兩個(gè)能源部用戶設(shè)施，即環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(EMSL)和 聯(lián)合基因組研究所(JGI)，已經(jīng)根據(jù)“用戶科學(xué)合作設(shè)施”(FICUS)倡議聯(lián)合召集了2018年的研究提案。這是EMSL與DOE JGI之間的第五次FICUS呼叫，因?yàn)樯锱c環(huán)境研究辦公室(BER)于2014年成立了協(xié)作科學(xué)計(jì)劃，以利用美國能源部管理的兩個(gè)國家用戶設(shè)施的綜合專業(yè)知識和資源。科學(xué)辦公室支持能源部的能源，環(huán)境和基礎(chǔ)研究任務(wù)。

“我們在實(shí)現(xiàn)FICUS目標(biāo)方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，使科學(xué)家能夠以任何用戶設(shè)施單獨(dú)進(jìn)行的項(xiàng)目無法進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，”DOE JGI用戶計(jì)劃副主席Susannah Tringe表示。“在高調(diào)的出版物中已經(jīng)看到了這些合作努力的成果，這是令人欣慰的。”

通過EMSL-JGI FICUS調(diào)用，用戶可以將EMSL獨(dú)特的成像，組學(xué)和計(jì)算資源與DOE JGI的尖端基因組學(xué)，DNA合成和互補(bǔ)功能相結(jié)合。由于這些設(shè)施具有廣泛的表征和分析能力，因此研究人員不應(yīng)成為所有科學(xué)儀器的專家用戶。相反，來自兩個(gè)用戶設(shè)施的科學(xué)人員與研究人員一起評估他們的需求并幫助他們進(jìn)行方法學(xué)，實(shí)驗(yàn)和可視化。

“FICUS計(jì)劃在許多層面都取得了如此成功，”EMSL陸地和地下生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)負(fù)責(zé)人Nancy Hess表示，“從研究人員的科學(xué)成就中利用我們的能力到我們兩個(gè)設(shè)施之間更大程度的戰(zhàn)略整合越來越多的科學(xué)界利用這個(gè)機(jī)會。“

接受的提案是：

亞利桑那大學(xué)的Scott Saleska正在研究改變永久凍土融化梯度中微生物葉凋落物分解的生物地球化學(xué)意義。Saleska團(tuán)隊(duì)打算研究新鮮植物墊料沉積如何影響多年凍土融化三個(gè)階段的微生物活動(dòng)以及這些變化對溫室氣體排放的總體影響。他們尋求增加對物種特異性相互作用對生物地球化學(xué)循環(huán)和控制北極溫室氣體排放的復(fù)雜因素的重要性的理解。

普林斯頓大學(xué)的Tullis Onstott和合作PI Maggie Lau試圖記錄南非活動(dòng)斷層帶的微生物生態(tài)系統(tǒng)，并確定這些微生物群落如何響應(yīng)地震活動(dòng)期間釋放的氫氣脈沖。他們預(yù)計(jì)，當(dāng)?shù)靥烊粴獬煞值淖兓瘜⒁l(fā)細(xì)菌活動(dòng)，從而迅速產(chǎn)生甲烷和其他還原化合物。對深部地下互生聚生體的分析可以為生態(tài)學(xué)家提供地下營養(yǎng)關(guān)聯(lián)的第一個(gè)圖像，并確定電子轉(zhuǎn)移的機(jī)制，以更好地了解環(huán)境中甲烷的轉(zhuǎn)化。

加利福尼亞理工學(xué)院的Victoria Orphan將描述未培養(yǎng)的互變關(guān)聯(lián)的生態(tài)生理學(xué) - 一種物種生活在另一物種的產(chǎn)物之外 - 這種現(xiàn)象正在利用各種古生物的多元模式和多模態(tài)分析成像驅(qū)動(dòng)厭氧甲烷氧化 - 細(xì)菌聯(lián)盟。該項(xiàng)目將大大提高對甲烷厭氧氧化所涉及的各種互變協(xié)會的認(rèn)識，這一過程在厭氧沉積物中消耗約80%的甲烷，防止其釋放到水柱中，最終釋放到大氣中。

