作者：杨可铭，南京农业大学博士在读，主要研究利用噬菌体防治土传病害。
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导读
噬菌体是感染细菌的一类病毒，能够控制宿主种群的动态。在水生环境中，噬菌体与微生物系统的生态学相关性已被广泛探索，但目前对噬菌体在陆地生态系统中的作用的了解仍然有限。本文选择了两种自然土壤，过滤得到细菌和噬菌体悬液，通过添加土壤噬菌体悬液以及噬菌体分离株组成的鸡尾酒，利用16S rRNA扩增子测序测试了三种不同的群落装配场景：在细菌定殖期间，定殖之后和自然土壤群落中噬菌体群落对细菌群落的影响。
一、实验设计
S1和S2是细菌群落多样性存在显著差异的两个农业土壤样本。使用切向过滤流（TFF）系统过滤S1和S2，以获得细菌悬液（BS）和噬菌体悬液（PS）。另外将分离得到的噬菌体分离株组合成噬菌体鸡尾酒悬液（PC），噬菌体处理以高压灭活为对照（PSa, PCa）。在定殖过程实验中：将噬菌体和细菌悬浮液同时接种于无菌土壤中（图1A）。在定殖后实验中：在无菌土壤中，先接种细菌部分，28天后接种噬菌体部分（图1B）。在自然土壤实验中：自然土壤装盆28天后，将噬菌体悬液接种于其中（图1C）。在噬菌体悬浮液接种后34天（图1A和B）或35天（图1C）进行破坏性取样。
图1 实验设计的示意图
二、主要结果
在细菌定殖土壤期间接种噬菌体，与对照相比，BS1-PC和BS2-PS1处理的细菌群落的α多样性和β多样性均有显著差异。BS1-PC处理中，接种噬菌体增加了群落的Shannon多样性，接种活性噬菌体与灭活噬菌体的处理之间的Jaccard相似性指数差异显著。相反，BS2-PS1处理中接种噬菌体降低了群落的Shannon多样性，基于Bray-Curtis差异的细菌群落组成差异显著。这些变化主要与草杆菌科和无色芽孢杆菌的比例增加、伯克霍尔德雷亚目和固氮菌的减少有关（表1和图2A）。在细菌定殖土壤后接种噬菌体，在BS2-PS1的情况下，与对照比，细菌群落的α多样性和β多样性也受到显著的影响；接种活性噬菌体导致群落的均匀度（Evenness）和加权UniFrac有显著差异，以及假单胞菌和Gemm-5的丰度降低，黄杆菌的丰度增加。在BS1-PS2处理中，仅Faith’s PD指数显著下降（表1和图2B）。在自然土壤中，活性噬菌体对S2-PS1和S2-PC中的细菌群落的影响最大。在S2-PS1中，接种活性噬菌体导致所有β多样性指标有显著差异，Faith’s PD增加，Shannon多样性减少。在S2-PC中，基于Bray-Curtis的细菌群落组成的差异伴随着Evenness的增加和扩增子序列变异比例的下降（表1和图2C）。
表1 群落多样性指数统计分析
图2 受噬菌体影响的差异菌株
总体而言，活性噬菌体的影响主要是在土壤S2的细菌群落中观察到的。比较天然土壤中接种自然和合成噬菌体的处理时，发现土壤S2的β距离值都显著高于S1（图3AB）。S2-PS1中获得的UniFrac距离值最高，与S2-PS2（图3AB）相比也有显著差异。
图3 不同处理加权/未加权UniFrac距离比较
网络模型提供了噬菌体影响细菌种群之间联系的证据。与对照相比，接种了噬菌体悬液的处理显示出更低的复杂性。在存在活性噬菌体的情况下，S1和S2的连接总数都减少了。在S1中，与对照条件相比，随着活性噬菌体的接种，黄杆菌的节点的程度增加，而枢纽节点的数量减少。在S2中，对硝酸螺旋菌、红曲菌和红曲菌科也观察到了类似的结果（图4）。
图4 活性/灭活噬菌体处理下的细菌网络
三、总结
通过比较接种活性噬菌体和灭活噬菌体的处理，研究发现噬菌体压力的变化可能会影响土壤细菌群落的组成和多样性。然而，对于不同的群落组装场景，噬菌体的影响取决于微生物区系，这表明宿主群落多样性和组成可能是决定噬菌体影响的因素。总体而言，本工作有助于扩展目前对土壤噬菌体的认识，并为支持土壤细菌群落组装和功能的相关性提供一些经验证据。论文信息
原名：Impact of phages on soil bacterial communities and nitrogen availability under different assembly scenarios
译名：不同装配情景下噬菌体对土壤细菌群落和氮素有效性的影响
期刊：Microbiome
IF：11.356
发表时间：2020.04.06
通讯作者：Laurent Philippot
通讯作者单位：法国勃艮第大学
