生物地球化學循環過程與機理
研究三極極端環境微生物物種和功能多樣性，揭示其生態分布格局的形成與演化，拓展極端環境微生物學理論，明確微生物驅動三極極端環境生物地球化學循環的過程與機制。
生物地球化學循環對氣候變化的響應
研究三極微生物介導的碳氮關鍵元素循環對氣候環境變化的響應與反饋，定量化模擬三極極端環境碳氮水循環過程，評估未來氣候變化對三極冰凍圈微生物和碳源匯功能的潛在影響。
生物安全與資源開發利用
開發獲取三極極端環境微生物種質和基因資源，揭示三極極端環境微生物基因特征，促進特色資源利用；評估極端環境微生物潛在致病風險，為環境保護和生物安全等國家需求提供技術平臺。