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Krishna Niyogi和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的聯(lián)合PI Sabeeha商人將對新興模式Chromochloris zofingiensis的營養(yǎng)轉(zhuǎn)變(營養(yǎng)來源的轉(zhuǎn)變，例如從無機(jī)到有機(jī))進(jìn)行綜合系統(tǒng)分析綠藻是生物燃料產(chǎn)品三酰基甘油(TAG)首選脂質(zhì)前體的最高生產(chǎn)商之一，使其成為有前景的生物燃料原料。使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)分析，以及基于熒光，電子和質(zhì)譜的成像，這項(xiàng)工作將獲得對基因組信息如何轉(zhuǎn)化為功能性能力的新理解，從而能夠改變這種綠藻中的基因，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的生物燃料生產(chǎn)。

康考迪亞大學(xué)的David Walsh和特倫特大學(xué)的聯(lián)合PI Celine Gueguen正在領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)研究，以獲得快速變化的北冰洋中微生物對陸地有機(jī)物轉(zhuǎn)化的分子水平的理解。目標(biāo)是提供影響生物地球化學(xué)過程和多年凍土融化對北極海洋生態(tài)系統(tǒng)影響的途徑和機(jī)制的基礎(chǔ)知識。

約翰霍普金斯大學(xué)的Michael Betenbaugh 和加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的Co-PI Karsten Zengler正在開發(fā)一種計(jì)算機(jī)模型，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)，代謝組學(xué)和通量組學(xué)表征，將揭示光養(yǎng)生物 - 異養(yǎng)生物共培養(yǎng)物中的分子相互作用。 。了解這些類型群體中的相互作用對于廣泛使用共培養(yǎng)系統(tǒng)對于包括生物燃料和生物產(chǎn)品生產(chǎn)在內(nèi)的一系列應(yīng)用至關(guān)重要。

蒙大拿州立大學(xué)的Roland Hatzenpichler將通過結(jié)合基于活動(dòng)的細(xì)胞分選，超分辨率熒光和同位素成像以及基因組測序來進(jìn)行大規(guī)模表征，以使用由一組微生物組成的模型系統(tǒng)來研究“微生物暗物質(zhì)”發(fā)現(xiàn)于黃石國家公園的溫泉。通過開發(fā)高度可并行化和適應(yīng)性強(qiáng)的工作流程，他希望解決微生物生態(tài)學(xué)中兩個(gè)長期存在的問題：確定驅(qū)動(dòng)自然環(huán)境中微生物代謝活動(dòng)的因素，并確定促進(jìn)這種活動(dòng)的底物。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab)的Jay Keasling和來自西北大學(xué)的聯(lián)合PI Michael Jewett將利用JGI的DNA合成能力和EMSL的分子鑒定專業(yè)知識來探索各種聚酮化合物合成酶或PKS的潛在活性。他們計(jì)劃通過機(jī)器學(xué)習(xí)來識別和應(yīng)用基本原理，以高效率地改進(jìn)重組PKS，因此它們可以很容易地用于生產(chǎn)許多不同的生物燃料和高價(jià)值的生物產(chǎn)品。他們還希望向科學(xué)界通報(bào)PKS的合理設(shè)計(jì)，以便更快速地使用這些極其靈活和重要的酶。

