水圈微生物重大研究計(jì)劃：聚焦水圈微生物組研究的核心科學(xué)問題*

黃 力 馮雪蓮 杜全生 東秀珠 劉雙江 溫明章 戴 欣

1 中國科學(xué)院微生物研究所 北京 100101

2 國家自然科學(xué)基金委員會(huì) 北京 100085

水圈微生物重大研究計(jì)劃：聚焦水圈微生物組研究的核心科學(xué)問題*

黃 力1**馮雪蓮2杜全生2東秀珠1劉雙江1溫明章2戴 欣1

1 中國科學(xué)院微生物研究所 北京 100101

2 國家自然科學(xué)基金委員會(huì) 北京 100085

水圈包括海洋、湖沼、河流、冰川、地下水等，水圈中居住著地球上一半以上的微生物，包括細(xì)菌、古菌、真菌、藻類、病毒等，蘊(yùn)含著地球上最大的微生物組。已有的研究表明，水圈微生物在重要元素生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)作用。但是，人們對(duì)水圈微生物組的核心科學(xué)問題，即微生物如何發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用至今了解不多。最近，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)“水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計(jì)劃（簡稱“水圈微生物計(jì)劃”）正式立項(xiàng)。該計(jì)劃擬選擇典型水圈環(huán)境，解析微生物群落構(gòu)建及與環(huán)境之間的相互作用、微生物物質(zhì)與能量代謝機(jī)制以及微生物代謝活動(dòng)的生態(tài)學(xué)意義與貢獻(xiàn)，從而揭示水圈微生物驅(qū)動(dòng)碳、氮、硫等元素生物地球化學(xué)循環(huán)的機(jī)制。文章簡述了該計(jì)劃提出的背景與依據(jù)，以及涉及的主要科學(xué)問題和研究設(shè)想。

國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃，水圈微生物，微生物組，元素循環(huán)

DOI10.16418/j.issn.1000-3045.2017.03.007

微生物是地球上最早出現(xiàn)的生命形式。在地球現(xiàn)有各類生命形式中，它們分布最廣泛，生物量最大，生物多樣性最豐富。生物地球化學(xué)研究表明，微生物在地球元素循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)作用，它們通過光合、化能自養(yǎng)、固氮等作用改變大氣成分，促進(jìn)巖石礦物風(fēng)化、土壤及礦藏形成，改變海洋、湖泊、濕地中碳、氮、硫等重要元素的形態(tài)和組成，與地球環(huán)境協(xié)同演化。因此，地球的宜居性與微生物驅(qū)動(dòng)的地球化學(xué)元素循環(huán)息息相關(guān)。

水是生命賴以生存、繁衍、演化的基本物質(zhì)，是地球系統(tǒng)物質(zhì)與能量遷移轉(zhuǎn)化的重要介質(zhì)。地球表面的四分之三被海洋、湖沼、河流及冰川等水體覆蓋，巖石圈中還有大量地下水，這些水與大氣層中的水分共同構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)而不規(guī)則的圈層，即水圈。據(jù)估計(jì)，人類每呼吸兩次，就有一次的氧氣來自于海洋；人類生命活動(dòng)及生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生的二氧化碳有一半被海洋吸收；大氣中重要的溫室作用氣體——甲烷的一半以上產(chǎn)生于濕地、沼澤和水稻田；海洋儲(chǔ)存著大量固態(tài)甲烷；海洋固定的氮占全球自然固氮總量的三分之二；空氣中 30% 的氧化亞氮來源于海洋。顯然，水圈在全球物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，地球的健康在很大程度上依賴于水圈生態(tài)系統(tǒng)。而維持水圈生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)轉(zhuǎn)、主導(dǎo)地球重要元素循環(huán)的，則是數(shù)量巨大、代謝方式多樣的微生物[1]（圖 1）。近十多年來，關(guān)于水圈微生物的研究和發(fā)現(xiàn)，極大地豐富了有關(guān)微生物在地球元素循環(huán)中關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)作用的知識(shí)，提升了我們對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知[2-9]。但是，由于在傳統(tǒng)微生物學(xué)研究中，只有獲得純培養(yǎng)的微生物，才能深入解析它們的生理代謝、遺傳特點(diǎn)和生態(tài)功能等，而在自然界，包括水圈中，約 99% 以上的微生物至今尚不能在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)[10]，因此，目前對(duì)于不同水圈生境中微生物的群落形成、代謝方式、環(huán)境互作及生態(tài)功能等的認(rèn)識(shí)仍遠(yuǎn)不完善，微生物在元素生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用機(jī)制在很大程度上依然是一個(gè)謎（圖 2）。

