研究揭示了模拟冬季条件下活跃土壤微生物种群的基因组潜力

科学家估计，北部泥炭地含有地球土壤碳的三分之一。这使它们成为重要的碳储存生态系统，可以将二氧化碳排除在大气中并控制气候变化。在北部泥炭地，冬季土壤中的碳损失可能超过温暖生长季节的碳储存量。这主要是因为微生物(尤其是细菌)的活动会分解土壤中的有机物。病毒可以杀死或减缓其他微生物。这可以减少从土壤中释放的碳微生物的数量。

然而，科学家们并不知道在泥炭地土壤温度低于冰点且不含氧气的冬季，病毒是否活跃。为了更好地了解微生物在冬季如何在泥炭地土壤中相互作用，在Microbiome发表的一项研究中，研究人员在冬季条件下培养了北极泥炭土壤。然后他们分析了微生物及其在土壤中的活动，以了解微生物如何从这些土壤样本中释放二氧化碳。

由于气候变化，北部泥炭地正在迅速变化。变暖可能会将它们从碳汇转变为碳源，将二氧化碳排放到地球大气层并帮助气候变暖。这项研究发现，冬季条件下的北极土壤含有少量活性细菌，但含有大量活性病毒。这些细菌和病毒之间的相互作用可能有助于控制冬季泥炭土中碳的流失。这些信息将帮助研究人员预测未来北极土壤中碳的释放。

研究人员估计，北方生态系统冬季的碳损失大于平均生长季节吸收的碳量，并且主要由微生物分解者驱动。病毒通过诱导死亡率和代谢控制调节微生物碳循环，但研究人员不知道病毒在冬季条件(缺氧和低于冰点的温度)下是否活跃。

本研究使用稳定同位素探测 (SIP) 靶向宏基因组学来揭示模拟冬季条件下活跃土壤微生物种群的基因组潜力，重点是病毒和病毒宿主动力学。北极泥炭土壤在低于冰点的缺氧条件下与富氧 18 水或天然丰度水一起培养 184 天和 370 天。研究人员对 23 个 SIP 宏基因组进行了测序，并确定了 46 个细菌种群(跨越 9 个门)和 243 个病毒种群，它们在整个孵化过程中积极吸收土壤中的氧 18 并呼吸二氧化碳。

活跃的细菌种群仅占检测到的微生物群落的一小部分，并且能够发酵和降解有机物。相比之下，活跃的病毒种群占检测到的病毒群落的很大一部分，三分之一与活跃的细菌种群有关. 在这项工作之前，从未在土壤中低于冰点的条件下确认过病毒活动。与未标记的群落相比，活跃的细菌和病毒群落的身份和功能存在明显差异，后者会被非靶向标准宏基因组分析所忽视。了解在冬季引起土壤碳周转的细菌和病毒的特性、功能能力和活动对于更好地预测它们的生物地球化学影响至关重要。