生物地球化学循环过程与机理
研究三极极端环境微生物物种和功能多样性，揭示其生态分布格局的形成与演化，拓展极端环境微生物学理论，明确微生物驱动三极极端环境生物地球化学循环的过程与机制。
生物地球化学循环对气候变化的响应
研究三极微生物介导的碳氮关键元素循环对气候环境变化的响应与反馈，定量化模拟三极极端环境碳氮水循环过程，评估未来气候变化对三极冰冻圈微生物和碳源汇功能的潜在影响。
生物安全与资源开发利用
开发获取三极极端环境微生物种质和基因资源，揭示三极极端环境微生物基因特征，促进特色资源利用；评估极端环境微生物潜在致病风险，为环境保护和生物安全等国家需求提供技术平台。