Belowground biodiversity supports multiple ecosystem functions and services that humans rely on. However, there is a dearth of studies exploring the determinants of the biodiversity-ecosystem function (BEF) relationships, particularly in intensely managed agricultural ecosystems. Here, we reported significant and positive relationships between soil biodiversity of multiple organism groups and multiple ecosystem functions in 228 agricultural fields, relating to crop yield, nutrient provisioning, element cycling, and pathogen control. The relationships were influenced by the types of organisms that soil phylotypes with larger sizes or at higher trophic levels, for example, invertebrates or protist predators, appeared to exhibit weaker or no BEF relationships when compared to those with smaller sizes or at lower trophic levels, for example, archaea, bacteria, fungi, and protist phototrophs. Particularly, we highlighted the role of soil network complexity, reflected by co-occurrence patterns among multitrophic-level organisms, in enhancing the link between soil biodiversity and ecosystem functions. Our results represent a significant advance in forecasting the impacts of belowground multitrophic organisms on ecosystem functions in agricultural systems, and suggest that soil multitrophic network complexity should be considered a key factor in enhancing ecosystem productivity and sustainability under land-use intensification.

IMPORTANCEUse of aspirin and other nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) is associated with lower risk of colorectal cancer.OBJECTIVE To identify common genetic markers that may confer differential benefit from aspirin or NSAID chemoprevention, we tested gene × environment interactions between regular use of aspirin and/or NSAIDs and single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in relation to risk of colorectal cancer. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTSCase-control study using data from 5 case-control and 5 cohort studies initiated between 1976 and 2003 across the United States, Canada, Australia, and Germany and including colorectal cancer cases (n=8634) and matched controls (n=8553) ascertained between 1976 and 2011.Participants were all of European descent.EXPOSURES Genome-wide SNP data and information on regular use of aspirin and/or NSAIDs and other risk factors. MAIN OUTCOMES AND MEASURES Colorectal cancer.RESULTS Regular use of aspirin and/or NSAIDs was associated with lower risk of colorectal cancer (prevalence, 28% vs 38%; odds ratio [OR], 0.69 [95% CI, 0.64-0.74];P = 6.2 × 10 -28 ) compared with nonregular use.In the conventional logistic regression analysis, the SNP rs2965667 at chromosome 12p12.3near the MGST1 gene showed a genome-wide significant interaction with aspirin and/or NSAID use (P = 4.6 × 10 -9 for interaction).Aspirin and/or NSAID use was associated with a lower risk of colorectal cancer among individuals with rs2965667-TT genotype (prevalence, 28% vs 38%; OR, 0.66 [95% CI, 0.61-0.70];P = 7.7 × 10 -33 ) but with a higher risk among those with rare (4%) TA or AA genotypes (prevalence, 35% vs 29%; OR, 1.89 [95% CI, 1.27-2.81];P = .002).In case-only interaction analysis, the SNP rs16973225 at chromosome 15q25.2near the IL16 gene showed a genome-wide significant interaction with use of aspirin and/or NSAIDs (P = 8.2 × 10 -9 for interaction).Regular use was associated with a lower risk of colorectal cancer among individuals with rs16973225-AA genotype (prevalence, 28% vs 38%; OR, 0.66 [95% CI, 0.62-0.71];P = 1.9 × 10 -30 ) but was not associated with risk of colorectal cancer among those with less common (9%) AC or CC genotypes (prevalence, 36% vs 39%; OR, 0.97 [95% CI, 0.78-1.20];P = .76). CONCLUSIONS AND RELEVANCEIn this genome-wide investigation of gene × environment interactions, use of aspirin and/or NSAIDs was associated with lower risk of colorectal cancer, and this association differed according to genetic variation at 2 SNPs at chromosomes 12 and 15.Validation of these findings in additional populations may facilitate targeted colorectal cancer prevention strategies.

Revealing the ecological roles of the core microbiota in community maintaining and soil nutrient cycling is crucial for understanding ecosystem function, yet there is a dearth of continental-scale studies on this fundamental topic in microbial ecology. Here, we collected 251 soil samples from adjacent pairs of maize and rice fields at a continental scale in eastern China. We revealed the major ecological roles of the core microbiota in maintaining complex connections between bacterial taxa and their associations with belowground multinutrient cycling. By identifying the habitat preferences of the core microbiota, we built a continental atlas for mapping the spatial distributions of bacteria in agro-soils, which helps forecast the responses of agricultural ecosystems to anthropogenic disturbance. The multinutrient cycling index for maize and rice soils was related to bacterial α-diversity and β-diversity, respectively. Rice soils exhibited higher bacterial diversity and closer bacterial cooccurrence relationships than maize soils. In contrast to the macro- or microecological latitudinal richness patterns in natural terrestrial ecosystems, the bacteria in maize soils showed higher richness at high latitudes; however, this trend was not observed in rice soils. This study provides a new perspective on the distinct bacterial biogeographic patterns to predict the ecological roles of the core microbiota in agro-soils and thus helps manage soil bacterial communities for better provisioning of key ecosystem services. IMPORTANCE Disentangling the roles of the core microbiota in community maintaining and soil nutrient cycling is an important yet poorly understood topic in microbial ecology. This study presents an exploratory effort to gain predictive understanding of the spatial atlas and ecological roles of the core microbiota. A systematic, continental-scale survey was conducted using agro-soils in adjacent pairs of maize (dryland) and rice (wetland) fields across eastern China. The results indicate that the core microbiota play major ecological roles in maintaining complex connections between bacterial taxa and are associated with belowground multinutrient cycling. A continental atlas was built for mapping the bacterial spatial distributions in agro-soils through identifying their habitat preferences. This study represents a significant advance in forecasting the responses of agricultural ecosystems to anthropogenic disturbance and thus helps manage soil bacterial communities for better provisioning of key ecosystem services-the ultimate goal of microbial ecology.

