病毒组的应用

噬菌体在自然环境中的意义在于它们能够在宿主体内复制，从而影响细菌群落的多样性，在人体内，噬菌体的作用是保护人体免受致病菌的侵袭；海水中含有4x种病毒，这使其成为最大的噬菌体库；土壤噬菌体具有影响其养分循环及植物根系与细菌之间的共生关系的功能。在人工环境中，噬菌体介导细菌生长的能力可以被开发为多种用途，由于其特殊性导致它们可以轻易地被基因改造；在废水处理中，噬菌体可以用来影响现有的细菌群落，从而提高处理效率；在工业上，噬菌体的应用主要为控制食源性病原体和减少石油工业中问题细菌的数量(图1)。

(图1)自然环境和人工环境中的噬菌体(BatinovicS,etal,)

病毒组在农业领域的应用

最初，噬菌体疗法主要应用在医学领域，即对感染人类的相关致病细菌进行治疗。40至50年前，噬菌体疗法作为控制植物病原体的手段，在农业环境中被广泛探索。在这些试验中出现了两个主要问题:

病原菌产生的胞外多糖阻止了噬菌体的吸附。

菌株之间存在不同程度的敏感性。随着对病毒组学研究的深入，使用噬菌体疗法来控制植物性细菌病原体的生长已经被越来越多地探索。近年来，在土壤-植物(作物/蔬菜/果树)体系中引入“农业噬菌体疗法”(agriculturalphagetherapy)来灭活致病细菌的研究也得到了发展(图2)。

显而易见，噬菌体疗法(也称为噬菌体生物防治)的一个优点便是减少了对病原体使用化学制剂，这避免了与环境污染、生态系统破坏和作物残留化学物质有关的问题。

(图2)噬菌体疗法控制土壤-植物系统中的致病菌(MaoYe,etal,)

土壤“病”了，给农作物供应再多养分也没有意义，土壤微生态失衡被视为农业领域亟待解决的重要难题。青枯菌(Ralstoniasolanacearum)是世界范围内最具有毁灭性的植物病原菌之一，由于其致死性和持久性强，并且具有广泛的宿主范围以及广阔的地理分布，受该菌侵袭的土壤经常发生作物减产，甚至绝收的情况，由此造成的经济损失不可估量。AkikoFujiwara等研究发现溶解性噬菌体(RSL1)对青枯菌具有生物防治作用(AkikoFujiwara,etal,)(图3)。

(图3)通过噬菌体疗法控制青枯病(AkikoFujiwara,etal,)

当然，为了提高噬菌体在生物防治中的抗菌效果，必须深入了解噬菌体生态学以及各种环境下噬菌体与宿主之间复杂的相互作用。这些噬菌体及其宿主细菌的基因组信息将有助于了解噬菌体的特性、噬菌体与细菌相互作用的历史和分子机制。

病毒组在生态环境领域的应用

从大的方面来讲，环境病毒的生态功能主要有三方面(王光华，)：

调控寄主群落结构。众所周知，自然生态系统中有两种主要现象调控微生物群落结构，即从底向上(Bottom-up)和从上而下(Top-down)的两个生态过程(LenoirL,etal,andThomasWC,etal,)。噬菌体调控细菌群落结构是一种经典的Top-down调控，虽然学术界意识到该调控作用的重要性，但目前对这一调控过程的研究还处于黑箱状态，已有的报道主要是针对特定噬菌体及其寄主的动态变化(AshelfordKE,etal,)，尚缺乏群落水平的研究结果。Allen(AllenB,etal,)等人以茶提取物作为噬菌体抑制剂添加到阿拉斯加土壤中，发现添加茶提取物在显著降低土壤中噬菌体数量的同时，也增加了微生物生物量和土壤呼吸速率，但该文对细菌群落结构是否产生影响没有报道。

直接或间接参与元素地球化学循环。病毒的这种作用体现在它的感染率、致死率、病毒的周转时间以及其巨大病毒数量上。病毒感染在引起寄主细胞死亡裂解的同时，也促发寄主细胞营养元素释放到环境中去，进而促进了元素的生物化学循环，这种由病毒介导的食物链传递方式叫做Viralloop。有报道指出，在海洋中由病毒推动的碳环量占该生态系统碳循环总量的6%—26%(WeinbauerMG，)。但与此相对应的土壤病毒，特别是土壤噬菌体在多大程度上促进了元素循环还未见报道。

作为基因水平移动的媒介。这个功能不难理解，正是病毒与寄主的共进化推动了地球生物群落不断演替，形成了如此多样性的地球生态系统(ThingstadTF,etal,)。

在调控寄主群落结构方面，通过噬菌体控制细菌宿主，并以此减缓耐抗生素细菌的繁殖，受到越来越多的