兩個能源部用戶設施，即環(huán)境分子科學實驗室(EMSL)和聯(lián)合基因組研究所(JGI)，根據(jù)“用戶科學合作設施”(FICUS)聯(lián)合召集2019年研究中選出的41項提案中的12項倡議。這是EMSL和JGI之間的第六次FICUS呼叫，因為生物和環(huán)境研究辦公室(BER)于2014年成立了協(xié)作科學計劃，以利用美國能源部辦公室管理的兩個國家用戶設施的綜合專業(yè)知識和資源?？茖W支持能源部的能源，環(huán)境和基礎研究任務。

通過EMSL-JGI FICUS調用，用戶可以將EMSL獨特的成像，組學和計算資源與JGI的尖端基因組學，DNA合成和互補功能相結合。由于這些設施具有廣泛的表征和分析能力，因此研究人員不應成為所有科學儀器的專家用戶。相反，來自兩個用戶設施的科學人員與研究人員一起評估他們的需求并幫助他們進行方法學，實驗和可視化。

接受的提案始于2018年10月1日，并且是：

斯坦福直線加速器中心和斯坦福大學的Kristin Boye和Co-PI Christopher A. Francis 正在研究氧化還原循環(huán)沖積系統(tǒng)中的微生物代謝活動和生物地球化學反應網(wǎng)絡。氧化還原驅動的反應開關與水飽和度和有機物質可用性有關，它們調節(jié)有機碳，養(yǎng)分和污染物的保留，轉化和釋放，從而影響地下水質量。該研究將重點關注位于懷俄明州Riverton附近的受鈾污染的洪泛區(qū)，其中氧化還原條件的顯著季節(jié)性波動表現(xiàn)為硫化物，溶解的Fe和Mn(還原條件)和Fe氧化物(氧化條件)的臨時和空間異質存在。這些波動似乎與水飽和度和有機物質可用性有關，它們驅動有機碳，養(yǎng)分和污染物(U，Mo)向地下水和地表水的輸出。

來自Westerdijk真菌生物多樣性研究所和康考迪亞大學的Ronald Peter deVries和Co-PI Adrian Tsang(Co-PI)正在尋求驗證使用基于直系同源的方法從參考糖中推斷出的進化多樣性真菌的代謝模型。黑曲霉的分解代謝遺傳網(wǎng)絡。對糖分解代謝的了解不僅與理解這些真菌在自然棲息地中的作用和能力有關，而且還可以用于構建用于生產(chǎn)有價值和/或生物啟發(fā)的化學品和材料的合成途徑。

來自密西西比大學和加州大學河濱分校的Erik FY Hom和Co-PI Jason E. Stajich正在研究生物土壤結皮(BSCs)中的微生物相互作用和協(xié)調的營養(yǎng)反應，這些干旱和半干旱旱地是主要的地面覆蓋物。占全球陸地面積的約40%。BSC開展重要的生態(tài)服務，如碳固氮，土壤有機質的生產(chǎn)，土壤水分保持，降??雨徑流的重新分配，微生物和動物的食物來源的提供，以及促進維管植物的生長。該提案的重點是了解BSC微生物如何相互作用 - 代謝和物理 - 影響B(tài)SC生態(tài)系統(tǒng)服務和功能的一個方面：集體碳和氮循環(huán)。

來自太平洋西北國家實驗室的James J. Moran，正在尋求將根際磷和碳循環(huán)聯(lián)系起來。根系分泌物為根際微生物群落提供碳源。作為回報，這些社區(qū)有助于調動植物生長所需的營養(yǎng)。該團隊假設根系分泌物的空間定位通過利用根際內(nèi)分散的微生物和地球化學微環(huán)境最大化磷返回植物。他們計劃研究柳枝稷微觀世界，以便更好地了解從土壤到這種生物能源作物的養(yǎng)分輸送的基本控制。加強對根際碳和磷循環(huán)之間聯(lián)系的理解將支持邊緣土地上的柳枝稷生長，以支持能源部的生物能源生產(chǎn)任務重點。

加州大學圣巴巴拉分校的Michelle A. O'Malley正試圖破解厭氧真菌中次生代謝產(chǎn)物的結構和功能?；谧罱l(fā)現(xiàn)的生物合成機制，負責在厭氧真菌門Neocallimastigomycota的基因組內(nèi)產(chǎn)生大量次級代謝產(chǎn)物，O'Malley的團隊假設厭氧腸道真菌在壓力條件下，如低營養(yǎng)可用性，氧氣存在或微生物競爭，合成次級代謝物，使它們作為財團的重要成員生存和繁榮。O'Malley的目標是利用這項研究加速從厭氧真菌中鑒定新的代謝物，這些新的代謝物可直接用作生物燃料和生物產(chǎn)品，或作為調節(jié)微生物菌群的工具加以利用。

