能源部用户设施合作伙伴提高科学影响力

两个能源部用户设施，即环境分子科学实验室(EMSL)和 联合基因组研究所(JGI)，已经根据“用户科学合作设施”(FICUS)倡议联合召集了2018年的研究提案。这是EMSL与DOE JGI之间的第五次FICUS呼叫，因为生物与环境研究办公室(BER)于2014年成立了协作科学计划，以利用美国能源部管理的两个国家用户设施的综合专业知识和资源。科学办公室支持能源部的能源，环境和基础研究任务。

“我们在实现FICUS目标方面取得了相当大的进展，使科学家能够以任何用户设施单独进行的项目无法进行基础科学实验，”DOE JGI用户计划副主席Susannah Tringe表示。“在高调的出版物中已经看到了这些合作努力的成果，这是令人欣慰的。”

通过EMSL-JGI FICUS调用，用户可以将EMSL独特的成像，组学和计算资源与DOE JGI的尖端基因组学，DNA合成和互补功能相结合。由于这些设施具有广泛的表征和分析能力，因此研究人员不应成为所有科学仪器的专家用户。相反，来自两个用户设施的科学人员与研究人员一起评估他们的需求并帮助他们进行方法学，实验和可视化。

“FICUS计划在许多层面都取得了如此成功，”EMSL陆地和地下生态系统科学负责人Nancy Hess表示，“从研究人员的科学成就中利用我们的能力到我们两个设施之间更大程度的战略整合越来越多的科学界利用这个机会。“

接受的提案是：

亚利桑那大学的Scott Saleska正在研究改变永久冻土融化梯度中微生物叶凋落物分解的生物地球化学意义。Saleska团队打算研究新鲜植物垫料沉积如何影响多年冻土融化三个阶段的微生物活动以及这些变化对温室气体排放的总体影响。他们寻求增加对物种特异性相互作用对生物地球化学循环和控制北极温室气体排放的复杂因素的重要性的理解。

普林斯顿大学的Tullis Onstott和合作PI Maggie Lau试图记录南非活动断层带的微生物生态系统，并确定这些微生物群落如何响应地震活动期间释放的氢气脉冲。他们预计，当地天然气成分的变化将引发细菌活动，从而迅速产生甲烷和其他还原化合物。对深部地下互生聚生体的分析可以为生态学家提供地下营养关联的第一个图像，并确定电子转移的机制，以更好地了解环境中甲烷的转化。

加利福尼亚理工学院的Victoria Orphan将描述未培养的互变关联的生态生理学 - 一种物种生活在另一物种的产物之外 - 这种现象正在利用各种古生物的多元模式和多模态分析成像驱动厌氧甲烷氧化 - 细菌联盟。该项目将大大提高对甲烷厌氧氧化所涉及的各种互变协会的认识，这一过程在厌氧沉积物中消耗约80%的甲烷，防止其释放到水柱中，最终释放到大气中。

加利福尼亚大学伯克利分校的Krishna Niyogi和加利福尼亚大学洛杉矶分校的联合PI Sabeeha商人将对新兴模式Chromochloris zofingiensis的营养转变(营养来源的转变，例如从无机到有机)进行综合系统分析绿藻是生物燃料产品三酰基甘油(TAG)首选脂质前体的最高生产商之一，使其成为有前景的生物燃料原料。使用转录组学，蛋白质组学和代谢组学分析，以及基于荧光，电子和质谱的成像，这项工作将获得对基因组信息如何转化为功能性能力的新理解，从而能够改变这种绿藻中的基因，从而实现可持续的生物燃料生产。

康考迪亚大学的David Walsh和特伦特大学的联合PI Celine Gueguen正在领导一项研究，以获得快速变化的北冰洋中微生物对陆地有机物转化的分子水平的理解。目标是提供影响生物地球化学过程和多年冻土融化对北极海洋生态系统影响的途径和机制的基础知识。

约翰霍普金斯大学的Michael Betenbaugh 和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的Co-PI Karsten Zengler正在开发一种计算机模型，结合转录组学，代谢组学和通量组学表征，将揭示光养生物 - 异养生物共培养物中的分子相互作用。 。了解这些类型群体中的相互作用对于广泛使用共培养系统对于包括生物燃料和生物产品生产在内的一系列应用至关重要。

