西北农林科技大学（722）GCB：自然干旱梯度上土壤微生物的生态进化特征与能量利用策略

近日，水土保持与荒漠化整治全国重点实验室在土壤微生物生态进化领域取得新进展。研究成果以“Shifts in genome size and energy utilization strategies sustain microbial functions along an aridity gradient”为题发表在生态环境领域Global Change Biology上，王小军博士为论文第一作者，张超研究员为通讯作者。

干旱化是本世纪最具挑战性的全球环境问题之一，严重威胁着陆地生物多样性、粮食安全和生态系统功能。在全球气候变化的背景下，这些影响可能会在未来几十年内加速。然而，关于干旱条件下微生物群落调控的现有知识，仍然不足以充分解释其动态并建立全面的联系。

在这项研究中，我们沿着自然干旱梯度收集了土壤样本，通过利用宏基因组测序衍生的微生物基因组与培养实验相结合的方法系统地研究了自然干旱梯度上土壤微生物群落的生态进化策略。我们的结果表明最普遍的微生物是代谢通用的好氧菌，它们可以利用多种能源来支持有氧呼吸、碳固定以及N、P和S循环。在更干旱的生境中土壤微生物表现出与能量消耗减少相关的基因组特征，包括更小的基因组大小、更低的GC含量和更少的16S rRNA基因拷贝数。随着干旱程度的增加，微生物对有机能量的利用降低，而对大气痕量气体氧化的依赖增加，这种能源利用的转变与土壤有机碳含量的下降密切相关。随着有机碳沿干旱梯度的降低，痕量气体氧化微生物（专一痕量气体氧化微生物和多种痕量气体氧化微生物）的丰度显著增加，而非痕量气体氧化微生物的丰度则下降。此外，利用痕量气体氧化作为能源的微生物主要是基因组较小的寡营养微生物。相比之下，具有较大的基因组大小的富营养微生物在有机能源利用中占主导地位。

自然干旱梯度上土壤微生物生态进化策略的概念模型

这些发现揭示了微生物群落如何通过调整基因组特征、生活史策略和能量获取方式来维持其在自然干旱梯度上的功能活性，为我们了解土壤微生物组对气候变化的反应提供了基础。

研究得到国家重点研发计划项目（2023YFF1305103）、国家自然科学基金（42130717,42177449）、陕西省杰出青年科学基金（2024JC-JCQN-35）等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70498

编辑：王学锋

终审：刘玉峰