從地球深處到高層大氣層，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)2017年社區(qū)科學(xué)計(jì)劃(CSP)選擇的37個(gè)項(xiàng)目中突出顯示了生物和生態(tài)系統(tǒng)，DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，反映了研究人員正在探索尋找能源和環(huán)境挑戰(zhàn)的解決方案的廣度和深度。

“通過我們的外部審查流程選擇的這些新的CSP項(xiàng)目利用DOE JGI的實(shí)驗(yàn)和分析”組學(xué)“能力，并在關(guān)鍵領(lǐng)域建立我們的產(chǎn)品組合，包括可持續(xù)生物能源生產(chǎn)，植物微生物組和陸地生物地球化學(xué)，”DOE JGI用戶Susannah Tringe說道。方案代表。

CSP 2017項(xiàng)目是從收到的98份完整提案中選出的，其中提交了123份意向書。完整的項(xiàng)目清單可在http://jgi.doe.gov/our-projects/csp-plans/fy-2017-csp-plans/找到。

許多已接受的提案要求為與生物能源相關(guān)的植物開發(fā)參考基因組，作為潛在的原料，或者因?yàn)樗鼈兙哂猩锘瘜W(xué)，可以提供對從植物生物質(zhì)中獲得生物燃料的更好方法的見解。這些將利用強(qiáng)大的DOE JGI測序升級。

Donald Danforth植物科學(xué)中心的托德·莫克勒(Todd Mockler)以先前發(fā)表的由DOE JGI生成的高粱(Sorghum bicolor)參考基因組為基礎(chǔ)，針對多種高度多樣化的高粱品系進(jìn)行測序。該項(xiàng)目將探索并開始組裝pangenome，以加速基因發(fā)現(xiàn)，并增加對哪些變體與不同功能結(jié)果相關(guān)的理解。這項(xiàng)工作是與美國能源部高級研究計(jì)劃局 - 能源(ARPA-E)可再生農(nóng)業(yè)運(yùn)輸能源(TERRA)計(jì)劃密切合作進(jìn)行的。

哈佛大學(xué)的David Des Marais同樣專注于Brachypodium，它有兩個(gè)基因組 - Brachypodium distachyon和B. sylvaticum - 由DOE JGI測序。他的計(jì)劃包括估計(jì)B. sylvaticum的pangenome 和對4種額外的短柄草種進(jìn)行測序，以進(jìn)一步在草中進(jìn)行功能基因組分析研究。

澳大利亞國家科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO的Karen Aitken專注于生產(chǎn)栽培甘蔗植物的第一個(gè)基因組組裝，即品種R570。栽培甘蔗生產(chǎn)世界上80%的糖，并且已經(jīng)大量收獲，并且隨著其運(yùn)輸系統(tǒng)效率的提高，正在幫助指導(dǎo)其他可再生和可持續(xù)生物燃料作物的優(yōu)化生產(chǎn)策略。

許多項(xiàng)目專注于對干旱等壓力因素表現(xiàn)出耐受性的植物。

內(nèi)華達(dá)大學(xué)的約翰庫什曼提出的建議旨在建立普通或結(jié)晶冰廠(Mesembryanthemum crystallinum L.)作為DOE JGI旗艦基因組物種，如楊樹，大豆和短柄草(Brachypodium distachyon)。

大多數(shù)植物使用所謂的C3途徑在富含營養(yǎng)物的情況下光合作用地固定碳(來自CO2)，而干旱條件下的植物依賴于不同的機(jī)制，即保水CAM途徑。作為納米比亞沙漠中原生態(tài)迅速增長的沙漠，常見的冰種是第一個(gè)報(bào)道的物種，當(dāng)受到干旱和鹽度等因素的影響時(shí)，可以從C3途徑轉(zhuǎn)變?yōu)镃AM。

伊麗莎白·凱洛格，也是丹佛斯中心，要求為大須芒草(基因組序列須芒草gerardii亞種。gerardii)，與大平原最有關(guān)聯(lián)的工廠。大藍(lán)草在高草草原上占主導(dǎo)地位，在一些地區(qū)占生物量的70%，對氣候變化具有很強(qiáng)的抵抗力。

