Plant Communications | 中山大学史俊鹏课题组构建高粱族大型比较基因组学数据库与分析平台

禾本科高粱族 (Andropogoneae) 约含1200种植物，包括重要的粮食、饲料、能源作物，如玉米 (Zea mays)，高粱 (Sorghum bicolor)、甘蔗 (Saccharum officinarum) 等。近年来，高粱族物种的基因组、转录组和表观组学数据快速增加，但当前仍缺乏一个高粱族多组学数据整合平台，可以满足研究者多角度、系统性、一站式的多组学分析需求，从而为高粱族重要作物优良性状功能基因挖掘和生物育种工作提供支撑。

2023年12月28日，中山大学农学院史俊鹏课题组在Plant Communications 在线发表了题为HEMU: an integrated comparative genomics database and analysis platform for Andropogoneae grasses 的论文，构建了一个包含禾本科20个物种近5000个多组学数据的数据库兼分析平台HEMU (http://shijunpenglab.com/HEMUdb)。HEMU整合了基因组、转录组、表观组、基因家族和转座元件 (Transposable element, TE) 的5个在线分析工具集（图1），其名称“HEMU”英译自中文“禾亩”，来源于《诗经·小雅》中“禾易长亩，终善且有”的描述，寄托对禾谷丰收的美好愿望。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100786

图1. HEMU数据库与分析平台功能和生成图表结果概览。

全面的高粱族比较基因组学数据库

HEMU整合了高粱族内已发表20个物种的基因组数据、基因注释与转座元件注释。这些物种不仅包括玉米、高粱等模式作物，还包括柠檬草 (Cymbopogon citratus)、黄背草 (Themeda triandra) 等近期发表的非模式物种。在组学数据方面，HEMU整合了高粱族物种的4,718份多组织RNA-seq数据、来自14个组织与10种代表性组蛋白修饰类型的90份ChIP-seq数据与来自13个组织的37份ATAC-seq数据。这些多组学数据为用户探索感兴趣的基因组区域的表观修饰和染色质可及性提供强有力的支撑。

高效的高粱族多组学数据分析平台

为降低传统基于代码的比较基因组学和多组学数据分析门槛，HEMU平台在线开发了5个不同功能的交互式数据分析模块，包括：基因组分析、转录组及其衍生分析、基因家族分析、转座元件分析、表观组学分析，以及1个多类型原始数据仓库。以上的数据分析模块相互联系，可以在HEMU中快捷方便地完成跳转，有助于用户“一站式”完成高粱族多组学数据分析和图表结果获取。同时，用于HEMU平台构建的所有代码已开源至Github仓库 (https://github.com/EdwardZhu02/HEMU-Database)，以满足个性化开发需求。

作为HEMU的应用，本文同时介绍了三个基于HEMU分析平台的研究案例，包括对玉米穗性状相关的 ARF 基因 Zm00001d023659 的基因组、转录组、表观组联合分析（图2），玉米热胁迫转录组差异基因分析和共表达网络分析，以及YABBY 基因家族在玉米、高粱和薏苡中的比较基因组学分析。同时，HEMU在线提供了详细的使用说明手册，方便用户快速上手使用。

图2. 对玉米穗性状相关ARF基因Zm00001d023659的基因组、转录组、表观组联合分析结果概览

值得一提的是，本文的两名共同第一作者朱驭之和王梓杰均为中山大学农学院大四本科生，二人目前已分别保送到清华大学和北京大学。中山大学农学院史俊鹏副教授为论文通讯作者，中山大学农学院本科生周赞陈、硕士生刘玉亭、博士后高翔和中国农业大学农学院郭伟龙副教授参与了本研究。本研究得到了广东省重点领域研发计划、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程以及中山大学基本业务费青年拔尖人才培育项目等资助。

史俊鹏，中山大学农学院（深圳校区）副教授，“逸仙学者”，博士生导师，主要研究方向为玉米及其近缘种的比较基因组学和染色质组学。主持国家自然科学基金面上项目（2023、2021）、青年项目（2019）、中国科协青年人才托举工程（2021）、广东省重点研发计划子课题等国家和省部级项目。以第一和通讯作者（含共同）在Nat Genet（2023、2018）、Nat Commun（2019）、Mol Plant（2023、2020）、Plant Com（2023a、2023b）等发表论文十余篇。课题组氛围平等，经费充裕，长期招聘博士后和专职研究人员，欢迎感兴趣的人才联系shijp6@mail.sysu.edu.cn，待遇从优！

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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