2015 DOEJGI的科学组合深入了解地球数据矿

美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)是美国能源部科学办公室用户设施，已宣布为2015年社区科学计划(CSP)选择了32个新项目。从采样南极湖泊到加勒比水域，从植物根系微生态系统，到森林流域地下水位以下的地下，CSP 2015项目组合突出了可以提取DOE任务相关科学的多样化环境。

“这些项目促进了JGI在重点上的战略转变，从解决生物体的基因组序列到促进了解这些信息使生物体能够做什么，”负责CSP的DOE JGI科学副主任Jim Bristow说。“为了实现这一目标，所选择的项目将DNA测序与大规模实验和计算能力相结合，在某些情况下还包括JGI除了阅读DNA之外还有编写DNA的新功能。这些项目将扩大研究社区，并有助于满足DOE JGI的要求，即将序列转换为功能，最终成为解决主要能源和环境问题的解决方案。“

CSP 2015项目由外部评审小组从收到的76份完整提案中选出，这些提案是由85份意向书提交的。预计CSP 2015产品组合的总分配将超过60万亿碱基(terabases或Tb) - 或相当于20,000个人类基因组的植物，真菌和微生物基因组序列。该DOE JGI社区科学计划还接受小规模微生物，重新测序和DNA合成项目的建议，并每年审查两次。CSP推进了利用DOE JGI在大规模DNA测序，分析和合成方面的能力的项目，以支持能源部在替代能源，全球碳循环和生物地球化学方面的使命。

在选择的CSP 2015项目中，有一个来自Juniata学院的Regina Lamendella，他将研究该国最大的页岩气田Marcellus页岩中的微生物群落如何应对水力压裂和天然气开采。例如，由于水力压裂使用化学品，研究人员对微生物群落如何分解环境污染物以及它们如何响应石油开采过程中甲烷的释放感兴趣。

宾夕法尼亚州立大学的Monica Medina-Munoz将在这些天然气开采区以南约1500英里的地方研究热应激对加勒比海珊瑚Orbicella faveolata的影响以及其珊瑚宿主Symbiodinium的代谢贡献。珊瑚礁中的碳酸钙充当碳汇，但珊瑚礁健康依赖于微生物群落。例如，如果从珊瑚宿主中除去光合作用的共生体，则珊瑚会死亡并且钙化率会降低。了解如何保持珊瑚 - 微生物群落的稳定性可以提供有关珊瑚对全球海洋碳循环的贡献的信息。

加州大学伯克利分校的长期DOE JGI合作者吉尔班菲尔德正在分析科罗拉多河附近的步枪含水层在地下发现的微生物群落的多样性。地下是一个巨大的，但却很难理解的有机碳储存库以及温室气体。另一个基于使微生物种群靠近地下水位和河流的研究问题是它们如何影响碳，氮和硫循环。她的项目是在劳伦斯伯克利国家实验室的地下生物地球化学科学重点领域的支持下，首次协调尝试量化整个地下生态系统的代谢潜力的一部分。

班菲尔德还成功地竞争了第二个CSP项目，以表征在非饱和区或渗流区土壤地幔下发生的树根微生物相互作用，该区域延伸到未风化的基岩中。该项目的目标是了解加利福尼亚州西北部鳗River河对这片深层地下的微生物群落如何影响森林流域的树木碳固定。

2015年CSP产品组合中选择了几个真菌项目，其中一个项目由斯坦福大学的Kabir Peay领导。他和他的同事将研究动物粪便中的真菌群落如何分解有机物质。他的项目有一个明确的最终目标，即开发一个模拟雷耶斯国家海岸生态系统的模型系统，其中图勒麋鹿是最大的本地食草动物。

另一个选定的真菌项目来自密歇根大学的蒂莫西詹姆斯，他将探索所谓的“暗物质真菌” - 那些没有在文化收藏中代表的人。通过对来自淡水，土壤和动物粪便的几十种不可培养的游动孢子真菌进行测序，他和他的同事们希望开发出一个王国范围的真菌系统发育框架。