解開這個(gè)謎是水圈微生物組研究的重點(diǎn)關(guān)注和主要目標(biāo)，水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制是水圈微生物組研究的核心科學(xué)問題。聚焦這一科學(xué)問題，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在多次論證基礎(chǔ)上，于 2016 年10月正式啟動(dòng)“水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計(jì)劃（簡稱“水圈微生物計(jì)劃”）。該計(jì)劃擬選擇典型水圈自然生境，通過生命科學(xué)、地球科學(xué)、化學(xué)科學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科的交叉研究，采用包括水圈微生物組學(xué)的概念和方法，系統(tǒng)揭示水圈微生物驅(qū)動(dòng)元素生物地球化學(xué)循環(huán)的機(jī)制，完善生命與地球環(huán)境相互作用及協(xié)同演化的理論，為保護(hù)水圈生態(tài)服務(wù)功能、應(yīng)對(duì)全球氣候變化、保障地球生態(tài)安全等提供科學(xué)依據(jù)和解決方案，并為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。本文將簡述“水圈微生物計(jì)劃”提出的背景（國內(nèi)外現(xiàn)狀）、涉及的主要科學(xué)問題和研究設(shè)想。

圖1 海洋中形態(tài)多樣、數(shù)量巨大的微生物（色彩為人工添加）[1]

圖2 水圈微生物在元素生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，為了應(yīng)對(duì)資源、能源、環(huán)境方面的巨大挑戰(zhàn)，西方發(fā)達(dá)國家對(duì)水圈環(huán)境、特別是海洋空前關(guān)注[11]。美國于 2004 年發(fā)布“美國海洋行動(dòng)計(jì)劃”，“增加對(duì)海洋、海岸帶和大湖的科學(xué)理解”和“加強(qiáng)海洋、海岸帶和大湖資源的利用和保護(hù)”是該計(jì)劃六大主題中的二個(gè)；2007 年，又出臺(tái)了“美國未來十年海洋科學(xué)發(fā)展路線”，將海洋生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)、氣候變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響等作為優(yōu)先研究領(lǐng)域。日本于 2008 年頒布了“海洋基本計(jì)劃草案”，提出推進(jìn)海洋調(diào)查，加強(qiáng)海洋科技研發(fā)，促進(jìn)海洋資源的開發(fā)利用，保護(hù)海洋環(huán)境等措施。2010 年，歐洲海洋大會(huì)通過了“奧斯坦德宣言”，明確海洋科技在應(yīng)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境危機(jī)方面具有不可或缺的作用；英國則發(fā)布了“2025 海洋研究計(jì)劃”，其中包含了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能，海洋生物地球化學(xué)循環(huán)等主題。在這些海洋戰(zhàn)略和計(jì)劃中，生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的研究占據(jù)了前所未有的顯著位置。與此同時(shí)，國際上啟動(dòng)了一系列重大海洋研究計(jì)劃。其中，國際地圈-生物圈計(jì)劃（International Geosphere-Biosphere Program，IGBP）與國際海洋研究委員會(huì)（Scientific Committee on Oceanic Research，SCOR）于 2003 年聯(lián)合啟動(dòng)的“海洋生物地球化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)綜合研究計(jì)劃（Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research，IMBER）”旨在調(diào)查海洋生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的敏感性。由美國、日本發(fā)起的綜合大洋鉆探十年計(jì)劃（Integrated Ocean Drilling Program，IODP）的三大科學(xué)主題之一是“深部生物圈和洋底下的海洋”。可見，海洋生態(tài)系統(tǒng)以及海洋（微）生物資源已成為國際近中期的研究重點(diǎn)。近十幾年，美國和歐盟還開展了多次全球大洋考察，調(diào)查海洋微生物多樣性。2004 年，美國人Venter 等[12]在馬尾藻海的考察中發(fā)現(xiàn)的微生物新基因（未知功能基因）的數(shù)目超過了當(dāng)時(shí)公共數(shù)據(jù)庫中基因數(shù)的總和；2009—2012年，歐盟展開 Tara 大洋考察，發(fā)現(xiàn)了 35 000 個(gè)微生物物種和超過 4 000 萬個(gè)微生物基因以及大量的海洋病毒[13-17]。隨著美國政府正式宣布啟動(dòng)國家微生物組計(jì)劃（National Microbiome Initiative，NMI），美國乃至全球在包括水圈環(huán)境在內(nèi)的各種生態(tài)系統(tǒng)中微生物的研究將進(jìn)入全新的發(fā)展階段。

