對于建筑師來說，“從形式到功能”意味著設(shè)計一個最符合其預(yù)期目的的建筑。對于基因組學(xué)研究人員來說，該術(shù)語可以應(yīng)用于正在進行的過渡，不僅要研究生物體的遺傳密碼，還要了解這些基因在編碼它們的生物體的生物學(xué)中起什么作用。為美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)的2013年社區(qū)測序計劃(CSP)組合選擇的幾個項目正計劃進行大規(guī)模研究，通過超越基本基因組序列轉(zhuǎn)向RNA轉(zhuǎn)錄本(RNASeq)進行下一步代表在不同情況下“開啟”的基因，并檢查它們所需的環(huán)境，給出關(guān)于它們所做事情的暗示。在一些項目中采用的另一種方法涉及轉(zhuǎn)座子誘變(TnSeq)，一種在靶DNA中產(chǎn)生大量隨機突變的方法。這些技術(shù)將使DOE JGI能夠更深入地研究在能源和環(huán)境中具有潛在應(yīng)用的生物的基因組和活動。

這些提案中的有機體來自各種各樣的環(huán)境。它們從南非金礦地球表面以下近兩英里的微生物，到南極半島西部沿海水域的細菌，到可以在美國幾個地區(qū)種植的作物，提供可再生的，可持續(xù)的生物燃料生物質(zhì)來源，對能源作物產(chǎn)量構(gòu)成威脅的真菌病原體。

選擇的所有項目(108個完整提案中的29個)將序列數(shù)據(jù)生成與大規(guī)模實驗和計算能力相結(jié)合，以實現(xiàn)更全面的功能基因組注釋。研究人員提交的項目提案涉及植物 - 微生物相互作用，碳捕獲和溫室氣體排放中涉及的微生物，以及環(huán)境利基或宏基因組學(xué)中微生物群落的研究等主題。項目提案由外部審查小組審查。CSP 2013產(chǎn)品組合的總分配量可能超過30萬億堿基(terabases或Tb) - 微生物，真菌和植物相當(dāng)于10,000個人類基因組。

為CSP產(chǎn)品組合選擇了兩個DNA合成項目。一項提案來自約翰霍普金斯大學(xué)的Jef Boeke，他正領(lǐng)導(dǎo)著名為Sc 2.0的合成酵母基因組計劃。該項目旨在設(shè)計，構(gòu)建和替換面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)的天然基因組，具有完全合成的版本。作為Sc 2.0的一部分，DOE JGI將合成染色體IV。在50萬個堿基對中，這是1200萬基礎(chǔ)基因組中最大的染色體。酵母是生產(chǎn)燃料和其他化學(xué)品最常見的微生物“平臺”之一，在生物能源研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

所選擇的五個工廠項目包括由密蘇里大學(xué)可持續(xù)能源中心主任Gary Stacey領(lǐng)導(dǎo)的Gene Atlas試點項目。該項目旨在為被認為是DOE JGI旗艦工廠的幾種植物物種開發(fā)一個綜合的基因表達指數(shù)。這些包括萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)，大豆(Glycine max)，苔蘚(Physcomitrella patens)，楊樹(Populus trichocarpa)和狐尾粟(Setaria italica)。

研究人員在他們的提案中指出：“現(xiàn)在我們已經(jīng)付出了巨大代價生成了這些序列，我們需要添加信息以將其轉(zhuǎn)換為功能模型。”

將在各種環(huán)境條件下研究五種植物中每種植物的表達反應(yīng)，并且該團隊還計劃研究另外五種DOE JGI旗艦植物和三種比較模型物種。13種植物的比較研究將集中在這些植物的氮代謝及其對從藻類到草的基因表達的影響。

為CSP 2013產(chǎn)品組合選擇的另一個項目由杜克大學(xué)的Kathryn Picard領(lǐng)導(dǎo)，重點是了解真菌與其藻類合作伙伴之間的共生關(guān)系。在澳大利亞從南極山毛櫸森林的土壤中分離，真菌Rhizidium phycophilum幫助藻類Bracteacoccus。對這兩個基因組進行測序，尤其是基因組中具有功能信息的部分，該團隊在他們的提案中指出，可以導(dǎo)致藻類基因的鑒定，這些基因可以幫助增加生物燃料應(yīng)用中的藻類生物量。

從批準(zhǔn)的七個真菌項目中，一個提案旨在為他們做ENCODE項目為人類基因組計劃所做的工作。由加州大學(xué)伯克利分校研究員N. Louise Glass領(lǐng)導(dǎo)的真菌營養(yǎng)ENCODE項目旨在全面繪制粗糙脈孢菌(Neurospora crassa)的營養(yǎng)和代謝調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)生長在腐爛的植物生物量上，以識別和提高纖維素酶的生產(chǎn)力。這可以用于工業(yè)生物燃料生產(chǎn)。

另一個項目是由法國國家農(nóng)業(yè)研究所(INRA)的弗朗西斯·馬丁領(lǐng)導(dǎo)的菌根基因組學(xué)倡議。該團隊計劃研究轉(zhuǎn)錄成RNA或轉(zhuǎn)錄組的基因組中的幾十種真菌，這些真菌與植物形成共生關(guān)系，以更多地了解這些相互作用發(fā)生的機制。共生真菌為植物提供營養(yǎng)和水，并在管理森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳和氮水平方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

選擇了15個微生物和宏基因組項目，其中許多項目要求使用單細胞基因組學(xué)來研究難以培養(yǎng)的微生物和元轉(zhuǎn)錄組學(xué)，以關(guān)注編碼基因表達的基因組部分。

其中兩個項目是與幾個國家實驗室的合作。由能源部資助，下一代生態(tài)系統(tǒng)實驗(NGEE)致力于更多地了解北極生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)，以便科學(xué)家能夠為氣候變化模型開發(fā)更好的模擬。伯克利實驗室的地球科學(xué)家Janet Jansson是CSP項目的負責(zé)人，該項目的重點是從阿拉斯加州巴羅的永久凍土帶中取出的樣品中分離出的微生物群落的基因組學(xué)。冷凍土壤儲存了大量的碳，全球氣溫上升也引發(fā)了對永久凍土融化和被困碳排放到大氣中的潛在結(jié)果的擔(dān)憂。NGEE聯(lián)盟還包括橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員，

另一個大型項目利用早期的CSP項目來填補生命之樹的空白。2007年，細菌和古細菌基因組百科全書(GEBA)開始對來自較少探索的分支(“微生物暗物質(zhì)”)的??未培養(yǎng)微生物進行測序; 到目前為止，該項目已完成250多個微生物基因組。CSP 2013組合中的細菌和古細菌功能百科全書(FEBA)計劃采用稱為轉(zhuǎn)座子誘變和測序的高通量方法來確定40 DOE-mission相關(guān)微生物的基因組中的基因功能。該項目由伯克利實驗室的Adam Deutschbauer領(lǐng)導(dǎo)。

“雖然高通量DNA測序的進步使微生物基因組測序變得容易，但基因組的功能注釋仍然非常困難，”Deutschbauer及其同事在他們的提案中指出。“因此，需要新的高通量方法來確定系統(tǒng)發(fā)育不同的微生物的基因功能。”