生物物种的功能性状反映了其对环境变化的响应，随物种所处环境而发生改变。基于功能性状的研究方法揭示物种环境适应机制及其对气候变化的响应规律是环境生态学的重要科学问题之一。性状-环境关系在植物、动物宏观生态学中已有深入研究，而在微生物生态学领域，随着组学技术和基于性状的模型的发展，其应用正逐渐成为热点。尽管如此，如何应用微生物功能性状来定量评估其适应环境变化能力的方法目前还不成熟。

    2020年初，中国科学院南京地理与湖泊研究所采集东非地区39份湖泊微生物样品，pH跨度为7.2-10.1。团队利用宏基因组学技术构建微生物基因组序列及微生物功能性状集合，进一步结合生态学典型的“性状与环境”关系特征（图1），采用Fourth-Corner方法筛选出和pH显著关联的关键功能性状，揭示了湖泊微生物适应高盐碱性环境的多重策略，比如pH稳态调节、能量获取、渗透物积累和合成等多个代谢途径。

图1 基于“性状-环境”关系的微生物环境适应机制定量框架

    综合考虑微生物所包含关键性状的数量及其对环境适应贡献度大小，开发了一个量化微生物个体适应特定环境能力的指数iEA，发现该指数能够反映微生物环境偏好性（图1）。随后，利用区域和全球尺度湖泊数据集，验证了该参数与环境的一致性；进一步拓展到温度和盐度等典型环境梯度，证实了基于性状的环境适应参数的普适性（图2）。本方法建立了微生物功能性状与环境适应的定量关联，填补了性状-环境关系在微生物生态学中的应用空白，同时为预测微生物群落对气候变化（如盐碱化、变暖）的响应提供了新工具。未来可进一步拓展至极端环境微生物资源开发、生态系统健康评估等领域。

图2 利用多尺度数据集验证物种环境适应参数iEA的有效性和可拓展性

图3 文章封面图（非洲坦桑尼亚碱湖）

    相关成果，近期发表于生态学领域权威期刊Ecology，受邀为封面文章（图3），任明磊博士为第一作者。本研究由中国科学院南京地理与湖泊研究所联合坦桑尼亚渔业研究中心共同完成，获得了张路研究员、严雪研究员、Ismael Kimirei研究员等的鼎力支持，受国家自然科学基金、中国科学院中-非联合研究中心等项目联合资助。

    论文链接：https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecy.70047