噬菌體(又稱細(xì)菌病毒)是地球上數(shù)量最多的生物實體，它們通過感染微生物，在土壤和水體生態(tài)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。尤其是溶原性噬菌體，它們能夠以潛伏的方式“隱藏”在微生物基因組中，在適宜條件下被誘導(dǎo)并進(jìn)入裂解周期，從而對碳氮循環(huán)和微生物群落穩(wěn)定性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

然而，環(huán)境中溶原性噬菌體的研究長期受到方法學(xué)缺失的制約?，F(xiàn)有研究主要依賴化學(xué)誘導(dǎo)劑——絲裂霉素C(Mitomycin C,MMC)，但該方法存在顯著不確定性：其作用強度在不同環(huán)境中差異巨大，既可能低估溶原性噬菌體的真實數(shù)量，也可能因?qū)λ拗魑⑸镌斐啥拘杂绊懚で芯拷Y(jié)果。因此，如何發(fā)展更加可靠的方法來研究環(huán)境中的溶原性噬菌體，成為該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所“環(huán)境污染過程與效應(yīng)創(chuàng)新組群”梁小龍研究員團(tuán)隊提出并驗證了一種新的方法學(xué)框架，用于更加準(zhǔn)確地揭示土壤和水體環(huán)境中溶原性噬菌體的真實生態(tài)作用。系統(tǒng)評估了絲裂霉素C方法的局限性，提出結(jié)合分子生物學(xué)與高通量測序的新策略，有效減少了傳統(tǒng)方法帶來的偏差。研究發(fā)現(xiàn)，在典型農(nóng)田和森林土壤中，溶原性噬菌體的比例與土壤養(yǎng)分水平密切相關(guān)，其誘導(dǎo)釋放在碳氮循環(huán)的調(diào)控中具有重要作用。在淡水系統(tǒng)實驗中，證明新方法能夠更加靈敏和穩(wěn)定地捕捉溶原性噬菌體的動態(tài)變化，克服了絲裂霉素C結(jié)果波動性大的難題。

該研究明確指出環(huán)境溶原性噬菌體研究中過度依賴絲裂霉素C的弊端，并提出可替代的技術(shù)路徑，填補了方法學(xué)空白，通過在土壤與水體中的成功應(yīng)用，證明新方法能夠在多樣生態(tài)系統(tǒng)中揭示更真實的病毒—微生物相互作用，拓展了環(huán)境病毒學(xué)研究邊界，為未來研究提供了可靠的工具基礎(chǔ)。研究成果以Mitomycin C-induced prophage activation for exploring the Lysogeny-lysis functional dynamics in situ為題，發(fā)表在發(fā)表在 Applied Soil Ecology期刊。中國科學(xué)院沈陽生態(tài)所博士研究生徐若祎為第一作者，梁小龍研究員為通訊作者，寧波大學(xué)葛體達(dá)教授、美國田納西大學(xué)Mark Radoservich教授、密西西比州立大學(xué)范豫川博士、加州大學(xué)舊金山分校楊璐博士等國內(nèi)外合作伙伴也參與了本研究。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省優(yōu)秀青年基金、森林生態(tài)與保育重點實驗室等資助。

圖1. 圖文摘要

圖2. 原噬菌體激活導(dǎo)致細(xì)菌群落組成顯著變化

圖3. 原噬菌體激活抑制了不同土壤類型中的 CO? 和 N?O 排放