德国莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所的Christian Wurzbacher将描述从深海到泥炭地和淡水溪流的真菌，以了解在水生环境中茁壮成长所必需的新型适应性。基因组信息将提供有关其分解纤维素，木质素和其他植物细胞壁组分以及动物聚合物(如角蛋白和甲壳质)的代谢能力的信息。

许多选定的项目专注于DOE JGI旗舰植物基因组，其中大部分以杨树(Populus trichocarpa)为中心。例如，西弗吉尼亚大学的长期DOE JGI合作者Steve DiFazio对杨树感兴趣，但将在帮助下研究其生殖发育近亲，柳树(Salix purpurea)。由于其生成时间较短，该植物是一个良好的模型系统和比较器，用于理解性别决定，这可以帮助生物能源作物育种者，例如，加速或防止开花。

另一个项目来自华盛顿大学的波西巴斯比，他将研究杨树与其真菌，非致病性共生体或内生菌之间的相互作用。由于致病病原体与叶片中的内生菌相互作用，他在提案中指出，了解内生菌的作用和功能可能对满足未来的燃料和食物需求有用。

沿着杨树内生菌，加州大学默塞德分校的Carolin Frank将研究杨树，柳树和松树中的固氮内生菌，目的是在营养不良的条件下改善草和农作物的生长。

来自以色列魏茨曼科学研究所的Rotem Sorek采用了一种不同的方法，从杨树具有植根于基因组编码的免疫记忆的适应性免疫系统的假设开始。通过对单杨树(一些一个世纪以来，其他一些年轻人)的组织进行深度测序，他的团队希望深入了解树木基因组的短期进化及其基因表达谱如何随时间变化，以及如何预测树木可能会在各种气候变化情景下作出反

解决不同的DOE JGI旗舰植物基因组，USDA-ARS的Debbie Laudencia-Chingcuanco将开发一个全基因组的数千种模式草短柄草的突变体，以帮助驯化被认为是候选生物能源原料的禾本科植物。这项工作是与Great Lakes生物能源研究中心的研究人员合作完成的，因为那里的团队认为Brachypodium “对于实现其开发能够轻易加工成燃料的生产能源作物的使命至关重要”。

继续以候选生物能源草为主题，来自伊利诺伊大学的Kankshita Swaminathan将研究多倍体草Miscanthus和甘蔗中的基因表达，将它们与密切相关的二倍体草高粱进行比较，以了解这些植物如何回收养分。

东卡罗来纳大学的Baohong Zhang也专注于生物能源草，他的项目将研究柳枝稷中的microRNAs。这些调节分子的长度均为几十个核苷酸，并且可以下调(减少细胞成分的数量)。通过这些小型转录本库，他和他的团队希望能够确定与柳枝稷中所需的生物燃料性状相关的基因表达变异，例如增加的生物量和对干旱和盐度胁迫的反应。

系统生物学研究所的Nitin Baliga将使用DOE JGI基因组序列构建调节莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中脂质积累的网络的工作模型，这是另一个DOE JGI植物旗舰基因组和用于表征藻类生物燃料生产的模型。

其他公认的项目包括：

Agaricales命令的32种真菌的基因组研究，包括首次测序的16种真菌，将由西班牙阿尔卡拉大学的Jose Maria Barrasa进行。虽然参与木材降解的许多担子菌真菌来自Polyporales，但他在提案中指出，许多涉及分解落叶和埋藏木材的真菌来自Agaricales。

现在在康涅狄格大学，Jonathan Klassen在威斯康星大学麦迪逊分校的GLBRC研究员Cameron Currie实验室进行了博士后研究。他的项目将研究三个州的抗微生物群落真菌园的相​​互作用，以了解相关细菌宏基因组如何促进碳和氮循环。

亚利桑那州立大学的Hinsby Cadillo-Quiroz将对亚马逊泥炭地的微生物群落进行研究，以了解它们在排放温室气体以及储存和循环碳中的作用。泥炭地是土壤有机碳积累的热点，在热带地区，估计它们占土壤中储存的全球碳的11%至14%，或接近90亿吨。

