美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)是美國能源部科學辦公室用戶設施，已宣布為2015年社區(qū)科學計劃(CSP)選擇了32個新項目。從采樣南極湖泊到加勒比水域，從植物根系微生態(tài)系統(tǒng)，到森林流域地下水位以下的地下，CSP 2015項目組合突出了可以提取DOE任務相關科學的多樣化環(huán)境。

“這些項目促進了JGI在重點上的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，從解決生物體的基因組序列到促進了解這些信息使生物體能夠做什么，”負責CSP的DOE JGI科學副主任Jim Bristow說。“為了實現(xiàn)這一目標，所選擇的項目將DNA測序與大規(guī)模實驗和計算能力相結合，在某些情況下還包括JGI除了閱讀DNA之外還有編寫DNA的新功能。這些項目將擴大研究社區(qū)，并有助于滿足DOE JGI的要求，即將序列轉(zhuǎn)換為功能，最終成為解決主要能源和環(huán)境問題的解決方案。“

CSP 2015項目由外部評審小組從收到的76份完整提案中選出，這些提案是由85份意向書提交的。預計CSP 2015產(chǎn)品組合的總分配將超過60萬億堿基(terabases或Tb) - 或相當于20,000個人類基因組的植物，真菌和微生物基因組序列。該DOE JGI社區(qū)科學計劃還接受小規(guī)模微生物，重新測序和DNA合成項目的建議，并每年審查兩次。CSP推進了利用DOE JGI在大規(guī)模DNA測序，分析和合成方面的能力的項目，以支持能源部在替代能源，全球碳循環(huán)和生物地球化學方面的使命。

在選擇的CSP 2015項目中，有一個來自Juniata學院的Regina Lamendella，他將研究該國最大的頁巖氣田Marcellus頁巖中的微生物群落如何應對水力壓裂和天然氣開采。例如，由于水力壓裂使用化學品，研究人員對微生物群落如何分解環(huán)境污染物以及它們?nèi)绾雾憫烷_采過程中甲烷的釋放感興趣。

賓夕法尼亞州立大學的Monica Medina-Munoz將在這些天然氣開采區(qū)以南約1500英里的地方研究熱應激對加勒比海珊瑚Orbicella faveolata的影響以及其珊瑚宿主Symbiodinium的代謝貢獻。珊瑚礁中的碳酸鈣充當碳匯，但珊瑚礁健康依賴于微生物群落。例如，如果從珊瑚宿主中除去光合作用的共生體，則珊瑚會死亡并且鈣化率會降低。了解如何保持珊瑚 - 微生物群落的穩(wěn)定性可以提供有關珊瑚對全球海洋碳循環(huán)的貢獻的信息。

加州大學伯克利分校的長期DOE JGI合作者吉爾班菲爾德正在分析科羅拉多河附近的步槍含水層在地下發(fā)現(xiàn)的微生物群落的多樣性。地下是一個巨大的，但卻很難理解的有機碳儲存庫以及溫室氣體。另一個基于使微生物種群靠近地下水位和河流的研究問題是它們?nèi)绾斡绊懱?，氮和硫循環(huán)。她的項目是在勞倫斯伯克利國家實驗室的地下生物地球化學科學重點領域的支持下，首次協(xié)調(diào)嘗試量化整個地下生態(tài)系統(tǒng)的代謝潛力的一部分。

班菲爾德還成功地競爭了第二個CSP項目，以表征在非飽和區(qū)或滲流區(qū)土壤地幔下發(fā)生的樹根微生物相互作用，該區(qū)域延伸到未風化的基巖中。該項目的目標是了解加利福尼亞州西北部鰻River河對這片深層地下的微生物群落如何影響森林流域的樹木碳固定。

2015年CSP產(chǎn)品組合中選擇了幾個真菌項目，其中一個項目由斯坦福大學的Kabir Peay領導。他和他的同事將研究動物糞便中的真菌群落如何分解有機物質(zhì)。他的項目有一個明確的最終目標，即開發(fā)一個模擬雷耶斯國家海岸生態(tài)系統(tǒng)的模型系統(tǒng)，其中圖勒麋鹿是最大的本地食草動物。

另一個選定的真菌項目來自密歇根大學的蒂莫西詹姆斯，他將探索所謂的“暗物質(zhì)真菌” - 那些沒有在文化收藏中代表的人。通過對來自淡水，土壤和動物糞便的幾十種不可培養(yǎng)的游動孢子真菌進行測序，他和他的同事們希望開發(fā)出一個王國范圍的真菌系統(tǒng)發(fā)育框架。

