病毒是地球上数量最多、分布最广的生命体。水田和旱地农田土壤在全球范围内对于维持人类粮食需求具有至关重要的作用。目前，这两类农田土壤的细菌、真菌和原生生物等微生物群落的地理分布格局已有广泛报道，但对病毒群落地理分布特征的认识仍显不足。此外，土壤病毒也是抗生素抗性基因（ARGs）重要的载体，但在这两类农田土壤中病毒相关ARG的多样性及分布风险研究尚属未知。

为此，东北地理所农田分子生态学科组研究人员大范围采集了典型黑土带的水稻土和毗邻的玉米地土壤，利用宏基因组测序技术，解析了水田（RS）和旱作土壤（CS）病毒群落地理分布格局及病毒携带ARGs的传播机制和生态策略。

研究表明，东北黑土带土壤病毒群落存在显著距离衰减模式。与RS相比，CS中的病毒群落具有更高的群落多样性和差异显著的群落结构，但RS和CS中的病毒群落并不具有维度多样性梯度格局（图1）。土壤pH是决定病毒群落分布的主要因素，而较高的土壤养分含量显著降低病毒群落多样性。Uroviricota、Nucleocytoviricota和Artverviricota是农田土壤中的主要病毒门，同时发现病毒群落的宿主涉及包括放线菌、变形菌等在内的17个原核微生物门。此外，我们在RS和CS中检测出了27类抗生素抗性类型，其中多重耐药型在黑土中的占比最高。结合病毒群落数据发现，RS和CS中携带ARGs的病毒数分别占总群落的9.61%和11.4%。进一步拼接构建环状噬菌体基因组发现，RS中的溶原噬菌体携带了29.7%的ARGs，明显高于CS中的12.5%，而CS中携带ARGs的病毒主要为烈性噬菌体（图2）。本研究揭示了黑土带区域尺度上的两类农田土壤中病毒和抗生素抗性基因的分布特征及病毒携带ARG的裂解溶原策略。

研究成果发表在国际期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF 12.2）上，农田分子生态学科组博士生顾海东为第一作者，胡晓婧副研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划项目（2022YFD1500201）和中国科学院青年创新促进会项目（2023237）共同资助。

图1 东北典型黑土带水田和旱地土壤病毒群落多样性分布特征

图2 水田和旱地土壤中抗生素抗性基因在噬菌体中分布特征

论文信息：

Gu H, Hu X*, Zhang J, Li Y, Yu Z, Liu J, Sui Y, Jin J, Liu X, Wang G. Biogeographic patterns of viral communities, ARG profiles and virus-ARG associations in adjacent paddy and upland soils across black soil region. Journal Hazardous Materials. 485, 136909

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136909