Abstract Soils in forested ecosystems are extremely heterogeneous and represent a critical component of terrestrial ecosystems. Despite their substantial ecological value, the geographic characteristics, ecological processes, and coexistence of microbial communities in forest soils remain poorly understood. Here, we investigated the biodiversity dynamics, environmental influences, community assembly, and co‐occurrence patterns of bacterial and fungal communities in surface and subsurface soils across 47 Chinese forest sites. The biogeographic characteristics determined using high‐throughput sequencing data sets revealed evident spatial patterns of bacterial and fungal α and β diversity, assembly processes, and co‐occurrence relationship, with greater variation in the bacterial than in fungal communities. Both fungal and bacterial communities showed significant spatial separations regulated by community assembly processes, co‐occurrence patterns, and soil variables. The microbial dissimilarity was lower in high latitudes than in low latitudes, which was consistent with the lower deterministic processes and relatively higher co‐occurrence associations in high latitudes than in low latitudes. Additionally, there were significant associations of soil dissolved organic matter (DOM) characteristics (e.g., its content, aromaticity, and molecular weight) with biodiversity dissimilarities, microbial assembly process balances, and microbial co‐occurrence relationships in bacterial and fungal communities; they clearly indicate the key role of DOM in regulating microbial biogeographic patterns in forest soil ecosystems. Collectively, our study enhances the understanding of biogeographic patterns and coexistence theories in forest soil microbial ecosystems.

Cover cropping is a sustainable agricultural practice that profoundly influences soil microbial communities and ecosystem functions. However, the responses of soil ecosystem functions and microbial communities to cover cropping under the projected changes in precipitation, remain largely unexplored. To address this gap, a field experiment with cover cropping (control, hairy vetch, ryegrass, and hairy vetch plus ryegrass) and precipitation reduction (ambient precipitation and 50 % reduction in ambient precipitation) treatments was conducted from 2018 to 2020 in an agroecosystem located in the Guanzhong Plain of China. Soil ecosystem functions related to nutrient storage, nutrient cycling, and organic matter decomposition were measured to assess the soil multifunctionality index and bacterial and fungal communities were determined by Illumina NovaSeq sequencing. The results indicated that cover cropping enhanced soil multifunctionality index, and reduced precipitation strengthened this effect. Microbial community composition, rather than microbial diversity, was significantly altered by cover cropping regardless of precipitation reduction. Cover cropping increased the microbial network complexity and stability, but this effect was dampened by reduced precipitation. The microbial community composition and network complexity significantly and positively correlated with soil multifunctionality index under ambient and reduced precipitation conditions. Linear regression analyses and structural equation models collectively demonstrated that the increase in soil multifunctionality index was attributed to cover cropping-induced changes in microbial community composition and network complexity, irrespective of precipitation reduction. This study highlights the crucial role of microbial communities in driving the response of soil multifunctionality to cover cropping in the context of reduced precipitation, which has important implications for agricultural management and sustainability under future climate change scenarios.

Abstract In the soils of vanadium (V) smelters, a diverse array of microorganisms relies on metabolic activities for survival amid stress. However, the characteristics and functions of soil microbiomes in V mining environments remain unexplored on a continental scale. This study thoroughly investigates the microbial diversity, community assembly, and functional potential of soil microbiome across 90 V smelters in China. Alpha diversity decreases significantly along the V gradient, with V emerging as the primary factor influencing community structure, followed by other environmental, climatic, and geographic factors. The null model reveals that V induces homogeneous selection, shaping co‐occurrence patterns and leading to increased number of positive associations, particularly with keystone genera such as f_Gemmatimonadaceae , Nocardioides , Micromonospora , and Rubrobacter under higher V concentrations (>559.6 mg/kg). Moreover, a metagenomic analysis yields 67 metagenome‐assembled genomes, unraveling the potential metabolic pathways of keystone taxa and their likely involvement in the V(V) reduction process. Nitrate and nitrite reductase ( nirK , narG ), and mtrABC are found to be taxonomically affiliated with Micromonospora . sp, FEN‐1250 . sp, Nocardioides . sp, etc. Additionally, the reverse citric acid cycle (rTCA) likely serves as the primary carbon fixation pathway, synthesizing alternative energy for putative V reducers, highlighting a potentially synergistic relationship between autotrophic and heterotrophic processes that supports microbial survival. Our findings comprehensively uncover the driving forces behind soil community variation under V stress, revealing robust strategies possibly employed by indigenous microorganisms to mitigate the impact of V. These insights hold potential for applications in bioremediation.

Intercropping can increase soil nutrient availability and provide greater crop yields for intensive agroecosystems. Despite its multiple benefits, how intercropping influences rhizosphere microbiome assemblages, functionality, and complex soil nitrogen cycling is not fully understood. Here, a three-year field experiment was carried out on different cropping system with five fertilization treatments at the main soybean production regions. We found that soybean yields in intercropped systems were on average 17 % greater than in monocropping system, regardless of fertilization treatments. We also found that intercropping systems significant increased network modularity (by 46 %) and functional diversity (by 11 %) than monocropping systems. Metagenomics analyses further indicated intercropping promotes microbiome functional adaptation, particularly enriching core functions related to nitrogen metabolism. Cropping patterns had a stronger influence on the functional genes associated with soil nitrogen cycling (R