我國陸地水圈微生物的研究有較長久的歷史。自20 世紀(jì) 50 年代以來，先后開展了湖泊、熱泉、濕地微生物的研究。從 2000 年開始，我國啟動(dòng)了應(yīng)用導(dǎo)向的深海微生物及其基因資源的研究。隨著我國綜合國力的提升以及國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，我國對(duì)海洋權(quán)益日益重視，將海洋發(fā)展戰(zhàn)略提到了從未有過的高度。黨的十八大報(bào)告明確提出，“提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國”；《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》也將空天和海洋技術(shù)列為中國中長期科技發(fā)展的五個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn)任務(wù)之一，把海洋技術(shù)列為八個(gè)重點(diǎn)前沿技術(shù)領(lǐng)域之一，海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)、海洋資源高效開發(fā)利用成為優(yōu)先主題，海洋科學(xué)成為基礎(chǔ)研究中的重要內(nèi)容；《國家“十二五”海洋科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》也提出，“以拓展海洋調(diào)查研究的深度和廣度為重點(diǎn)，明顯提高對(duì)海洋的科學(xué)認(rèn)知水平”?？萍疾?、國家自然科學(xué)基金委、中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)等都先后啟動(dòng)了涉海涉水重大研究計(jì)劃。在建設(shè)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，我國涉海研究機(jī)構(gòu)數(shù)目近期出現(xiàn)井噴式增長，海洋調(diào)查船、潛器、船載設(shè)備、岸基研究平臺(tái)等發(fā)展迅速（圖 3）。我國已經(jīng)擁有一批從事海洋、河湖等水圈研究的研究機(jī)構(gòu)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，形成了一支具有國際競爭力的研究隊(duì)伍，獲得了一大批具有國際影響力的研究成果[18-28]。

圖3 我國海洋科考平臺(tái)日益完備A “大洋一號(hào)”科考船；B “蛟龍?zhí)枴陛d人潛器

2 前沿科學(xué)問題

“水圈微生物計(jì)劃”擬解決的核心科學(xué)問題是，在典型水圈環(huán)境中，微生物如何驅(qū)動(dòng)元素循環(huán)？該核心科學(xué)問題包括以下三個(gè)層次的內(nèi)容。

2.1 水圈微生物參與碳、氮、硫等元素生物地球化學(xué)循環(huán)的宏觀機(jī)制與生態(tài)效應(yīng)

該科學(xué)問題涉及水圈微生物在地球重要元素循環(huán)中的代謝活力與通量貢獻(xiàn)。擬通過關(guān)聯(lián)研究和系統(tǒng)研究，在基因、物種、種群、群落等不同層次，解析微生物對(duì)地球重要元素循環(huán)的作用，完善生態(tài)學(xué)理論模型。

