大规模复杂项目主导DOE JGI 2012社区测序计划组合

加利福尼亚州沃尔诺特克里克 - 根据路边的标志，服务的汉堡数量已经超过了十亿美元，而美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)现在将提供数万亿个核苷酸信息 - 旨在为渴望数据的全球研究界提供食物的精选项目。

2012年社区测序计划(CSP)呼吁研究人员提交项目提案，以提高植物 - 微生物相互作用，碳捕获和温室气体排放中涉及的微生物以及宏基因组学等领域的能力，特别是复杂的微生物收集品。环境利基。来自未来一年的CSP产品组合的总分配将超过30万亿基础(terabases或Tb)，比两年前增加了100倍，当时只有三分之一的terabase分配给70多个项目。这相当于数据中至少10,000个人类基因组。

“这些选择真正利用了DOE JGI的大规模测序和数据分析功能，”DOE JGI总监Eddy Rubin说。“这些项目遍布全球和未开发的生命树枝，并有望更好地了解气候，生态系统和生物之间的相互作用。还有其他项目的目标是改善生物燃料原料生产，重点关注微生物改善原料生长和防止阻碍产量的破坏性疾病的潜力。“

从提交的152份提案中共批准了41项CSP提案，从最初收到的188份意向书中剔除。这些项目随后由外部审查小组审查和批准，然后由DOE审查。

其中一个最大的项目来自北卡罗来纳大学的Jeff Dangl和他的同事，他们专注于根际，这是一个狭窄的区域，土壤中的微生物定殖并与植物根系相互作用。根际微生物群落对植物生长和成功的重要性不容小觑。他们在提案中写道：“独特的'风土'使葡萄酒，玉米和其他作物的产量以及任何植物群落的生产力部分依赖于各自的根际微生物组。” “微生物组最简单地被视为每株植物基因组的延伸; 我们不知道任何植物基因组的全部功能能力，直到我们也知道它的相关微生物组的功能能力和控制组装的驱动因素。“Dangl团队致力于将遗传和基因组信息应用于生物能源和碳循环研究中。他们建议研究玉米的根际微生物组，拟南芥和芥菜一般称为Drummond's rockcress，以及潜在的生物燃料作物Miscanthus和野生草原草，以了解与植物物种相关的微生物群落所涉及的植物遗传学。

另一个植物项目涉及木麻黄树，由于木麻黄与Frankia细菌共生，它们能够耐受含有盐和重金属的土壤。由于这些树木有可能成为世界热带和亚热带地区的生物质来源，法国研究所IRD-Montpellier的Laurent Laplaze领导的研究小组建议使用深度测序来分析基因表达变化的根和结节。木麻黄树并了解更多关于这些植物 - 微生物相互作用如何影响固氮和碳固存的信息。

微生物群落的第一个基因组特征来自加州大学伯克利分校的DOE JGI和Jill Banfield及其同事之间的合作，并参与了美国加州北部环境保护局Iron Mountain Superfund基地的样本。现在，Banfield和她的同事们提议在科罗拉多州Rifle的DOE综合野外研究挑战生物修复研究站点从地下微生物群落中恢复基因组。它们最初会产生一个terabase序列，以识别可能对金属和放射性核素的环境净化有用的新型稀有微生物，这也可能有助于深入了解地下碳封存。

“阻碍环境基因组学的挑战之一就是无法充分采样并从复杂的环境中组装基因组，”鲁宾说。“随着DOE JGI和其他人开发的测序技术和装配算法的最新进展，它变得易于处理。”

另一个terabase大小的宏基因组项目来自特拉华大学的Craig Cary和新西兰怀卡托大学的Charles Lee。他们的计划重点是南极洲麦克默多干谷系统中的微生物群落。该团队被认为是地球上最严苛和最极端的环境之一，具有较低的水和营养水平以及高盐和紫外线辐射水平，该团队试图了解碳循环如何在这个生态系统中发挥作用。此外，这种环境中的微生物可以提供对寒冷生态系统的生物修复应用的深入了解。

奥地利维也纳大学的Michael Pester领导的团队远离赤道和极地的研究，提出了CSP 2012产品组合中较小的测序项目之一。他们建议使用大约100 Gb的宏基因组和元转录组(完整遗传密码的复杂区域，转录成RNA分子并提供基因表达和基因功能的信息)序列来研究居住的微生物群落的温室气体排放在泥炭地，一个重要的碳汇。研究人员指出，泥炭土含有产生甲烷的生物，其排放量可通过研究较少的硫酸盐还原微生物来减轻。

正如正在进行的细菌和古细菌基因组百科全书项目旨在填补微生物知识的空白，由俄勒冈州立大学的Joseph Spatafora和加州大学河滨分校的Jason Stajich领导的团队计划填补真菌树的空白。通过在接下来的五年中对1,000个真菌基因组进行测序，为在真菌下分类的577个已识别家族中的每一个提供至少两个参考基因组。“这个[项目]的核心目标是提供参考信息，以利用所有后来与真菌生物学相关的研究，”Spatafora和他的同事在他们的提案中写道。“通过提供真菌基因组多样性参考数据库，它将与植物 - 微生物相互作用，微生物排放和温室气体捕获的任何测序研究相关，

今年批准的另一个真菌项目是由美国农业部研究员Jo Anne Crouch提出的，涉及几种感染草的真菌Colletotrichum。随着更多的草被探索作为候选生物能源原料，防御可能降低植物生物量并因此降低纤维素生物燃料产量的真菌病原体的策略是特别令人感兴趣的。另外，这些真菌基因组中的新酶可以在生物质预处理过程中具有工业应用。

在越来越多地使用测序来研究整个生物系统而不是单个生物体的指示中，超过一半的批准建议包括代替个体基因组或除了个体基因组之外对多生物样品进行测序。在包括个体基因组测序的提议中，9个涉及植物基因组; 六个是真菌项目; 八个是微生物项目，其中五个涉及对单个细胞的基因组进行测序。

“通过这些多样化和具有挑战性的项目，DOE JGI的社区测序计划将继续为科学界提供与DOE科学和能源相关任务相关项目的高通量测序，”DOE JGI主任Rubin说。