того, чтобы разбить разнообразие на более мелкие фрагменты. Если бы мы делали это обычным способом, мы бы вообще пропустили эти гигантские вирусы», - сказал ученый JGI Рекс Мальмстрем, также соавтор исследования. -автор.
«Изобилие гигантских вирусов в почве поразительно и подчеркивает вездесущую природу этих загадочных объектов и то, что эти вирусы до сих пор в основном мало изучены», - сказал Шульц.
Войк согласился с тем, что обнаружение геномов этих новых гигантских вирусов - это только начало. «Почвы были недооцененной экосистемой из-за гигантского разнообразия вирусов, и исследования в основном были сосредоточены на водной среде. Необработанные данные метагенома почвы показывают, что степень разнообразия гигантских вирусов в лесной почве Гарварда намного выше, чем 16 геномов, восстановленных в этом исследовании, но доступ к геномам с помощью традиционных подходов затруднен. Это открытие предполагает, что почвы следует рассматривать как мишень для совместного выращивания гигантских вирусов».