2.2 參與碳、氮、硫等元素循環(huán)的水圈微生物群落形成及其與環(huán)境互作的機(jī)理

該科學(xué)問題涉及特定水圈生境中驅(qū)動(dòng)重要元素循環(huán)的功能微生物及其群落結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注環(huán)境因子及其變化對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響以及微生物活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。擬聚焦重要儲(chǔ)碳微生物類群、濕地參與溫室氣體代謝的微生物類群（如產(chǎn)甲烷及厭氧氧化甲烷的古菌、土壤氨氧化古菌）、形成海洋惰性溶解有機(jī)碳的微生物類群等，分析微生物的時(shí)空分布特征、多樣性維持機(jī)制、種間互作、與病毒互作、代謝耦合、時(shí)空相應(yīng)等。

2.3 水圈微生物物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換和代謝的新途徑及新調(diào)控機(jī)制

該科學(xué)問題涉及微生物（包括未培養(yǎng)微生物）在特定水圈生境中的物質(zhì)與能量代謝途徑。擬探討非光能依賴的海洋古菌/細(xì)菌的碳固定途徑、不依賴光合作用生命體系的能量獲取及儲(chǔ)存機(jī)制等。

3 “水圈微生物計(jì)劃”設(shè)想

基于對(duì)學(xué)科發(fā)展態(tài)勢和我國研究基礎(chǔ)的深入分析，“水圈微生物計(jì)劃”將聚焦典型生境重要元素循環(huán)的微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制這一核心科學(xué)問題，選擇4類典型水圈生境（大洋，近海與河口，河流、湖泊和濕地等流域，以及陸地特殊水生生境），探討3種重要元素（碳、氮和硫）的生物地球化學(xué)循環(huán)，以期在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)（2024年），使我國在水圈微生物研究領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在部分方向發(fā)揮引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)我國在地微生物學(xué)這一新興交叉學(xué)科的跨越發(fā)展。項(xiàng)目擬在以下四個(gè)方向展開科學(xué)研究。

3.1 大洋重要微生物功能類群及其驅(qū)動(dòng)碳、氮、硫等元素循環(huán)的機(jī)制

遠(yuǎn)離大陸架的廣闊海域被稱為大洋，大洋是海洋的主體，約占地球表面積的50%，在地球物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。大洋深部多為低溫、高壓、終年黑暗環(huán)境，還存在熱液口、冷泉等多種特殊環(huán)境，蘊(yùn)含大量未知微生物（群）。該方向?qū)⒅攸c(diǎn)關(guān)注大洋水體及海底極端環(huán)境中關(guān)鍵功能微生物的群落形成及其與環(huán)境互作的機(jī)制，與碳、氮、硫等元素循環(huán)相關(guān)的代謝途徑及其調(diào)控，關(guān)鍵功能微生物的時(shí)空分布及對(duì)元素循環(huán)的驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)機(jī)制等。

3.2 近海與河口微生物驅(qū)動(dòng)碳、氮、硫等元素循環(huán)的機(jī)制

近海與河口是物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量流動(dòng)最活躍的水圈環(huán)境之一，也是微生物與礦物交互作用形式最為多樣的水圈環(huán)境。該方向?qū)㈥P(guān)注近海與河口生境微生物群落形成及其與環(huán)境的互作，驅(qū)動(dòng)碳氮硫等元素循環(huán)的機(jī)制特別是對(duì)碳源或碳匯的調(diào)節(jié)機(jī)制，透光層微生物能量代謝與碳氮硫等元素循環(huán)的新途徑等。

3.3 微生物在流域水體（河流、湖泊、濕地等）碳、氮、硫等元素循環(huán)中的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及生態(tài)效應(yīng)

河流、湖泊和濕地具有高度的環(huán)境異質(zhì)性和微生物群落多樣性，是碳、氮、硫等元素轉(zhuǎn)化的主要場所，固定的有機(jī)碳相當(dāng)于海洋固碳總量的近40%。該方向?qū)㈥P(guān)注典型河流、湖泊和濕地等生境微生物群落形成及其與環(huán)境的互作，驅(qū)動(dòng)碳、氮、硫等元素轉(zhuǎn)化與循環(huán)的代謝機(jī)制和生態(tài)效應(yīng)。

