加利福尼亞州沃爾諾特克里克 - 根據(jù)路邊的標志，服務的漢堡數(shù)量已經超過了十億美元，而美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)現(xiàn)在將提供數(shù)萬億個核苷酸信息 - 旨在為渴望數(shù)據(jù)的全球研究界提供食物的精選項目。

2012年社區(qū)測序計劃(CSP)呼吁研究人員提交項目提案，以提高植物 - 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宏基因組學等領域的能力，特別是復雜的微生物收集品。環(huán)境利基。來自未來一年的CSP產品組合的總分配將超過30萬億基礎(terabases或Tb)，比兩年前增加了100倍，當時只有三分之一的terabase分配給70多個項目。這相當于數(shù)據(jù)中至少10,000個人類基因組。

“這些選擇真正利用了DOE JGI的大規(guī)模測序和數(shù)據(jù)分析功能，”DOE JGI總監(jiān)Eddy Rubin說。“這些項目遍布全球和未開發(fā)的生命樹枝，并有望更好地了解氣候，生態(tài)系統(tǒng)和生物之間的相互作用。還有其他項目的目標是改善生物燃料原料生產，重點關注微生物改善原料生長和防止阻礙產量的破壞性疾病的潛力。“

從提交的152份提案中共批準了41項CSP提案，從最初收到的188份意向書中剔除。這些項目隨后由外部審查小組審查和批準，然后由DOE審查。

其中一個最大的項目來自北卡羅來納大學的Jeff Dangl和他的同事，他們專注于根際，這是一個狹窄的區(qū)域，土壤中的微生物定殖并與植物根系相互作用。根際微生物群落對植物生長和成功的重要性不容小覷。他們在提案中寫道：“獨特的'風土'使葡萄酒，玉米和其他作物的產量以及任何植物群落的生產力部分依賴于各自的根際微生物組。” “微生物組最簡單地被視為每株植物基因組的延伸; 我們不知道任何植物基因組的全部功能能力，直到我們也知道它的相關微生物組的功能能力和控制組裝的驅動因素。“Dangl團隊致力于將遺傳和基因組信息應用于生物能源和碳循環(huán)研究中。他們建議研究玉米的根際微生物組，擬南芥和芥菜一般稱為Drummond's rockcress，以及潛在的生物燃料作物Miscanthus和野生草原草，以了解與植物物種相關的微生物群落所涉及的植物遺傳學。

另一個植物項目涉及木麻黃樹，由于木麻黃與Frankia細菌共生，它們能夠耐受含有鹽和重金屬的土壤。由于這些樹木有可能成為世界熱帶和亞熱帶地區(qū)的生物質來源，法國研究所IRD-Montpellier的Laurent Laplaze領導的研究小組建議使用深度測序來分析基因表達變化的根和結節(jié)。木麻黃樹并了解更多關于這些植物 - 微生物相互作用如何影響固氮和碳固存的信息。

微生物群落的第一個基因組特征來自加州大學伯克利分校的DOE JGI和Jill Banfield及其同事之間的合作，并參與了美國加州北部環(huán)境保護局Iron Mountain Superfund基地的樣本?，F(xiàn)在，Banfield和她的同事們提議在科羅拉多州Rifle的DOE綜合野外研究挑戰(zhàn)生物修復研究站點從地下微生物群落中恢復基因組。它們最初會產生一個terabase序列，以識別可能對金屬和放射性核素的環(huán)境凈化有用的新型稀有微生物，這也可能有助于深入了解地下碳封存。

“阻礙環(huán)境基因組學的挑戰(zhàn)之一就是無法充分采樣并從復雜的環(huán)境中組裝基因組，”魯賓說。“隨著DOE JGI和其他人開發(fā)的測序技術和裝配算法的最新進展，它變得易于處理。”

另一個terabase大小的宏基因組項目來自特拉華大學的Craig Cary和新西蘭懷卡托大學的Charles Lee。他們的計劃重點是南極洲麥克默多干谷系統(tǒng)中的微生物群落。該團隊被認為是地球上最嚴苛和最極端的環(huán)境之一，具有較低的水和營養(yǎng)水平以及高鹽和紫外線輻射水平，該團隊試圖了解碳循環(huán)如何在這個生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。此外，這種環(huán)境中的微生物可以提供對寒冷生態(tài)系統(tǒng)的生物修復應用的深入了解。

奧地利維也納大學的Michael Pester領導的團隊遠離赤道和極地的研究，提出了CSP 2012產品組合中較小的測序項目之一。他們建議使用大約100 Gb的宏基因組和元轉錄組(完整遺傳密碼的復雜區(qū)域，轉錄成RNA分子并提供基因表達和基因功能的信息)序列來研究居住的微生物群落的溫室氣體排放在泥炭地，一個重要的碳匯。研究人員指出，泥炭土含有產生甲烷的生物，其排放量可通過研究較少的硫酸鹽還原微生物來減輕。

正如正在進行的細菌和古細菌基因組百科全書項目旨在填補微生物知識的空白，由俄勒岡州立大學的Joseph Spatafora和加州大學河濱分校的Jason Stajich領導的團隊計劃填補真菌樹的空白。通過在接下來的五年中對1,000個真菌基因組進行測序，為在真菌下分類的577個已識別家族中的每一個提供至少兩個參考基因組。“這個[項目]的核心目標是提供參考信息，以利用所有后來與真菌生物學相關的研究，”Spatafora和他的同事在他們的提案中寫道。“通過提供真菌基因組多樣性參考數(shù)據(jù)庫，它將與植物 - 微生物相互作用，微生物排放和溫室氣體捕獲的任何測序研究相關，

今年批準的另一個真菌項目是由美國農業(yè)部研究員Jo Anne Crouch提出的，涉及幾種感染草的真菌Colletotrichum。隨著更多的草被探索作為候選生物能源原料，防御可能降低植物生物量并因此降低纖維素生物燃料產量的真菌病原體的策略是特別令人感興趣的。另外，這些真菌基因組中的新酶可以在生物質預處理過程中具有工業(yè)應用。

在越來越多地使用測序來研究整個生物系統(tǒng)而不是單個生物體的指示中，超過一半的批準建議包括代替?zhèn)€體基因組或除了個體基因組之外對多生物樣品進行測序。在包括個體基因組測序的提議中，9個涉及植物基因組; 六個是真菌項目; 八個是微生物項目，其中五個涉及對單個細胞的基因組進行測序。

“通過這些多樣化和具有挑戰(zhàn)性的項目，DOE JGI的社區(qū)測序計劃將繼續(xù)為科學界提供與DOE科學和能源相關任務相關項目的高通量測序，”DOE JGI主任Rubin說。