來自加州大學圣巴巴拉分校的Ryoko Oono，正在尋求通過宿主特異性真菌內(nèi)生菌了解植物凋落物降解和微生物防御，檢查不同內(nèi)生真菌物種對其寄主凋落物和競爭真菌的轉錄組學，蛋白質組學和代謝組學特異性。凋落物衰老是一個未開發(fā)的階段，通過寄主特異性的專性內(nèi)生真菌快速定植和轉化植物組織物質，用于子實體發(fā)育。該結果可以改變當前微生物群落演替和凋落物功能的范例，并用于解釋物種多樣性與主要生態(tài)系統(tǒng)過程(如碳循環(huán))之間的聯(lián)系。Oono希望本研究的見解能夠將不同內(nèi)生真菌的未開發(fā)功能與生物燃料，抗生素的生產(chǎn)相結合，

來自耶路撒冷希伯來大學和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Yeala Shaked和Co-PI Rhona Stuart分別正在研究微生物聚生體對礦物質溶解的相互作用機制。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的基本代謝功能通常在微生物群落的各個成員之間劃分，每個成員都有益于整個群體。這種相互依賴性構成了微生物群落，可以提高能源利用效率和養(yǎng)分利用率。確定這些相互作用對于理解陸地和水生環(huán)境中代謝率與元素循環(huán)之間的關系至關重要。在這項研究中，Shaked和Stuart專注于異養(yǎng)細菌和光合固氮菌之間共生關系的遺傳和分子基礎，Trichodesmium，了解Trichodesmium / epibion??t consortia溶解和攝取礦物質相關元素的化學途徑。成功將為礦物質溶解機制提供遺傳和分子基礎，這些機制可以在元素循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)模型中表示，或者被設計用于改善生物能源生產(chǎn)。

來自普渡大學的Kevin V. Solomon和Co-PI Scott D. Briggs正在研究厭氧真菌中表觀遺傳調控的影響，以制定控制木質纖維素酶表達和增加木質纖維素分解和生物燃料生產(chǎn)活性的策略。Solomon和Briggs試圖在厭氧真菌的特定轉錄物和蛋白質表達譜上表征全球表觀遺傳調控的程度，并將它們與基因座位上的特定組蛋白和DNA修飾聯(lián)系起來。然后，他們將描述圍繞這些修飾的局部染色質結構，以評估調節(jié)機制并鑒定有希望的表觀遺傳目標以進一步工程化。

來自田納西大學的Cong T. Trinh正在尋求理解和利用未馴化的解脂耶氏酵母菌株對于設計師生物酯的生物合成的穩(wěn)健性。通過利用JGI和EMSL的基因組學和分子鑒定，Trinh計劃采用整體方法闡明lipolytica的潛在機制1)在低氧條件下耐受并有效吸收抑制性生物質水解產(chǎn)物以獲得優(yōu)異的脂質積累，2)在兩相發(fā)酵系統(tǒng)中耐受有利于生產(chǎn)生物燃料/生物產(chǎn)物的有機溶劑，和3)內(nèi)源降解脂質并生產(chǎn)具有廣泛應用的酯類，如燃料，溶劑，香精和香料。所提出的研究的成功不僅為理解和利用解脂耶氏酵母作為生物能微生物平臺的優(yōu)異穩(wěn)健性提供了實質性基礎知識，而且還推進了微生物轉化技術，以從木質纖維素生物質中生產(chǎn)多種類型的生物燃料/生物產(chǎn)品。

橡樹嶺國家實驗室的David J. Weston和Co-PI Wellington Muchero正在研究植物遺傳變異和周圍微生物組對高溫下泥炭蘚相關固氮的影響。Sphagnum對任何單一植物屬的全球碳通量影響最大，其生產(chǎn)力主要歸因于與其相關微生物組和環(huán)境的獨特相互作用。研究人員將基因組學和蛋白質組學研究與同位素標記的成像測量相結合，以了解固氮和植物微生物共生。他們特別想探索他們最近發(fā)現(xiàn)的Sphagnum 當接種適應溫暖的微生物組時，在高溫下生長更好。

科羅拉多州立大學的Michael J. Wilkins正在尋求了解科羅拉多州西部高原流域的低溫碳處理的氣候和水文反饋。該研究將重點關注在季節(jié)性時間點的低階河流系統(tǒng)河床中發(fā)生的過程，其中觀察到河流水的變化模式 - 地下水混合，可能產(chǎn)生強烈的氧化還原梯度。這項工作將為河流水文學，碳化學和微生物活動如何在易處理的時間尺度上轉變提供新的見解。鑒于這種多山的高地集水區(qū)正在經(jīng)歷與長期環(huán)境變化相關的快速生態(tài)系統(tǒng)變化，因此強烈需要更好地約束這些相互作用和反饋。