3.4 陸地特殊水生生境微生物碳、氮、硫等元素代謝的特點(diǎn)及環(huán)境適應(yīng)機(jī)制

熱泉、鹽湖、冰川、礦山酸性排水、巖溶地下水等均為陸地特殊生境，這些生境中的微生物具有獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)和生長代謝機(jī)制，蘊(yùn)含著探索微生物代謝多樣性發(fā)生和演化的線索。該方向?qū)㈥P(guān)注陸地特殊水生生境中微生物群落形成及其與環(huán)境的互作，關(guān)鍵功能微生物（群）的特殊能量代謝途徑以及驅(qū)動(dòng)有機(jī)物合成與碳氮硫等元素循環(huán)的分子機(jī)制。

“水圈微生物計(jì)劃”的成功實(shí)施依賴于生命科學(xué)與地球科學(xué)等學(xué)科的深度交叉融合，也依賴于新技術(shù)方法的發(fā)展和運(yùn)用。該計(jì)劃鼓勵(lì)科學(xué)家開展實(shí)質(zhì)性、高水平跨學(xué)科合作，凝練重大科學(xué)問題，匯聚不同學(xué)科思路和方法，爭取獲得引領(lǐng)性突破。另外，該計(jì)劃還將大力推動(dòng)發(fā)展和運(yùn)用水圈環(huán)境監(jiān)測、樣品采集、微生物分離培養(yǎng)以及免培養(yǎng)分析方面的新手段和新方法，在群落、物種、代謝途徑、基因水平上，全面闡釋微生物在地球重要元素循環(huán)中的重要作用。

4 結(jié)語

近 20 年來，隨著基因組學(xué)、生物信息學(xué)、分子生態(tài)學(xué)、地微生物學(xué)、生物地球化學(xué)、生物海洋學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步和全新采樣手段、單細(xì)胞技術(shù)、原位檢測技術(shù)、模擬培養(yǎng)技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，人們終于可以將研究觸角伸向深海、極端水圈環(huán)境等地球上最為神秘的微生物家園，探尋微生物驅(qū)動(dòng)元素生物地球化學(xué)循環(huán)的奧秘。水圈微生物重大研究計(jì)劃的立項(xiàng)實(shí)施，標(biāo)志著我國在這一意義重大的熱點(diǎn)領(lǐng)域已經(jīng)集聚了充足的信心，做好了跨越發(fā)展的充分準(zhǔn)備。目前在全球范圍內(nèi)不斷升溫的微生物組研究也將為“水圈微生物計(jì)劃”的實(shí)施提供幫助和借鑒?？梢灶A(yù)見，在水圈微生物計(jì)劃的推動(dòng)下，我國將在國際水圈微生物研究中占據(jù)舉足輕重的位置，為維護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)安全、實(shí)現(xiàn)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

致謝：趙國屏、趙進(jìn)東、焦念志、劉叢強(qiáng)、邵峰、董海良、吳慶龍、吳曉磊、陸現(xiàn)彩、肖湘、魯安懷、陸雅海、周懷陽、徐健、肖亞中、向華、黃英、荀魯盈等諸位同仁在“水圈微生物計(jì)劃”的立項(xiàng)和實(shí)施準(zhǔn)備工作中做出了寶貴貢獻(xiàn)，在此一并致謝。

