在全球变化面前是种群还是功能差异更显著？——以土壤微生物为例

      保护微生物群落的多样性对维持陆地生态系统功能有重要的意义。通过研究土壤微生物群落物种和功能的多样性差异，我们可以探索全球变化如何影响微生物群落组成与其执行的生态系统功能之间的联系。基于全球土壤微生物宏基因组数据，我们分析了17个气候带之间土壤微生物群落在物种组成和功能特征的beta多样性，结果发现微生物宏基因组功能特征在地域间差异要小于物种组成（图1），说明土壤微生物群落的种群多样性要大于功能多样性。

图1. 土壤微生物群落物种组成和功能特征的相对丰度及其beta多样性

通过将采样点纬度信息与微生物物种组成和功能特征的beta多样性做线性回归，并结合气候数据和土壤理化性质，我们发现土壤微生物的物种组成与纬度存在线性关系，但是功能特征与纬度的联系不显著（图2），证明全球气候和土壤性质的差异可以驱动微生物物种组成的分布，但是与功能特征之间不存在显著相关性。

图2. 纬度与土壤微生物群落的物种组成和功能特征及其气候和土壤性质之间的相关性

接着，通过分析土壤微生物群落的物种组成和功能特征的共现性网络关系，我们还发现土壤微生物群落物种组成的共线性关系大多数都发生在模块化的相似分类单元里，即同种类的微生物群落在面对全球变化时的相对丰度变化更趋于一致，而跨种类之间的共现性联系则相对较弱（图3）。

图3. 土壤微生物群落的物种组成和功能特征的共现性网络关系

最后，我们发现在土壤微生物群落的功能特征中，乳酸质发酵（Fermentations: Lactate）和氨同化（Ammonia assimilation）功能与其他功能的共现性最大，属于模块间和模块内的超级通才型（supergeneralist）功能（图4），由此推断这两个功能分类有可能对土壤微生物群落适应全球变化有着特殊的意义。

图4. 土壤微生物群落共现性网络关系的节点分布情况

本研究结果以“Functional redundancy in soil microbial community based on metagenomics across the globe”为题发表于微生物学期刊Frontiers in Microbiology（中科院生物大类二区）；我院陈怀海副教授和中国科学院沈阳应用生态研究所鲁彩艳研究员为共同通讯作者，我院马嘉欣副教授、杨玉春助理教授、陈浩副教授，付琦、邱莹波、赵佳怡、黄愉等硕士研究生以及美国橡树岭国家实验室资深科学家Christopher Schadt博士作为合作作者参与了该项目的工作。（全文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.878978/full或https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.878978）

通讯员：陈怀海