曾被微生物生态学家忽视的土壤病毒，如今被认为对全球生物地球化学循环至关重要。然而，人们对这些病毒的全球分布、活动和与土壤微生物群的相互作用的了解仍然有限。

2024年6月20日，太平洋西北国家实验室Emily B. Graham团队于Nature Microbiology上发表了题为A global atlas of soil viruses reveals unexplored biodiversity and potential biogeochemical impacts 的研究论文。

GSV地图集是一种新的公共资源，可以帮助产生假设，并为土壤病毒生态学中一些最紧迫的挑战提供见解。

研究介绍了全球土壤病毒图谱，汇编了2953个先前测序的土壤宏基因组，包含了616,935个未培养的病毒基因组和38,508个独特的病毒操作分类单元。

显示了土壤病毒圈的极端多样性、空间周转和功能潜力。这包括土壤病毒的微生物宿主的广泛分类，与土壤碳循环相关的关键功能，以及可能对破译土壤生态系统中病毒生态原理至关重要的病毒代谢的分类。

土壤病毒与宿主之间的关系

全球土壤病毒图谱的稀有化曲线显示，大部分土壤病毒多样性仍未被探索，这一点通过高空间更替率和样本间共享的病毒操作分类单元低率进一步得到强调。

通过检查与生物地球化学功能相关的基因，研究还展示了病毒对土壤碳和营养循环的潜在影响。这项研究代表了对土壤病毒多样性的广泛表征，并为测试有关病毒圈在土壤微生物群和全球生物地球化学中的作用的假设提供了基础。

作者特别强调f型atp酶，戊糖磷酸途径和脂多糖相关基因，以及参与碳水化合物代谢的酶，作为进一步研究的富有成果的领域。

土壤病毒圈编码的代谢潜能

土壤病毒生态学领域正处于快速发展的阶段，但在充分表征土壤病毒多样性和功能方面仍存在一些挑战。克服这些方法和生态障碍需要全球研究人员的广泛参与。

作者总结了当前一代土壤病毒生态学家面临的问题，并提出了克服这些问题的建议。

宏基因组测序可以在每个土壤样本中检测到数千种病毒，但在土壤宏基因组中检测到的病毒数量一直保持相对平稳。在某种程度上，这是因为鸟枪法测序的土壤宏基因组序列高度碎片化，导致uvigs质量较低。

鉴定新的病毒序列和将病毒分配给微生物宿主，也受到我们对病毒多样性知识程度的限制，因此，需要扩大已知的病毒圈。

技术进步可能改善土壤病毒鉴定和宿主连锁预测，从鸟枪宏基因组学、长读测序和/或靶向测序方法。有前景的新方法包括病毒活性的实验验证、大小分离(“病毒组学”)、病毒分离、优化病毒核酸提取、显微镜、结合宏基因组组装和长读和/或单细胞测序。

GSV地图集表明，需要广泛的、空间明确的采样来捕捉土壤病毒圈的高空间周转。

大多数“全球”生态研究的空间覆盖范围，包括这一研究，经常受到大数据缺口的影响。

鉴于GSV地图集所揭示的高度病毒多样性，需要齐心协力取样广泛的空间域，包括历史上取样不足的地区。以这种方式扩大已知的病毒圈也将有助于促进工具的开发。

虽然没有评估时间动态，但同样需要时间明确的方法来表征土壤病毒群落的时间动态。

此外，我们对病毒序列的功能注释揭示了与病毒和微生物群落相关的功能相关的多种基因，如果没有靶向功能测定，就不可能知道病毒基因的真实功能。

因此，作者提出需要针对病毒基因表达和辅助代谢功能的实验来正确评估病毒群落中的AMGs。

极端的土壤病毒圈多样性使得一些常见的微生物生态学统计方法不可行，包括那些经常用于测试生态学原理的方法(例如，排序、距离衰减、丰富度等)。

这突出表明需要创新的统计方法来解释土壤病毒圈，并围绕其生态作用发展新的理论。这些进展可以帮助开发基于过程的模型，这些模型在表示土壤碳循环方面取得了巨大进步，但缺少涉及土壤病毒圈的动力学。

数据收集和工作流程