ISME Communications | 长期增温增加草地土壤微生物有机氮循环基因的表达

土壤有机质(SOM)是全球最大的有机碳(C)和氮(N)库，其周转对全球元素循环和气候系统起着至关重要的作用。全球气温的上升预计将加速SOM分解的速度，因为微生物活性和负责高分子量有机物胞外分解的酶的表达增加，可能导致二氧化碳等温室气体大量排放到大气中，并对气候变化产生正反馈。虽然碳动力学的过程及其对气候变化的影响已经得到了广泛的研究，但土壤N的储存和有机N的命运却很少受到关注，尽管它们与有机C有内在联系，且共同依赖于温度。全球变暖使土壤温度升高，促进土壤微生物群落更快地生长和更新。由于微生物细胞壁含有较高比例的有机氮，微生物较高的周转率也应反映在土壤中有机氮循环加快。

作者从两个冰岛草原站点收集土壤样品，这些站点分别经受了来自ForHot自然土壤增温试验点的长期(>50年)和中期(8年)地热增温。

利用元转录组学和宏基因组学方法证明，在中期和长期增温土壤中，参与高分子量有机氮胞外解聚的基因编码的相对转录水平高于环境土壤。这主要是由于微生物细胞壁和蛋白质降解过程中编码酶的转录本水平增加所致。此外，在长期增温的土壤中，甲壳素、核酸和肽聚糖降解酶的转录水平更高。本研究的研究表明，持续的土壤变暖导致了参与富N聚合物降解的基因和酶转录水平的提高，尤其是在微生物残体中发现的那些。这表明，与环境条件相比，在变暖条件下当不稳定的C和N底物变得有限时，微生物残体的回收是支持微生物群落持续高生长和高周转率的关键过程。考虑到(亚)北极生态系统特别容易受到气候变化的影响，我们的研究结果提供了导致生态系统尺度对土壤变暖响应的微观机制。

图1 增温对土壤理化性质和有机氮降解相关基因转录的影响

图2 参与有机氮降解的基因相对转录水平的差异

图3 草原对变暖的特定转录反应

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