克莱姆森大学的Barbara Campbell将研究特拉华湾淡水到海洋过渡带中活性细菌和相关病毒的碳循环机制。了解微生物的新陈代谢将有助于研究人员了解它们在处理污染物方面的能力，以及它们在氮，硫和碳循环中的作用。

太平洋西北国家实验室的Jim Fredrickson将描述加利福尼亚州，华盛顿州和黄石国家公园的微生物垫的功能特征，以了解各种功能，例如它们如何产生氢气和甲烷，以及分解纤维素。

USDA-ARS的Joyce Loper将对来自DOE JGI的所有假单胞菌细菌进行比较分析，这些细菌只有100多种菌株的序列，以推断该属的进化历史 - 系统发育 - 来表征基因组多样性，并确定在这种非均匀细菌群中与关键可观察性状相关的基因分布。

俄勒冈健康与科学大学的Holly Simon正在研究哥伦比亚河河口的微生物种群，部分原因是为了了解它们如何增强温室气体二氧化碳甲烷和一氧化二氮的产生。

来自西班牙萨拉曼卡大学的Michael Thon将探索Colletotrichum物种复合体的菌株序列，其中包括感染许多作物的真菌病原体。他和他的团队将要问的一个问题是这些真菌菌株如何适应细分植物细胞壁成分的范围。

加州大学欧文分校的Kathleen Treseder将研究在阿拉斯加北方森林的变暖实验中涉及对真菌中较高温度敏感性的基因。该团队的计划是将获得的基因组信息折叠成一个名为DEMENT的基于特征的生态系统模型，以预测全球变暖导致的二氧化碳排放。

加州大学伯克利分校的Mary Wildermuth将研究近十二种白粉病真菌基因组，其中三种感染指定的生物能源作物。该项目将确定真菌成功感染植物的机制，这些信息可以促进作物的发育，提高对真菌感染的抵抗力，并限制杀菌剂的使用，以实现更可持续的农业实践。

之前与DOE JGI合作的几位研究人员有新的项目：

来自华盛顿大学的Ludmila Chistoserdova与美国能源部JGI开展了一项开创性合作，研究华盛顿湖的微生物群落。在她的新项目中，她和她的团队将研究华盛顿湖沉积物中的微生物，以了解它们在代谢强效温室气体甲烷中的作用。

澳大利亚新南威尔士大学的Rick Cavicchioli将跟踪微生物群落在三千年历史的南极湖泊和近岸海洋遗址的整个年度周期中的变化。通过确定微生物在不同季节所做的事情，他在他的提议中指出，他和他的同事希望了解哪些微生物过程发生变化，以及控制寒冷环境中海洋衍生群落的演变和物种形成的因素。

从加拿大不列颠哥伦比亚大学的地下水采集的样本中，加拿大不列颠哥伦比亚大学的Steve Hallam将探索海洋碳循环过程中涉及的代谢途径和化合物，以了解碳在海洋中是如何被调节的。

德国DSMZ的Hans-Peter Klenk项目将产生1000株Actinobacteria序列，这些菌株代表人口第三大的细菌门，并寻找编码纤维素降解酶或参与合成新型天然产物的酶的基因。

荷兰乌特勒支大学的Han Wosten将通过观察Agaricomycetes，特别是模型白腐真菌Schizophyllum commune和更有效的木材降解白腐菌Phanaerochaete chrysosporium和Pleurotus ostreatus来实施木材降解的功能基因组学方法，即DOE JGI之前有过排序。

伊利诺伊大学的Wen-Tso Liu及其同事希望了解厌氧消化池中微生物生态学，这是污水处理过程的关键组成部分。他们将研究来自美国，东亚和欧洲的厌氧消化池中的微生物群落，以了解微生物的组成和功能，因为它们被用于这种低成本的城市废水策略，有效地去除废弃物并产生甲烷作为可持续能源。

涉及废水的另一个项目虽然是间接的，但来自威斯康星大学的Erica Young。她一直在研究废水中生长的藻类，以追踪它们如何使用氮和磷，以及如何生产纤维素和脂类。她的CSP项目将描述藻类和细菌之间的关系，这些关系有助于稳定这些藻类群落，特别是细菌群落的多样性以及养分吸收和碳固存中涉及的途径和相互作用。