围绕“分子与保护生物学”，针对“极端环境与适应”这一科学问题，重点开展“DNA损伤响应与修复机制”、“微生物与宿主免疫相互作用分子机制”、“微生物的极端环境适应机理”、“气候变化影响土壤有机质分解微生物机制”四方面的研究。

方向四中重要的研究内容：“DNA损伤响应重要蛋白维持基因组稳定性作用机制”、“细菌与宿主免疫相互作用分子机制”与方向二“细胞稳态与应激”的相关性强，可以开展技术合作。方向四中“微生物的环境适应机理”、“气候变化影响土壤有机质分解的微生物学机制”的内容与方向一“濒危生物与保护”可以互为补充，协作创新。