首页 > 科学研究 > 科研动态 > 文章详情
发展新一代耦合微生物组学信息的土壤碳氮水耦合模型发布时间:2022-05-04

科学认识地球上微生物对气候变化的响应,对于深刻理解生态系统固碳潜力和应对气候变化的影响将起到至关重要的作用。但是,传统的生物地球化学模型和地球系统模式(ESM)并没有明确地考虑微生物群落的影响。此外,传统生态系统观测(如通量数据)不足以支撑对碳氮水耦合过程机理的清晰认识。如何将丰富的微生物组学信息有效地纳入生态系统建模成为一个巨大的挑战。

为此,我们以调控土壤碳氮转化过程的八种酶-基因官能团作为土壤系统功能的指示器,自主开发了新一代耦合微生物组学信息的微生物-酶介导的碳氮水耦合模型(MEND Microbial-ENzyme Decomposition)中,并提出了一种竞争性动态酶分配方案来实现对多个酶-基因功能组的调控。结合为期12年的草地生态系统实验(BioCON,大气CO2升高和氮添加)数据,研究结果表明:(1) 竞争性动态酶分配方案使MEND模型能够解决多种酶-基因官能团的合成,更好地表达了酶催化的一系列碳氮转化过程;(2) MEND模型基于碳氮官能团基因丰度的验证结果证明了酶活性的变化可以通过测量的基因丰度变化来更好地解释微生物及碳氮循环对大气中CO2浓度升高的响应。该研究为微生物介导的生物地球化学过程响应环境变化提供有力的证据,增强对碳氮水循环-气候反馈的评估和预测的信心。成果以“Soil enzymes as indicators of soil function: A step toward greater realism in microbial ecological modeling”为题,发表在环境与生态学领域顶级期刊《Global Change Biology》上,王纲胜教授为论文第一作者兼共同通讯作者。