德國萊布尼茨淡水生態(tài)和內(nèi)陸漁業(yè)研究所的Christian Wurzbacher將描述從深海到泥炭地和淡水溪流的真菌，以了解在水生環(huán)境中茁壯成長所必需的新型適應性?；蚪M信息將提供有關其分解纖維素，木質(zhì)素和其他植物細胞壁組分以及動物聚合物(如角蛋白和甲殼質(zhì))的代謝能力的信息。

許多選定的項目專注于DOE JGI旗艦植物基因組，其中大部分以楊樹(Populus trichocarpa)為中心。例如，西弗吉尼亞大學的長期DOE JGI合作者Steve DiFazio對楊樹感興趣，但將在幫助下研究其生殖發(fā)育近親，柳樹(Salix purpurea)。由于其生成時間較短，該植物是一個良好的模型系統(tǒng)和比較器，用于理解性別決定，這可以幫助生物能源作物育種者，例如，加速或防止開花。

另一個項目來自華盛頓大學的波西巴斯比，他將研究楊樹與其真菌，非致病性共生體或內(nèi)生菌之間的相互作用。由于致病病原體與葉片中的內(nèi)生菌相互作用，他在提案中指出，了解內(nèi)生菌的作用和功能可能對滿足未來的燃料和食物需求有用。

沿著楊樹內(nèi)生菌，加州大學默塞德分校的Carolin Frank將研究楊樹，柳樹和松樹中的固氮內(nèi)生菌，目的是在營養(yǎng)不良的條件下改善草和農(nóng)作物的生長。

來自以色列魏茨曼科學研究所的Rotem Sorek采用了一種不同的方法，從楊樹具有植根于基因組編碼的免疫記憶的適應性免疫系統(tǒng)的假設開始。通過對單楊樹(一些一個世紀以來，其他一些年輕人)的組織進行深度測序，他的團隊希望深入了解樹木基因組的短期進化及其基因表達譜如何隨時間變化，以及如何預測樹木可能會在各種氣候變化情景下作出反

解決不同的DOE JGI旗艦植物基因組，USDA-ARS的Debbie Laudencia-Chingcuanco將開發(fā)一個全基因組的數(shù)千種模式草短柄草的突變體，以幫助馴化被認為是候選生物能源原料的禾本科植物。這項工作是與Great Lakes生物能源研究中心的研究人員合作完成的，因為那里的團隊認為Brachypodium “對于實現(xiàn)其開發(fā)能夠輕易加工成燃料的生產(chǎn)能源作物的使命至關重要”。

繼續(xù)以候選生物能源草為主題，來自伊利諾伊大學的Kankshita Swaminathan將研究多倍體草Miscanthus和甘蔗中的基因表達，將它們與密切相關的二倍體草高粱進行比較，以了解這些植物如何回收養(yǎng)分。

東卡羅來納大學的Baohong Zhang也專注于生物能源草，他的項目將研究柳枝稷中的microRNAs。這些調(diào)節(jié)分子的長度均為幾十個核苷酸，并且可以下調(diào)(減少細胞成分的數(shù)量)。通過這些小型轉(zhuǎn)錄本庫，他和他的團隊希望能夠確定與柳枝稷中所需的生物燃料性狀相關的基因表達變異，例如增加的生物量和對干旱和鹽度脅迫的反應。

系統(tǒng)生物學研究所的Nitin Baliga將使用DOE JGI基因組序列構建調(diào)節(jié)萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中脂質(zhì)積累的網(wǎng)絡的工作模型，這是另一個DOE JGI植物旗艦基因組和用于表征藻類生物燃料生產(chǎn)的模型。

其他公認的項目包括：

Agaricales命令的32種真菌的基因組研究，包括首次測序的16種真菌，將由西班牙阿爾卡拉大學的Jose Maria Barrasa進行。雖然參與木材降解的許多擔子菌真菌來自Polyporales，但他在提案中指出，許多涉及分解落葉和埋藏木材的真菌來自Agaricales。

現(xiàn)在在康涅狄格大學，Jonathan Klassen在威斯康星大學麥迪遜分校的GLBRC研究員Cameron Currie實驗室進行了博士后研究。他的項目將研究三個州的抗微生物群落真菌園的相??互作用，以了解相關細菌宏基因組如何促進碳和氮循環(huán)。

亞利桑那州立大學的Hinsby Cadillo-Quiroz將對亞馬遜泥炭地的微生物群落進行研究，以了解它們在排放溫室氣體以及儲存和循環(huán)碳中的作用。泥炭地是土壤有機碳積累的熱點，在熱帶地區(qū)，估計它們占土壤中儲存的全球碳的11%至14%，或接近90億噸。

