2023年5月10日，北京生物多样性论坛第三期在中国科学院微生物研究所顺利举办。本期论坛主题为“微生物多样性与功能”，中科院南京土壤研究所褚海燕研究员、河北大学生命科学学院张海洋研究员、中科院微生物所周欣博士受邀作报告。论坛由北京生物多样性科学研究会副秘书长、中科院微生物所高程研究员主持，研究会理事长、中科院植物所马克平研究员作开场发言，线下线上共有420多人参加。

　　马克平研究员在发言中对三位报告人和高程研究员团队对本次论坛的支持表示感谢，他表示研究会今年将会组织一系列学术交流活动，以期为生物多样性领域的同行提供一个学习交流的平台。

　　褚海燕研究员从生物地理学的定义、学科的发展历史和研究框架、以及团队多年的研究案例等三个方面详细介绍了土壤微生物地理学的时空演变。生物地理学是研究生物多样性的时空分布的科学，目的在于解析生物群落的分布格局及其驱动机制。动植物的分布具有极强的地域性，随纬度和海拔的升高而降低，土壤微生物是否也有地域分布性是萦绕几代科学家的问题。德国自然地理学家洪堡创立了植物地理学，瑞士植物学家坎多尔提出解释生物的地理格局需区分历史因素和生态因子，英国生物地理学之父华莱士认为竞争会导致物种互作，荷兰微生物学家贝捷林克首次提出微生物可能无所不在并可通过环境条件来预测，荷兰微生物学家贝克提出了巴斯贝克假说，表示环境会对微生物进行选择。然而由于微生物培养手段的限制，该领域的研究长期滞后，直到21世纪高通量测序和组学技术的突破才证实了土壤微生物存在一定的生物地理学分布和受诸多因素影响。因此，目前该学科的研究框架包括分布、功能和预测三大块内容。褚海燕研究员团队在长白山长期研究首次发现土壤pH是驱动土壤微生物海拔分布的关键因子，叶片碳是叶内真菌群落最主要的影响因子和唯一营养来源，腐生真菌与外生菌根真菌多样性强偶联，植物种内系统发育驱动外生菌根真菌的群落组成，而真菌可以稳定生态系统中的多届生物群。在东部山地森林的研究发现真菌群落在地上与地下生境间的差异大于距离造成的差异，叶内真菌多样性为土壤真菌多样性的三分之一，植物-真菌种间互作模式在地上与地下生境差异显著。在比较研究东亚-北美森林土壤真菌群落中发现互米花草入侵导致滨海湿地土壤细菌的生物同质化现象，而土壤理化性质驱动滨海湿地土壤细菌的群落变异，识别了驱动土壤碳库的微生物关键类群等。在研究藏东南湿地微生物分布中发现细菌群落随生境和地貌类型显著分异，水体和沉积物细菌网络特征及影响因素不同。此外，还介绍了其团队对全球城市绿地生态系统土壤生物多样性及其影响因素的研究，以及在生态系统背景下研究人类健康与生态系统联系的意义。

　　张海洋研究员聚焦真菌的功能性状，从生活方式、基因组大小和全球地理分布格局等方面详细介绍了真菌的生活史和资源利用策略。他首先以植物为例，介绍了目前基于性状的理论研究框架。生物的性状可以分为种内变异大和种内稳定但种间变异大两类，基因组大小属于后者。基因组大小的变异有物种自身的规律，而非随机的过程，且并非越复杂的生物基因组越大，此外，物种基因组GC含量的大小也具有丰富的多样性。为了更好的通过微生物性状研究其生活史策略和地理格局分布，张海洋研究员和所在团队构建了真菌基因组大小数据库，包含2.2-3625.5Mbp的3359个物种，有1650倍变异。通过基于中国北方草地520份植物样方和土壤样品的植物研究发现大基因组植物群落beta多样性受环境筛选的影响更大，养分添加有利于大基因组植物；基于全球尺度270份土壤样品的细菌研究发现温暖和干燥环境小基因组细菌占优势；基于大洲尺度463份土壤样品的真菌研究发现基因组大小与GC含量呈负相关，大基因组的真菌在营养贫乏的土壤中占优势（该规律存在于共生和腐生菌中，致病菌表现出相反规律），证实了真菌基因组水平的性状特征显著影响其对养分梯度变化的响应，挑战了“大基因组约束假说”。真菌基因组大小的跳跃可能由真菌生活方式的演变导致，即真菌基因组大小随自由态、兼性共生和专性共生等生活方式的演变而增大；真菌基因组越小，产生的孢子越小，子实体越大，反之亦然；真菌基因组越大，全球地理分布范围越小，受温度升高的负向筛选越强。最后，对真菌菌丝性状和基因组水平性状量化方法体系的开发进行了展望。

　　周欣博士从土壤微生物的多样性、土传病害的影响和防控以及相关研究展望等三个方面详细介绍了植物根际微生物在病害防控上的应用。土壤微生物组是土壤中所有微生物及其栖息环境的总称，也是地球微生物暗物质之一。根际是植物的“肠道”，也是植物防御响应的第一驱动因素，根际微生物的调控对作物健康生产至关重要。而作物土传病害的加剧是未来数十年全世界的重大挑战。其中，番茄、香蕉枯萎病等连作障碍是制约我国经济作物产量的瓶颈问题，每年有超过5亿亩次经济作物遭受土传病害威胁。究其原因主要是大规模集约化农业中大量农药化肥的使用以及单一作物长期连作等方式使得土壤微生态平衡被打破进而导致土传病害频发。尖孢镰刀菌是造成温室番茄枯萎病的主要根系微生物，周欣博士所在课题组自2010年起构建了国内外目前最全面的镰刀菌资源库，对镰刀菌中最重要的类群——尖孢镰刀菌造成的番茄枯萎病的发病规律及微生物组变化进行了深入研究，初步澄清了不同栽培条件下番茄微生物组结构，并首次引入“真菌组”构建跨界合成菌群用于番茄枯萎病防治，也发现存在菌群物种组成波动较大、不同物种互作的功能基因和代谢差异表达、合成菌群在自然田间的“适应性”未知等问题。最后，对如何创新培养组技术获取难培养微生物，合成稳定可重复的微生物，进而挖掘野生作物核心微生物并进行微生物再野化，挖掘拮抗微生物并解析其功能，解析全球粮食种子核心微生物组成和功能研究做了展望。

　　高程研究员对三位报告人的精彩报告再次表示感谢，他介绍北京生物多样性科学论坛是由北京生物多样性科学研究会和中国科学院生物多样性委员会共同主办的一项周期性学术交流活动，自今年3月起，已举办植物、动物和微生物领域的论坛各一期，今后仍会每月举办一期，欢迎大家持续关注。