病毒是地球上数量最多的生命体，在控制寄主群落演替、遗传基因的水平移动、生物进化和地球生物化学循环中起到重要的作用。细菌病毒（噬菌体）数量上一般是细菌的10倍左右，被认为是地球上数量最多的病毒类型。尽管噬菌体广泛存在，但与具有细胞结构的微生物相比，对其基因多样性研究甚少。究其原因一方面与传统噬菌体研究依赖于分离培养，但环境中的细菌大多数尚处于难培养状态，限制了噬菌体的获得；另一方面也与噬菌体基因中没有发现诸如像原核生物16S rDNA和真核生物18S rDNA中存在共有的保守序列，用于通用引物设计有关。但最近研究发现，噬菌体某些家族的结构或功能蛋白质氨基酸片段序列高度保守，利用这些保守片段氨基酸序列设计引物，可以直接PCR扩增出不同噬菌体家族基因序列，用于噬菌体生态学研究。其中编码噬菌体主要壳蛋白的g23基因被认为是研究T4型噬菌体基因多样性和群落结构的重要分子标记基因。

自从2005年法国科学家首次采用兼并性引物MZIABis和MZIA6，从海水中直接PCR扩增出 g23 基因，建立了5个海洋新类群以来，先后有多国学者对稻田土壤和田面水、湖泊水体等环境条件下的T4型噬菌体基因组成开展了研究工作，并建立了多个基于不同生态环境下的T4型噬菌体新类群。尽管采用PCR技术从稻田土壤中已经获得了大量的g23基因，但2008年美国学者撰文指出，他们曾采用PCR技术未能从旱地土壤中获得g23基因，认为从稻田土壤中获得g23基因的结果很难认同为是针对纯粹土壤环境的研究，原因在于稻田长期有水层存在，与海洋具有相似的水环境特征。

我所王光华课题组在基于前期研究稻田土壤 T4 型噬菌体 g23 基因基础上， 针对海伦农业生态实验站的不同施肥方式的定位实验土壤样品，以及从7个不同纬度黑土农田采集的土壤样品，进行了T4型噬菌体 g23 基因研究工作，成功地获得了152条噬菌体 g23 基因。发现旱地黑土农田g23基因分布与其在海洋和湖泊水体环境中完全不同，与稻田环境相近，但也有多个新的黑土类群存在。采用Unifrac方法分析不同环境条件下的 T4 型噬菌体群落结构发现，T4型噬菌体在陆地生态系统较海洋环境分布广泛，表明陆地生态环境中具有丰富的噬菌体基因资源；另外，从T4型噬菌体在稻田和旱地黑土中群落结构差异明显，且其在东北稻田与东北旱地黑土中分布相对较近的研究结果，说明在陆地生态系统中T4型噬菌体群落结构受到地理环境和生态过程的双重影响。

该研究得到中科院人才项目和国家自然科学基金的资助，研究成果先后发表在Biology and Fertility of Soils (2011, 47:273-282)和Soil Biology and Biochemistry (2011,doi:10.1016/j.soilbio.2011.05.005)等国际期刊上。

　　　　　　　　　　　图. 不同生态环境下T4型噬菌体群落分布特征的Unifrac分析