在一個(gè)補(bǔ)充項(xiàng)目中，佐治亞大學(xué)的Karolina Heyduk尋找兩個(gè)龍舌蘭親屬的基因組序列：C3種Yucca aloifolia和CAM種Y. filamentosa。比較這些物種的基因組可以闡明這兩種光合作用形式所涉及的基因和途徑。同樣，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的小楊楊提出的CAM植物長壽花的基因圖譜可以讓研究人員了解它如何響應(yīng)環(huán)境條件的變化，包括溫度，水和氮源。

到目前為止，很少有針葉樹的基因組測序，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Joerg Bohlmann希望提高這個(gè)數(shù)字。他針對常見的紅豆杉和西部紅柏的基因組和轉(zhuǎn)錄組，以及所有候選生物能源原料Jeffrey pine的轉(zhuǎn)錄組。

兩個(gè)項(xiàng)目側(cè)重于火災(zāi)對森林的影響，因?yàn)橥耆謴?fù)可能需要數(shù)十年。

森林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室的Daniel Cullen正在比較森林中的松樹林(Pinus contorta)在火災(zāi)擾亂和未受干擾的森林中占主導(dǎo)地位的森林微生物群落，部分原因是確定針葉林中碳循環(huán)的基礎(chǔ)。同樣，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Thomas Bruns通過研究13種真菌的基因組和轉(zhuǎn)錄組以及燒傷土壤的轉(zhuǎn)錄組，試圖更多地了解嗜冷真菌對火災(zāi)后土壤碳的影響。

一些項(xiàng)目側(cè)重于微觀和宏觀上的植物 - 微生物相互作用。華盛頓大學(xué)的Sharon Doty正在調(diào)查白楊內(nèi)生菌，一種固氮，一種涉及植物修復(fù)。眾所周知，植物根系微生物聚生體對植物生長和對土壤條件變化的適應(yīng)性至關(guān)重要，但仍有許多關(guān)于群落組成和功能的知識。

美國農(nóng)業(yè)部ARS的Devin Coleman-Derr在資源分配方面正在尋求更多地了解根系相關(guān)Actinobacteria在干旱條件下促進(jìn)高粱和水稻宿主健康的作用。

北亞利桑那大學(xué)的保羅·迪克斯特拉(Paul Dijkstra)將在他的分配下闡明柳枝稷領(lǐng)域的土壤細(xì)菌轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

佐治亞大學(xué)的威廉·惠特曼計(jì)劃開發(fā)100-200種土壤或植物相關(guān)原核生物的pangenomes。pangenome概念對于理解微生物種群可能在當(dāng)?shù)丨h(huán)境發(fā)生變化時(shí)所稱的基因庫是至關(guān)重要的。

其他項(xiàng)目側(cè)重于植物 - 真菌相互作用。

俄勒岡州立大學(xué)的Jared LeBoldus正在研究Sphaerulina musiva的代謝產(chǎn)物，它是楊樹中的Septoria莖潰瘍病和葉斑病的原因。

康奈爾大學(xué)的Christine Smart正在描述柳樹銹病(Melampsora americana)的機(jī)制，并進(jìn)行一項(xiàng)比較基因組研究，該研究涉及美洲大蠊和其他Melampsora基因組，這些基因組由DOE JGI測序，是已知的楊樹和其他候選生物能源原料的植物病原體。

密歇根州立大學(xué)的Gregory Bonito將確定Mortierella(叢枝菌根真菌的近親)和DOE JGI旗艦植物之間的吸引，交流和促生長活動(dòng)的機(jī)制。

夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的Nhu Nguyen將成為屬于牛肝菌屬的全屬分子系統(tǒng)發(fā)育，需要50個(gè)真菌基因組序列。牛肝菌真菌耐受重金屬，但保護(hù)因宿主而異。

佛羅里達(dá)大學(xué)的Wayne Nicholson將對Carnobacterium進(jìn)行更全面的評估，其菌株可以在從深海到高層大氣的所有壓力壁龕中找到。

加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Sean Crowe將描述甲烷組，其中包括分布在生物體內(nèi)的基因組信息，這些生物體產(chǎn)生或消耗甲烷，甲烷既是燃料的來源，也是溫室氣體。

新西蘭AgResearch有限公司的Graeme Attwood和他的團(tuán)隊(duì)尋求確定瘤胃微生物的基因功能，部分是為了控制微生物對牛的甲烷排放量的產(chǎn)生。

