劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究人员在《mSystems》期刊发表的一项新研究显示，土壤中数量庞大的病毒并非都在同一时间活跃。研究团队发现，在所分析的土壤病毒中，超过四分之三处于休眠状态，只有一部分会在特定条件下复制并发挥作用。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的研究人员对草地土壤在快速重新湿润前后的病毒进行了研究。结果显示，大多数病毒保持不活跃状态，只有 22% 的病毒能够复制。图片来源：Dan Herchek/LLNL
土壤中病毒数量惊人，每克土壤可能含有1000万到10亿个病毒。它们多数不会感染植物、动物或人类，而是主要攻击细菌和其他微生物。由于微生物直接参与养分循环和土壤健康，病毒对微生物群落的影响，也会进一步关系到农业生产、粮食安全和水质保护。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家、研究作者加里·特鲁布尔表示，传统观点通常认为，病毒要么很快找到宿主，要么在环境中迅速降解。但这项研究表明，许多土壤病毒能够形成类似“种子库”的状态，在环境中长期潜伏，等到条件合适时再重新活跃。
为识别这些休眠病毒，研究团队采用了稳定同位素示踪技术。该方法通过向季节性干旱的草地土壤中加入含有天然稀有重氧分子的水，追踪实验期间正在复制的病毒。微生物合成DNA需要利用水中的氧，病毒感染宿主后也会借助这一过程合成自身DNA，因此正在复制的病毒DNA会带上重氧标记。
研究团队还首次将稳定同位素示踪技术与针对土壤优化的病毒靶向宏基因组学方案结合起来，从土壤中分离活性病毒，提取DNA并进行测序，再通过计算方法加以分析。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的半自动化高通量流程，也降低了这类实验以往较高的时间和成本门槛。
特鲁布尔介绍，在类似地中海气候的草原地区，土壤可能连续数月干燥，随后在第一场降雨后迅速重新湿润。该团队此前研究发现，土壤湿润后病毒会变得活跃，并引发微生物死亡，但当时并不清楚这些病毒中有多少是新产生的，又有多少是在旱季中保留下来的。
在为期一周的实验中，只有22%的病毒显示出代表复制活动的氧标记，其余78%仍保持不活跃状态。研究人员认为，这一结果说明，土壤病毒群落中存在大量休眠成员，它们可能在环境变化时重新参与微生物调控。
这项研究不只是回答“土壤里有哪些病毒”，更进一步关注这些病毒在自然环境中实际如何活动。相关结果有助于研究人员把病毒因素更准确地纳入生态系统和养分循环模型。
下一步，研究团队将继续探索休眠病毒能在土壤中稳定存活多久，以及哪些病毒或宿主特征有助于它们长期存在。他们还计划把稳定同位素示踪分析扩展到农业系统、森林、水生环境和人类微生物组等更多场景。
