抗微生物药物耐药性（AMR）是全球公共卫生面临的重要挑战。土壤是环境中抗生素抗性基因（ARGs）的重要储存库。随着气候变暖，干旱、洪涝和热浪等极端气候事件日益频繁。然而，这些短期剧烈扰动对土壤ARGs的影响尚不明确。

为探讨极端气候事件对土壤抗性组的影响，东北地理所环境生态学科组于泳团队联合德国柏林自由大学Matthias Rillig教授、荷兰阿姆斯特丹大学Franciska T. de Vries教授等国内外科研人员，基于跨国受控实验的宏基因组数据开展研究。研究人员比较了极端气候事件扰动结束时与恢复4周后的抗生素抗性基因、可移动遗传元件、毒力因子基因和微生物功能基因的变化，结合结构方程模型和采用空间交叉验证的随机森林模型，解析土壤抗性组对不同极端事件的响应规律及其与环境因素的关系，并评估这些响应的可预测性。

图1. 土壤中ARGs、可移动遗传元件（MGEs）和毒力因子（VFGs）的组成模式及其对模拟极端气候的响应。

研究发现，土壤抗性组具有显著的空间异质性，尽管响应幅度受到当地气候和土壤背景的明显调节，同一类极端事件仍在不同站点表现出一定的一致性。

图2. 极端气候事件对ARGs的影响

进一步研究发现，干旱、洪涝和冻融引起的总体变化较弱，与其他处理相比，热浪引起了最明显、方向较为一致的ARGs变化，总体表现为ARGs丰度下降。

图3 根据气候背景和土壤性质预测ARGs对极端气候事件的响应模型

功能基因分析显示，热浪处理下，与细胞壁和细胞膜构建、胞外结构及信号转导有关的功能增强，而氨基酸和碳水化合物转运与代谢功能下降。结合ARGs丰度及ARGs–MGEs关联减弱的结果，研究提出“代谢—遗传权衡”的解释框架：急性热胁迫可能促使微生物优先维持细胞结构和胁迫响应，从而不利于部分附属抗性性状的维持与潜在传播。进一步分析表明，抗性组的即时响应主要与土壤pH、平均和最高温度以及碳氮状态相关；恢复阶段的差异则与土壤含水量、持水能力及当地温度和降水的季节变异有关。本研究中，随机森林模型可根据气候背景和土壤性质，较好地预测极端气候事件后土壤抗性基因组成的变化幅度。

该研究从跨区域尺度揭示了极端气候事件影响土壤抗性组的差异化规律，改变了“气候变化促进ARGs增加”的简单认识，表明短期极端事件可能引起增益、中性或抑制性响应，其结果取决于事件类型和环境背景。为预测不同气候背景下土壤抗性组的变化提供了科学依据。

研究成果近期以“Extreme climatic events drive consistent and predictable shifts in soil antibiotic resistance genes”为题发表于国际顶级期刊Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)。论文第一作者为东北地理所徐光辉博士，通讯作者为东北地理所于泳研究员和荷兰阿姆斯特丹大学Franciska T. de Vries教授。中国科学院东北地理与农业生态研究所为本论文第一单位和通讯单位。

研究得到国家自然科学基金（U23A6001、42377282、42307045）等项目的资助及合作方支持。

文章链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2612278123