克萊姆森大學的Barbara Campbell將研究特拉華灣淡水到海洋過渡帶中活性細菌和相關病毒的碳循環(huán)機制。了解微生物的新陳代謝將有助于研究人員了解它們在處理污染物方面的能力，以及它們在氮，硫和碳循環(huán)中的作用。

太平洋西北國家實驗室的Jim Fredrickson將描述加利福尼亞州，華盛頓州和黃石國家公園的微生物墊的功能特征，以了解各種功能，例如它們?nèi)绾萎a(chǎn)生氫氣和甲烷，以及分解纖維素。

USDA-ARS的Joyce Loper將對來自DOE JGI的所有假單胞菌細菌進行比較分析，這些細菌只有100多種菌株的序列，以推斷該屬的進化歷史 - 系統(tǒng)發(fā)育 - 來表征基因組多樣性，并確定在這種非均勻細菌群中與關鍵可觀察性狀相關的基因分布。

俄勒岡健康與科學大學的Holly Simon正在研究哥倫比亞河河口的微生物種群，部分原因是為了了解它們?nèi)绾卧鰪姕厥覛怏w二氧化碳甲烷和一氧化二氮的產(chǎn)生。

來自西班牙薩拉曼卡大學的Michael Thon將探索Colletotrichum物種復合體的菌株序列，其中包括感染許多作物的真菌病原體。他和他的團隊將要問的一個問題是這些真菌菌株如何適應細分植物細胞壁成分的范圍。

加州大學歐文分校的Kathleen Treseder將研究在阿拉斯加北方森林的變暖實驗中涉及對真菌中較高溫度敏感性的基因。該團隊的計劃是將獲得的基因組信息折疊成一個名為DEMENT的基于特征的生態(tài)系統(tǒng)模型，以預測全球變暖導致的二氧化碳排放。

加州大學伯克利分校的Mary Wildermuth將研究近十二種白粉病真菌基因組，其中三種感染指定的生物能源作物。該項目將確定真菌成功感染植物的機制，這些信息可以促進作物的發(fā)育，提高對真菌感染的抵抗力，并限制殺菌劑的使用，以實現(xiàn)更可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實踐。

之前與DOE JGI合作的幾位研究人員有新的項目：

來自華盛頓大學的Ludmila Chistoserdova與美國能源部JGI開展了一項開創(chuàng)性合作，研究華盛頓湖的微生物群落。在她的新項目中，她和她的團隊將研究華盛頓湖沉積物中的微生物，以了解它們在代謝強效溫室氣體甲烷中的作用。

澳大利亞新南威爾士大學的Rick Cavicchioli將跟蹤微生物群落在三千年歷史的南極湖泊和近岸海洋遺址的整個年度周期中的變化。通過確定微生物在不同季節(jié)所做的事情，他在他的提議中指出，他和他的同事希望了解哪些微生物過程發(fā)生變化，以及控制寒冷環(huán)境中海洋衍生群落的演變和物種形成的因素。

從加拿大不列顛哥倫比亞大學的地下水采集的樣本中，加拿大不列顛哥倫比亞大學的Steve Hallam將探索海洋碳循環(huán)過程中涉及的代謝途徑和化合物，以了解碳在海洋中是如何被調(diào)節(jié)的。

德國DSMZ的Hans-Peter Klenk項目將產(chǎn)生1000株Actinobacteria序列，這些菌株代表人口第三大的細菌門，并尋找編碼纖維素降解酶或參與合成新型天然產(chǎn)物的酶的基因。

荷蘭烏特勒支大學的Han Wosten將通過觀察Agaricomycetes，特別是模型白腐真菌Schizophyllum commune和更有效的木材降解白腐菌Phanaerochaete chrysosporium和Pleurotus ostreatus來實施木材降解的功能基因組學方法，即DOE JGI之前有過排序。

伊利諾伊大學的Wen-Tso Liu及其同事希望了解厭氧消化池中微生物生態(tài)學，這是污水處理過程的關鍵組成部分。他們將研究來自美國，東亞和歐洲的厭氧消化池中的微生物群落，以了解微生物的組成和功能，因為它們被用于這種低成本的城市廢水策略，有效地去除廢棄物并產(chǎn)生甲烷作為可持續(xù)能源。

涉及廢水的另一個項目雖然是間接的，但來自威斯康星大學的Erica Young。她一直在研究廢水中生長的藻類，以追蹤它們?nèi)绾问褂玫土?，以及如何生產(chǎn)纖維素和脂類。她的CSP項目將描述藻類和細菌之間的關系，這些關系有助于穩(wěn)定這些藻類群落，特別是細菌群落的多樣性以及養(yǎng)分吸收和碳固存中涉及的途徑和相互作用。