土壤排放是勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的Jennifer Pett-Ridge和印第安納大學(xué)的Jonathan Raff的重點(diǎn)。Pett-Ridge正在確定潮濕熱帶森林土壤中微生物對碳循環(huán)的影響，這項(xiàng)工作補(bǔ)充了她的DOE早期職業(yè)研究計(jì)劃獎(jiǎng)。Raff打算使用來自溫帶闊葉林場的樣本來了解更多關(guān)于一氧化氮(NO)的土壤排放，并更準(zhǔn)確地代表氣候模型中的NO匯和來源。

田納西大學(xué)的Alison Buchan，諾克斯維爾正在生成有關(guān)在河口和開闊海洋之間去除的鹽沼中木質(zhì)素相關(guān)芳香化合物的數(shù)據(jù)，以及該過程中采用的生物化學(xué)途徑。

類似的項(xiàng)目來自斯坦福大學(xué)的克里斯托弗·弗朗西斯(Christopher Francis)，涉及北美西海岸最大的河口舊金山灣三角洲。他的團(tuán)隊(duì)正在調(diào)查環(huán)境變化如何推動(dòng)河口微生物群落的變化，以及某些途徑和生物是否在某些條件下占主導(dǎo)地位，或者基因是否與特定的功能基因生態(tài)型共同變化。

有幾個(gè)項(xiàng)目專注于藻類在碳固定和潛在生物能源應(yīng)用中的作用。

內(nèi)布拉斯加大學(xué)的張馳 - 林肯專注于最接近陸生植物的藻類Zygnematales，以了解植物細(xì)胞壁如何在從水生植物到陸地植物的進(jìn)化過渡中形成。該信息可以闡明如何在不影響植物生存力的情況下解構(gòu)植物細(xì)胞壁以進(jìn)行生物燃料生產(chǎn)。

伍茲霍爾海洋研究所的馬修約翰遜對形成水華的Mesodinium rubrum和M. major complex 感興趣。雖然這些藻類是初級生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者，但它們通過捕食獲得了利用光能獲取養(yǎng)分的能力，因此基因組測序有助于區(qū)分天然代謝途徑和獵物的代謝途徑。

南卡羅來納大學(xué)的Jeffry Dudycha正在開展一個(gè)基于隱藻，真核微藻的項(xiàng)目，這些微藻是水生環(huán)境中重要的主要生產(chǎn)者，能夠捕獲廣譜的可用光。通過對來自所有主要分支的代表進(jìn)行排序，該團(tuán)隊(duì)希望最大限度地利用各種藻類社區(qū)提高生物燃料脂質(zhì)產(chǎn)量的方法。

生物土壤結(jié)皮或生物結(jié)殼對氣候變化極為敏感。由于幸存的極端干旱是植物中罕見的特征，海洋生物實(shí)驗(yàn)室的Elena Lopez Peredo將生成柵藻藻類的注釋基因組，以更多地了解生物結(jié)殼中綠色微藻的干燥耐受性。

在一個(gè)補(bǔ)充項(xiàng)目中，內(nèi)布拉斯加大學(xué)的史蒂芬哈里斯 - 林肯正在詳細(xì)介紹生物結(jié)殼中真菌和藻類成分的相互作用，以更多地了解它們?nèi)绾文軌蛉淌墉h(huán)境壓力。

一些項(xiàng)目建立了先前對1000個(gè)微生物基因組(KMG)進(jìn)行測序的努力，迄今為止已導(dǎo)致近2,300種菌株的選擇。德國DSMZ的馬庫斯·戈克(MarkusGöker)率先推出了KMG-4，以對環(huán)境相關(guān)文化進(jìn)行排序。Bigelow海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Ramunas Stepanauskas正在使用單細(xì)胞基因組學(xué)來針對分類學(xué)“盲點(diǎn)” - 由于引物錯(cuò)配或標(biāo)記基因中間序列而系統(tǒng)地代表或遺漏的分支。

北卡羅來納大學(xué)的Barbara MacGregor正在研究水平基因轉(zhuǎn)移如何塑造大型硫細(xì)菌的基因組，這些細(xì)菌通常存在于致密的微生物墊中，并在碳，氮，硫和磷循環(huán)中發(fā)揮作用。

佐治亞大學(xué)的Mary Ann Moran正在研究沿海海洋生態(tài)系統(tǒng)中的有機(jī)硫生物地球化學(xué)。她和來自蒙特利灣水族館研究所的同事們收集了一系列沿海微生物和微生物群落的時(shí)間序列，這些群落將進(jìn)行測序，以探索新陳代謝如何隨著群落組成的變化而變化。