采樣地點：表層土壤樣品采集自10塊森林，覆蓋3425公里森林，覆蓋中國冷溫帶、暖溫帶、亞熱帶和熱帶地區(qū)

1. 土壤宏基因組的高分辨率變化和森林生物群落的啟動效應

與對照相比，提供的葡萄糖誘導了土壤呼吸的增加，在森林生物群落中發(fā)生了積極的啟動效應?？傮w而言，啟動效應在亞熱帶森林土壤中較高，在冷溫帶森林土壤中較低，啟動效應梯度很寬，范圍從0.39到8.76 mg Cg^-1?SOC。

此外，從30個調查的土壤宏基因組中獲得了大約2541440888個讀取序列，并且在每個樣本中鑒定了72304392到103656100個序列?？傮w而言，細菌、真菌和古細菌的相對豐度隨著森林生物群落的變化而顯著變化（p?< 0.01），其中細菌占更大的百分比（平均 > 96%）。

對于細菌群落，變形菌門 (34.16%)、酸桿菌門 (23.07%)、放線菌門 (14.26%)、疣微菌門 (5.72%)、浮生菌門 (3.20%) 和擬桿菌門 (1.85%) 的相對豐度也顯著變化。森林生物群落（p?<0?.01）比其他微生物門具有更大的相對豐度，變形菌和擬桿菌在冷溫帶森林土壤中的含量顯著增加，而在熱帶和亞熱帶土壤中的含量較低（p?< 0.01），而酸桿菌的豐度在北方森林中顯著降低。NMDS進一步說明了不同森林生物群落中微生物分類組成的顯著差異（ANOSIM，R²?=0?.86，p?<0 .001）。定量PCR分析還表明，真菌和細菌的豐度在森林生物群落中發(fā)生了很大變化。特別是，豐度F:B比率在溫帶較高，但在熱帶森林生物群系較低。

對涉及C分解的基因變化的宏基因組進行篩選，包括與單糖、多糖、二糖、半纖維素、氨基糖、纖維素、幾丁質、脂質和木質素加工系統相關的基因，結果表明：與不穩(wěn)定和穩(wěn)定C組分降解相關的功能基因的豐度因森林生物群落而異。在來自冷溫帶森林生物群落的土壤中觀察到參與穩(wěn)定C化合物（木質素、脂質和幾丁質）分解的三個基因的豐度顯著更高，在低/中緯度地區(qū)（亞熱帶森林土壤）的土壤中，參與不穩(wěn)定C（單糖和氨基糖）分解的基因豐度顯著增加。

2.?啟動效應變化的直接和間接驅動因素

PLS-PM分析用于建立啟動效應和潛在預測因子之間的關系（圖1），發(fā)現氣候和初始土壤基質（即 SOC、TN、C:N、不穩(wěn)定C、頑固C、烷基-C (A)、O-烷基-C (O)、A/O、芳香族C、羧基C 、羰基C、NH₄⁺?和NO₃^?) 是引發(fā)效應的主要驅動因素，并通過改變微生物特性來調節(jié)這種效應。微生物功能基因通過它們對微生物分類的直接影響和改變微生物C-EEA（Hy-EEAs和Oy-EEAs）來確定啟動效應。環(huán)境變量分析表明，即使在控制氣候、土壤環(huán)境（包括土壤性質和土壤基質）和微生物分類的情況下，微生物功能性狀也能解釋森林生物群落中土壤引發(fā)的大部分變異，土壤微生物性狀解釋的獨特變異是氣候的三倍，是微生物分類學的兩倍（圖 2）。

圖1 環(huán)境活力對累積啟動效應 (PE) 的影響 (a) PLS-PM有向圖 (b) VPA分析顯示氣候、土壤環(huán)境、微生物群落和C分解基因對累積啟動效應的相對貢獻

此外，回歸分析表明，參與這兩種單糖降解的功能基因（R =0 .2989，?p?= 0.0011) 和氨基糖 (R= 0.2270，p?= 0.0046) 與啟動效應呈正相關，而靶向木質素分解的基因 (R = 0.40225，?p?<0 .001) 和脂質 (R = 0.3613，?p?<0 .001) 與啟動效應呈負相關（圖2）。特別是，啟動效應與參與不穩(wěn)定C分解的功能基因的豐度呈正相關，如 bglX（淀粉和蔗糖代謝）、SORD（果糖和甘露糖代謝）和 lacI（L-鼠李糖代謝）。相比之下，啟動效應與參與更穩(wěn)定C分解的基因豐度呈負相關，例如 ACO（芳香族化合物降解）和 ligB（脂質）基因（圖3）。

圖2?累積啟動效應與 （a-c）不穩(wěn)定C降解功能基因豐度 （d-i）穩(wěn)定C降解功能基因豐度之間的關系

圖3 預測基因在整個森林生物群系中的啟動效應 (a) 所選關鍵基因的變化（由與啟動效應的顯著相關性表示：p?<0 .05），(b-d) 所選基因在森林生物群落中不穩(wěn)定C分解的分布 (e) 用于在森林生物群系中穩(wěn)定C分解的選定基因的分布

3. 基于宏基因組組裝的方法確定啟動效應

在質量評估之后，我們發(fā)現42個MAG 超過了完整性閾值，即完整性超過 70%，污染低于 10%（圖 4），在42個MAGs中，大量基因組包含上述與啟動效應相關的關鍵基因，如ACO、bglX、ligB和glk。

對于分類學，42個MAG在門水平上代表了變形菌門（七個）、酸桿菌門（六個）、放線菌門（一個）和疣微菌門（一個）中的多種細菌門。在變形菌門中，Alphaproteobacteria綱（四個）和Rhizobiales目（兩個）是最豐富的。在酸桿菌中，Solibacteres綱（四個）和?Candidatus Solibacter usitatus?種（四個）代表更多。此外，基于系統發(fā)育關系，來自16S rRNA 系統型的五個未分類bin與相似的分類bin聚類。

圖4 分析42個高質量的宏基因組組裝基因組 ?左圖 使用PhyloPhlAn構建的最大似然系統發(fā)育樹 中圖 確定的引發(fā)效應的關鍵基因的數量 右圖 每個森林生物群落中42個基因組的相對豐度的變化