來自密歇根州立大學(xué)的Lisa Tiemann和華盛頓州立大學(xué)的聯(lián)合PI Maren Friesen希望開發(fā)新工具來表征生物能源作物柳枝稷的根系分泌物化學(xué)，在邊緣土地土壤中生長，以增加對植物 - 微生物相互作用的理解，特別是對氮的影響。循環(huán)。他們計(jì)劃將DNA穩(wěn)定同位素探測和宏基因組測序與同位素標(biāo)記的根系分泌物的化合物特異性分析結(jié)合起來，以更好地探索植物根系分泌物化學(xué)與根際微生物組動(dòng)態(tài)之間的聯(lián)系。他們的目標(biāo)是改善生物能源種植系統(tǒng)的現(xiàn)有知識，以便更好地為管理決策提供有關(guān)這些系統(tǒng)的生產(chǎn)率，效率和可持續(xù)性的信息。

東北大學(xué)的Jennifer Bowen和伍茲霍爾研究中心的聯(lián)合PI Jonathan Sanderman將高分辨率有機(jī)物質(zhì)表征和微生物代謝組合相結(jié)合，以評估營養(yǎng)物負(fù)荷對鹽沼碳固存的影響。他們將分析三米深的沉積物樣本，其中最深的沉積物大約有3000年的歷史，這些樣本已被收集作為多研究項(xiàng)目的一部分，該研究項(xiàng)目研究了NSF發(fā)起的梅花鹽沼的長期養(yǎng)分富集島嶼生態(tài)系統(tǒng)長期生態(tài)研究站點(diǎn)。他們的目標(biāo)是獲得對控制鹽沼沉積物中碳儲存的力量的新見解，以及這些沉積物如何暴露于關(guān)鍵的全球變化驅(qū)動(dòng)因素，硝酸鹽富集，改變碳儲存能力，關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

波士頓大學(xué)的Jennifer Talbot與佛羅里達(dá)大學(xué)的聯(lián)合PI Hui-ling Liao計(jì)劃使用來自JGI的宏基因組和元轉(zhuǎn)錄組測序，以及來自EMSL的代謝組學(xué)，元蛋白質(zhì)組學(xué)和土壤有機(jī)物化學(xué)(即“humeomic”)分析，以獲得機(jī)械理解微生物相互作用，可以改變生態(tài)系統(tǒng)的緊急碳循環(huán)特性。具體而言，他們希望了解外生菌根真菌 - 森林微生物組的關(guān)鍵成員 - 如何在分子尺度上將碳和氮的循環(huán)聯(lián)系起來，以及在生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模上對這些元素循環(huán)的影響。

伯克利實(shí)驗(yàn)室的Eoin Brodie和合作PI Nicholas Bouskill將研究山區(qū)流域的微生物和植物物候同步性，以了解其在不斷變化的水文狀況下對養(yǎng)分保持的重要性。這項(xiàng)研究將提供新的和廣泛的現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室觀察，在冬季和融雪期間積雪下的微生物代謝潛力的激活，以及碳和營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化的化學(xué)和微生物和植被的同化的高級表征早期的融雪時(shí)機(jī)。

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Melanie Mayes和合作伙伴PI Chongle Pan將利用DOE JGI和EMSL的組學(xué)功能將土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)分解的微生物功能與基質(zhì)有機(jī)化學(xué)聯(lián)系起來，以改善土壤中的過程表現(xiàn)有機(jī)碳和磷(P)循環(huán)模型。該項(xiàng)目將應(yīng)用微生物酶分解(MEND)模型來利用特定的酶和微生物來生成SOM分解池。他們的研究結(jié)果將有助于改進(jìn)對熱帶濕地二氧化碳和甲烷氣體通量比例的預(yù)測。

加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的史蒂文哈勒姆計(jì)劃使用跨越多個(gè)生物信息水平(DNA，RNA和代謝物)的'組學(xué)研究來監(jiān)測和概括從環(huán)境基因組文庫構(gòu)建的合成微生物群落中的細(xì)菌生物量解構(gòu)過程。該結(jié)果將有助于確定驅(qū)動(dòng)木質(zhì)素在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)的功能能力; 利用這些信息將導(dǎo)致全細(xì)胞生物催化劑的設(shè)計(jì)，改善生物精煉過程流。