從海洋死亡區(qū)的深處，到大片的森林，以及上升到大多數(shù)天氣變化的對流層，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)2014年社區(qū)科學(xué)計劃組合尋求解析提取的功能信息從復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中解決緊迫的能源和環(huán)境挑戰(zhàn)。這些大規(guī)模，數(shù)據(jù)密集型的工作需要跨學(xué)科的方法，許多方法通過新的DOE-Facility新伙伴關(guān)系來利用額外的專業(yè)知識。

DOE JGI與太平洋西北國家實驗室的環(huán)境分子科學(xué)實驗室(EMSL)合作，反映了其作為下一代基因組科學(xué)用戶設(shè)施服務(wù)于科學(xué)界的愿景，提供補充科學(xué)資源，以顯著擴(kuò)大對基因組的理解。細(xì)胞功能。首批八個被接受的提案展示了這兩個DOE用戶設(shè)施之間的協(xié)同作用。

今后八項新的DOE JGI-EMSL提案中有五項將重點關(guān)注碳循環(huán)，三項涉及生物燃料生產(chǎn)的改進(jìn)。這些項目中的每一個都將利用兩個設(shè)施的能力，以不可能的方式進(jìn)一步開展研究，并且所有項目都將在18個月的時間窗內(nèi)完成。

兩個碳循環(huán)項目專注于土壤微生物群落。來自加州大學(xué)伯克利分校的Mary Firestone將研究一年生草Avena fatua的植物 - 土壤 - 微生物相互作用 來自加利福尼亞州草原的土壤，一個模式生態(tài)系統(tǒng)，用于進(jìn)一步探索植物根部周圍的根際，土壤和微生物群落。通過將DNA測序與細(xì)胞產(chǎn)生的獨特化學(xué)痕跡研究(代謝組學(xué))以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能(蛋白質(zhì)組學(xué))的大規(guī)模研究相結(jié)合，該項目將為氣候條件變化如何影響碳循環(huán)和碳提供見解。陸地生態(tài)系統(tǒng)中的隔離。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)，草原和牧場占這些地區(qū)的約50%，為牲畜和本地食草動物提供飼料，為本地動植物提供棲息地，為農(nóng)村和城市用途提供流域，生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)，休閑區(qū)，

來自愛荷華州立大學(xué)的Kirsten Hofmockel將結(jié)合DOE JGI的高通量測序功能和EMSL的細(xì)胞分選技術(shù)，對土壤微生物群落進(jìn)行大規(guī)模的比較分析。為了將微生物群落動態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模的生物地球化學(xué)模型聯(lián)系起來，這些樣本來自一項研究，該研究比較了在愛荷華州立大學(xué)南雷諾茲農(nóng)場進(jìn)行的四種生物能源種植系統(tǒng)。該項目的目標(biāo)之一是開發(fā)新的標(biāo)記和細(xì)胞分選方法，以闡明土壤中碳循環(huán)微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能，并確定關(guān)鍵土壤碳循環(huán)生物及其與其他群落成員和土壤特征的關(guān)系。

由俄克拉荷馬大學(xué)的Marc Libault領(lǐng)導(dǎo)的另一個CSP 14項目探索了單細(xì)胞類型模型 - 根毛細(xì)胞，以促進(jìn)我們對大豆和高粱植物對各種環(huán)境脅迫的響應(yīng)的理解。

外兩個碳循環(huán)項目涉及藍(lán)藻的研究。華盛頓州立大學(xué)三城市的Matthias Hess將通過基因組百科全書細(xì)菌和古細(xì)菌(GEBA)試點項目 以及最近專門針對藍(lán)細(xì)菌的分拆，建立DOE JGI在填補生命樹空白方面的開創(chuàng)性工作。GEBA-Cyano項目使公共數(shù)據(jù)庫中藍(lán)藻基因組序列數(shù)據(jù)的數(shù)量和多樣性增加了一倍。Hess的項目將借助極端環(huán)境微生物培養(yǎng)物保藏中心提供的樣本開發(fā)藍(lán)藻功能百科全書，以更好地了解光合微生物群落及其在碳和氮循環(huán)中的核心作用。另一個項目來自J. Craig Venter研究所的Philip Weyman，他將研究Pleurocarpous 羽狀苔蘚和北方森林中發(fā)現(xiàn)的藍(lán)細(xì)菌之間的相互作用 。由于這些生態(tài)系統(tǒng)是巨大的碳匯，因此它們的健康和生產(chǎn)力對于監(jiān)測和減緩未來二氧化碳的增加至關(guān)重要。

另一個碳循環(huán)項目涉及一系列木材降解真菌，稱為子囊菌，包括霉菌和霉菌。伍茲霍爾海洋研究所的Colleen Hansel將專注于這些生物，這些生物在污染場地中分解木質(zhì)纖維素方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用。最初的重點是對從受污染的淡水湖泊沉積物和煤礦排水處理系統(tǒng)中分離的樣品進(jìn)行測序，然后利用EMSL的代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析能力，她尋求確定與分解碳有關(guān)的代謝途徑。這些生物。

三個項目側(cè)重于生物燃料和真菌改善其生產(chǎn)的作用。來自內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的史蒂夫哈里斯將建立在工業(yè)上重要的絲狀真菌黑曲霉 和 里氏木霉的 DOE JGI測序之上 。黑曲霉的菌株 對于大規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸是至關(guān)重要的，而其他菌株提供的酶可以分解植物細(xì)胞壁以釋放糖，然后可以將其發(fā)酵并蒸餾成生物燃料。 里氏木霉 是許多工業(yè)酶公司用于生產(chǎn)纖維素酶的主要生物，可用于分解植物生物量。哈里斯團(tuán)隊計劃利用基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)和顯微鏡數(shù)據(jù)，以促進(jìn)兩種真菌的改良生產(chǎn)菌株的繁殖。

來自加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Michelle O'Malley的建議也來自之前的DOE JGI項目，該項目描述了牛瘤胃中的微生物群落。然而，在這項新提案中，研究人員將針對與大型食草動物(大象，長頸鹿，山羊，馬和綿羊)分離的社區(qū)中的厭氧真菌作為目標(biāo)，這些食草動物參與分解植物生物量。具有所需酶學(xué)特性的新型分離物將用于構(gòu)建代謝模型以推動生物加工策略的改進(jìn)。