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中国东北旱地黑土与稻田环境中T4型细菌病毒g23基因多样性研究

刘俊杰  
【摘要】:细菌病毒是生物圈中数量最多的生物,在控制宿主群落演替、生物进化和地球生物化学循环中起到重要的作用。近年来,伴随着分子生物学技术在环境微生物研究中的应用,环境中细菌和真菌群落基因多样性及与其生存环境间的关系逐渐被揭示,但对于地球上广泛存在且数量巨大的生命体-细菌病毒基因多样性的研究还很少。为此,本文以编码T4型细菌病毒主要壳蛋白基因g23为目标,采用简并性引物MZIA1bis和MZIA6对我国东北旱地黑土及稻田环境中的T4型细菌病毒g23基因多样性及分布特征进行研究,其结果如下: 从6个不同地点的旱地黑土中,共获得99条g23基因,其中50.51%的克隆属于以往所划分的稻田g23基因类群,剩下的克隆属于旱地黑土所特有的T4型细菌病毒或未分类的g23类群,说明旱地黑土g23类群与稻田土壤类群亲缘关系较近,但部分类群属于旱地所特有的g23克隆。此外,UniFrac中的PCoA(principalcoordinate analysis)分析结果显示,T4型细菌病毒可明显区分为海洋、湖泊、稻田和旱地黑土类群,同时旱地黑土T4型细菌病毒群落分布受采样地点的影响。 从5个采样地点3个采样时期的稻田土壤中,共获得106条g23基因,其中88条g23基因隶属于Paddy Groups Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ。而剩下的18条克隆属于未分组的g23基因,说明T4型细菌病毒在稻田土壤中多样性十分丰富。此外,系统进化分析发现稻田土壤中的g23基因完全不同于海洋和湖泊的g23类群。UniFrac分析结果显示中国东北稻田土壤g23基因与日本稻田土壤的g23基因类群差异显著,g23基因分布受到地理环境制约的同时也受到生态环境的影响。 从5个采样地点3个采样时期的稻田田面水中,共获得104条g23基因序列,其中78%的克隆与中国东北稻田土壤和旱地黑土的相似度达到82%以上,剩下的分别与日本稻田土壤和南极湖g23基因的相似度较高,说明田面水g23基因与其相似生活环境的g23基因类群亲缘关系较近。此外,UniFrac分析结果显示田面水g23基因存在着时空差异且群落结构完全不同于稻田土壤类群。 采用交换生态位-旱稻转化的试验方法,对大豆和水稻根际和非根际土壤中g23基因的分布特征进行了研究。共从两个时期获得160条g23基因序列,Blast结果显示所获得的g23基因80.64%与以往研究中稻田土壤和旱地黑土的相似度达到57%-100%。UniFrac分析结果显示T4型细菌病毒g23基因分布不存在根际效应,同时也不受到采样时期的影响,而制约g23基因分布的主要因素是土壤类型,其次是种植作物的种类。 综上所述,通过对东北旱地黑土与稻田环境中T4型细菌病毒g23基因多样性和分布特征的研究发现,东北旱地黑土和稻田环境中g23基因多样性十分丰富,g23基因分布受到采样地点和采样时期的影响。对不同环境间的g23基因群集进行UniFrac分析发现,T4型细菌病毒群落结构分布在海洋、湖泊、稻田和旱地黑土中差异显著;T4型细菌病毒在陆地生态环境群落分布受到地理环境和生态过程的双重影响。此外,旱稻转化试验研究结果证明,制约g23基因分布的主要因素是土壤类型,其次是种植作物的种类。本论文的研究为促进陆地环境病毒生态学的发展奠定了一定的基础。


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