微生物关键基因(keystone gene)是高度连接的基因，它们单独或在一个组群中会对微生物组的结构和功能产生相当大的影响。测序技术和生物信息学发展扩大了对各种环境中微生物组的了解，并同时促进了对其中关键基因的理解。与微生物网络中的关键物种一样，不管其空间及时间丰度如何，关键基因是多样的、动态的并且对遗传网络至关重要。国内外学者针对环境胁迫、深海贫营养、极端气候下，关键基因对维持生态系统平衡及胁迫后微生物组功能恢复的作用，已有较多报道。已有研究表明，关键基因的组成及功能在生态系统恢复的不同阶段会发生巨大变化，同时，关键基因的组装也调节了生态系统的恢复潜力。因此，探究在有机氯农药污染体系下关键基因的特征和功能变化规律，对于理解污染胁迫下关键基因的调控作用及微生物组内相互作用具有重要指示意义。本研究以位于中国长三角典型有机氯农药污染场地作为研究对象，以胞外-胞内DNA间关键基因的转换作为出发点，结合宏基因组学和分子生物学技术，探明胞外-胞内DNA中指示的物种和基因间存在信息转化，转化随土壤有机氯农药浓度增加均显著上升，eDNA具有较强的缓存能力和储存基因信息的稳定性；结合共现网络和细胞培养，验证了关键基因发挥作用具有生态位专属性（niche specificity）；同时，对10个实际污染场地进行荧光定量分析，证实了关键基因在e-iDNA间转化的普遍性，突出了这种普遍的转化对污染胁迫和污染解除环境下微生物组的功能维持与恢复具有重要的缓冲作用。该研究结果深入了解了土壤微生物组恢复中关键基因的细胞间交换，并利用关键基因作为指示土壤内部恢复潜力的生物标志物。该研究结果可为有机氯农药污染土壤微生物修复技术的发展提供新的理论思路和科学依据。