海拔梯度上土壤微生物的性状研究——以海南五指山为例

Soil microbial biogeography provides an perspective to profile the distribution and evolutionary characteristics of soil microbes, recognize their functional traits and thus utilize and regulate on their behavior in natural and artificial ecosystems. Molecular approaches like amplicon sequencing provided preliminary recognition into the spatial distribution of microbial diversity and the driving factors. Since microbes had higher potential of horizontal gene transfer, accumulative effects without appropriate theoretical guidance has handicapped the improvement of soil microbial biogeography and failed to reveal their functional variation and mechanism beneath. A trait based focus, considering both the vertical descend and horizontal transfer of genes, has a systematic and promising prospect on the diversity, composition and functional significance of soil microbes in ecosystems. Using metagenomic sequencing, we seek to reveal the conservatism and hierarchy of traits that driving the elevational distribution of soil microbes on Wuzhi Mountain in this research.

微生物地理研究有助于阐明土壤微生物的分布与演化规律、认识其功能特点并加以合理利用与调控。以扩增子测序为代表的方法为探索微生物多样性的地理分布做出了重要贡献。但由于基因水平转移的存在，该方法不足以揭示微生物的功能演变特征。基于性状的研究框架同时考虑了基因的垂直传递和水平转移的影响，其研究内容包含了微生物的生理、形态和行为等特点在内的多种特性。微生物宏基因组分析可揭示微生物的潜在性状，再通过与已知性状对照并结合分类信息，能够比较完整地揭示微生物的分布特征及驱动机制。本研究以具有典型海拔梯度特征的五指山土壤为对象，通过对不同海拔上的土壤微生物组进行全基因组测序并对其图谱进行物种注释和功能注释，从系统发育和功能特征两个方面来揭示驱动土壤微生物垂直分布特征的机制。本研究是宏基因组学与生物信息学方法在土壤微生物地理学研究中的扩展应用，有望为典型环境梯度下的土壤生物空间分布和群落构建机制研究提供支持。

微生物在典型环境梯度上的地理分布特征及驱动机制是了解其介导的生态系统功能响应全球环境变化的重要基础。海拔梯度作为纬度环境梯度在垂直方向上的映射，具备温度、植被等一系列梯度，是研究微生物响应环境梯度的理想场景。本项目以宏基因组学技术、生物信息方法和生物统计分析为主要手段，对五指山海拔梯度上微生物的分类组成和功能性状的分布格局进行了研究，并基于此立了联系微生物分类组成与功能性状组成的基本模型。研究结果为进一步明确微生物多样性-功能的关系、揭示全球变化背景下微生物介导的生态系统功能变化提供理论依据和数据支撑。