蒙大拿州立大学的Roland Hatzenpichler将通过结合基于活动的细胞分选，超分辨率荧光和同位素成像以及基因组测序来进行大规模表征，以使用由一组微生物组成的模型系统来研究“微生物暗物质”发现于黄石国家公园的温泉。通过开发高度可并行化和适应性强的工作流程，他希望解决微生物生态学中两个长期存在的问题：确定驱动自然环境中微生物代谢活动的因素，并确定促进这种活动的底物。

劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的Jay Keasling和来自西北大学的联合PI Michael Jewett将利用JGI的DNA合成能力和EMSL的分子鉴定专业知识来探索各种聚酮化合物合成酶或PKS的潜在活性。他们计划通过机器学习来识别和应用基本原理，以高效率地改进重组PKS，因此它们可以很容易地用于生产许多不同的生物燃料和高价值的生物产品。他们还希望向科学界通报PKS的合理设计，以便更快速地使用这些极其灵活和重要的酶。

来自密歇根州立大学的Lisa Tiemann和华盛顿州立大学的联合PI Maren Friesen希望开发新工具来表征生物能源作物柳枝稷的根系分泌物化学，在边缘土地土壤中生长，以增加对植物 - 微生物相互作用的理解，特别是对氮的影响。循环。他们计划将DNA稳定同位素探测和宏基因组测序与同位素标记的根系分泌物的化合物特异性分析结合起来，以更好地探索植物根系分泌物化学与根际微生物组动态之间的联系。他们的目标是改善生物能源种植系统的现有知识，以便更好地为管理决策提供有关这些系统的生产率，效率和可持续性的信息。

东北大学的Jennifer Bowen和伍兹霍尔研究中心的联合PI Jonathan Sanderman将高分辨率有机物质表征和微生物代谢组合相结合，以评估营养物负荷对盐沼碳固存的影响。他们将分析三米深的沉积物样本，其中最深的沉积物大约有3000年的历史，这些样本已被收集作为多研究项目的一部分，该研究项目研究了NSF发起的梅花盐沼的长期养分富集岛屿生态系统长期生态研究站点。他们的目标是获得对控制盐沼沉积物中碳储存的力量的新见解，以及这些沉积物如何暴露于关键的全球变化驱动因素，硝酸盐富集，改变碳储存能力，关键的生态系统服务。

波士顿大学的Jennifer Talbot与佛罗里达大学的联合PI Hui-ling Liao计划使用来自JGI的宏基因组和元转录组测序，以及来自EMSL的代谢组学，元蛋白质组学和土壤有机物化学(即“humeomic”)分析，以获得机械理解微生物相互作用，可以改变生态系统的紧急碳循环特性。具体而言，他们希望了解外生菌根真菌 - 森林微生物组的关键成员 - 如何在分子尺度上将碳和氮的循环联系起来，以及在生态系统规模上对这些元素循环的影响。

伯克利实验室的Eoin Brodie和合作PI Nicholas Bouskill将研究山区流域的微生物和植物物候同步性，以了解其在不断变化的水文状况下对养分保持的重要性。这项研究将提供新的和广泛的现场和实验室观察，在冬季和融雪期间积雪下的微生物代谢潜力的激活，以及碳和营养物转化的化学和微生物和植被的同化的高级表征早期的融雪时机。

橡树岭国家实验室的Melanie Mayes和合作伙伴PI Chongle Pan将利用DOE JGI和EMSL的组学功能将土壤有机质(SOM)分解的微生物功能与基质有机化学联系起来，以改善土壤中的过程表现有机碳和磷(P)循环模型。该项目将应用微生物酶分解(MEND)模型来利用特定的酶和微生物来生成SOM分解池。他们的研究结果将有助于改进对热带湿地二氧化碳和甲烷气体通量比例的预测。

加拿大不列颠哥伦比亚大学的史蒂文哈勒姆计划使用跨越多个生物信息水平(DNA，RNA和代谢物)的'组学研究来监测和概括从环境基因组文库构建的合成微生物群落中的细菌生物量解构过程。该结果将有助于确定驱动木质素在环境中转化的细菌网络的功能能力; 利用这些信息将导致全细胞生物催化剂的设计，改善生物精炼过程流。