土壤病毒组非常多样且活跃，对微生物群落和生态系统功能有重要影响。之前的研究发现土壤pH在局部和全球尺度上选择不同的病毒群落结构，但不知道这是否意味着特定pH会成为感染单个宿主的噬菌体的分布屏障。从pH 7.5的土壤中分离了两株密切相关的芽孢杆菌（Bacillus S4和C30），然后从pH梯度（4.5, 5.5, 6.5, 7.5）的土壤中富集能够感染这些菌株的噬菌体，通过噬菌斑测定进行计数，并通过宏基因组学分析进行鉴定。研究发现虽然能从所有pH土壤中培养出感染这两种菌株的噬菌体，但它们的群落组成和丰度随pH变化。感染两种菌株的噬菌体种群是不同的，尽管宿主很相近，且噬菌体丰度随着土壤pH的增加而显著减少，pH 4.5土壤中的噬菌体丰度最高。从所有平板中回收了8个完整的病毒基因组，其中5个感染S4，3个感染C30，都属于Caudoviricetes纲，与之前描述的芽孢杆菌噬菌体亲缘关系密切。

1、实验设计

• 土壤采样：长期pH梯度土壤（4.5, 5.5, 6.5, 7.5）
• 宿主分离：从pH 7.5土壤中分离两株Bacillus菌株（S4和C30）
• 噬菌体富集：土壤与宿主共培养，过滤后用于噬斑测定
• 测序分析：宏基因组测序鉴定噬菌体群落

2、宿主菌株特征

• Bacillus S4 与 C30两株菌165 rRNA基因序列高度相似（V4区完全相同）
• 全基因组ANI为96%，属于同一物种
• 均含有CRISPR-Cas和限制修饰系统
• 在pH梯度土壤中均有分布（0.035–0.111%）

3、噬菌体丰度随pH变化

• 两种宿主在所有pH土壤中均能被感染
• PFU数量随pH升高显著下降（R² ≥ 0.58, P ≤ 0.003）
• C30的PFU始终高于S4

图1：通过噬菌斑实验测定，从 pH 值为 4.5 至 7.5 的土壤梯度中分离出的 Bacillus S4 和 C30 细菌中，存在大量的溶菌噬菌体。

4、噬菌体群落组成

• 从所有土壤中回收8个完整噬菌体基因组（5个感染S4，3个感染C30）
• 所有噬菌体均属于Caudoviricetes纲，与已知Bacillus噬菌体亲缘接近
• 在低pH土壤中，Herelleviridae科噬菌体占主导
• 随pH升高，其他科噬菌体比例增加

图2：相对丰度柱状图

5、噬菌体系统发育分析

• 使用VIPTree构建蛋白组学系统发育树
• 所有分离噬菌体均与已知Bacillus噬菌体聚类
• 无交叉感染现象：S4和C30的噬菌体完全不同

图3：利用全基因组序列构建的蛋白质组树，展示了 S4 和 C30 病毒所感染的噬菌体与感染其他芽孢杆菌或类芽孢杆菌菌株的参考噬菌体之间的关系。

6、为什么低pH土壤中噬菌体更丰富？

• 可能由于宿主与噬菌体在高中性pH土壤中共进化，导致宿主抗性增强
• 酸性土壤中噬菌体与宿主空间隔离，减少抗性进化，感染性更强
• 噬菌体宿主范围较窄，仅在菌株水平有特异性

结论：土壤pH不限制能感染特定宿主的噬菌体的分布，但pH显著影响噬菌体群落结构和相对丰度。噬菌体具有高度宿主特异性（菌株水平），低pH土壤中噬菌体感染性更强，可能与共进化历史有关。

参考来源：10.1016/j.soilbio.2025.109948