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黃 力 中科院微生物所研究員。1988年獲加拿大Guelph大學(xué)博士學(xué)位；1988—1993年在美國Johns Hopkins大學(xué)從事博士后研究；1993—1996年在美國加州Pomona學(xué)院任生物系助理教授；1996年至今，在中國科學(xué)院微生物研究所工作。先后擔(dān)任微生物資源前期開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任（1996—2001年）、主任（2001—2008年），中科院微生物所常務(wù)副所長（2008—2010年）、所長（2010—2013年）。1999年獲國家杰出青年基金，2006年作為學(xué)術(shù)帶頭人承擔(dān)基金委創(chuàng)新群體科學(xué)基金項(xiàng)目。目前擔(dān)任中國微生物學(xué)會(huì)副理事長，國家杰出青年科學(xué)基金評(píng)審委員會(huì)委員，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部專家咨詢委員會(huì)委員。任極端微生物專業(yè)刊物 Extremophiles 執(zhí)行編輯（Managing Editor）、《微生物學(xué)報(bào)》副主編、SCIENCE CHINA Life Sciences、Archaea和《中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)》編委。主要從事極端環(huán)境古菌遺傳機(jī)制及環(huán)境適應(yīng)機(jī)理研究，同時(shí)開展了熱泉、大洋等環(huán)境微生物元基因組學(xué)研究。

E-mail: huangl@sun.im.ac.cn

Huang Li Received his Ph.D. from the University of Guelph, Canada, in 1988. From 1988 to 1993, he worked as a postdoctoral fellow at the Johns Hopkins University, USA. From 1993 to 1996, he was assistant professor at Pomona College, USA. Since 1996, he has been on faculty at Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences (CAS). He was promoted to the rank of full professorship in 1998. From 1996 to 2008, he was first deputy director and then director of the State Key Laboratory of Microbial Resources. From 2008 to 2013, he served first as executive deputy director-general and later as director-general of the Institute of Microbiology, CAS. He was awarded the China National Fund for Distinguished Young Scientists in 1999, and was leading a research group supported by the Funds for Creative Research Groups of China from 2007 to 2012. He currently serves as vice president of Chinese Society for Microbiology, member of the advisory committee of the Division of Life Sciences of the National Natural Science Foundation of China (NSFC) and member of the review committee of the China National Fund for Distinguished Young Scientists. He also serves as managing editor of Extremophiles, associated editor of Acta Microbiologica Sinica, board member of SCIENCE CHINA Life Sciences, Archaea and Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology. His research interests include genetic mechanisms in Archaea and environmental adaptation of Archaea as well as microbial resources in oceans and hot springs. E-mail: huangl@sun.im.ac.cn

Focusing on Key Scientific Issues of Microbiome Research in Hydrosphere: NSFC Major Research Plan for Microbes in Hydrosphere

Huang Li1Feng Xuelian2Du Quansheng2Dong Xiuzhu1Liu ShuangJiang1Wen Mingzhang2Dai Xin1
（1 Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2 National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085, China）

The hydrosphere includes oceans, lakes, rivers, glaciers, wetlands, groundwater, etc. It is home to over half of the microorganisms, such as bacteria, archaea, fungi, algae, viruses, on the Earth, and therefore harbors the largest environmental microbiome. Studies show that microorganisms in hydrosphere are the key drive in biogeochemical cycling of important elements on the Earth. Nevertheless, it remains to be fully understood as to how microorganisms serve the drive role (a key scientific issue of research on microbiome in hydrosphere). Recently, National Natural Science Foundation of China (NSFC) launched a Major Research Initiative titled ‘Mechanisms Underlining Elemental Cycling on the Earth by Microorganisms in Hydrosphere’ or ‘Microbes in Hydrosphere’ in short. This Initiative calls for systematic investigationinto microbial community structures and their interaction with the environments, mechanisms of microbial transformation of substances and energy, and the ecological functions and contributions of microbial activities in representative habitats in hydrosphere. The ultimate goal of the Initiative is to offer a clear view on the mechanisms underlining carbon, nitrogen, and sulfur cycling on the Earth by microorganisms in hydrosphere. This article briefly reviews the background, major scientific questions, and implementation plan of the Initiative.

the National Natural Science Foundation of China (NSFC) Initiative, microbes in hydrosphere, microbiomes, elemental cycling

** 通訊作者

*修改稿收到日期：2017年1月23日