Molecular Plant | 华中农业大学张建伟团队国际合作发表水稻泛基因组数据库

亚洲栽培稻(Oryza sativa)是世界一半人口的主食,为人类饮食贡献了约20%的卡路里。预计2060年至2070年世界人口将增加到约100亿,因此需要寻找新方法来培育产量高、营养丰富、绿色环保和气候适应性更强的新品种。对其开展以基因组为基础的多组学研究有重要意义。自从水稻日本晴金标准参考基因组2005年发表以来,越来越多的水稻种质基因组被测序、组装和注释。如今单一的参考基因组显然不足以全面代表水稻遗传多样性、群体结构和种质资源信息,因此,泛基因组作为一种解决方案应需而生。有鉴于此,华中农业大学张建伟教授团队近日以16个亚洲栽培稻亚群代表性种质(K=15)为基础,构建并综合分析亚洲稻泛基因组倒位图谱,建成首个基于同源基因簇的泛基因组数据库。

3月21日,该团队联合多家国际科研机构在Nature Communications发表题为Pan-genome inversion index reveals evolutionary insights into the subpopulation structure of Asian rice的研究论文。该研究利用75个高质量亚洲稻与野生近缘种基因组,构建了包含1,769个非冗余倒位的泛基因组倒位图谱,对基因组倒位变异的分布、群体水平的重组和连锁效应、转座对变异的贡献及基因的表达功能等方面做了相关研究和探讨。https://mp.weixin.qq.com/s/-eUIwM1dtuE5Oc915EbAhA

3月25日,该团队再次联合中国农业大学(郭伟龙副教授)、阿卜杜拉国王科技大学(Rod A. Wing教授)、亚利桑那大学和国际水稻研究所等国内外多家单位,在Molecular Plant发表题为Rice Gene Index (RGI): a comprehensive pan-genome database for comparative and functional genomics of Asian rice的论文。该课题通过整合和利用亚洲栽培稻代表性种质的基因组信息,进行综合比较分析,建立了首个基于同源基因簇的泛基因组数据库Rice Gene Index(RGI,https://riceome.hzau.edu.cn),为全球水稻研究社团提供免费在线检索和分析服务。

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RGI包含什么?

目前,RGI 1.0选择16个代表亚洲稻主要亚群的白金级基因组,以及14个整合Iso-Seq转录本的从头注释和4个已发表注释(图1),建立不同种质基因间同源关系。此外,基于各个种质多组织的Iso-Seq和RNA-Seq 数据,RGI提供基因表达、全长转录本和可变剪接事件信息。RGI共包含744,233个基因以及平均33,350个同源基因对,鉴定出119,783个非冗余同源基因簇,并利用连通图方法为之分配112,658个同源基因索引(Ortholog Gene Index,OGI),其中21,418个核心OGI、40,141个共享OGI和51,099个种质特异性OGI。

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图1. RGI主要基础数据

RGI提供丰富的模块和工具,方便用户对不同种质基因以及基因同源关系进行查询、分析和可视化。如图2所示,RGI为每个基因建立一张“综合图文信息卡片(GeneCard)”,实现不同功能和常用数据库之间的快速链接,从而方便用户的使用。

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图2. RGI基本模块与工具

GeneCard作为中心节点连接RGI各个功能模块,记录包括OGI、基因通用名、序列、功能、表达以及其他模块或外链数据库等基本信息,并展示该基因转录本结构、可变剪接事件的可交互示意图,以及其同源关系网络图和系统发育树等(图3)。

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图3. GeneCard页面示例

如何使用RGI?

RGI用户可以访问网站手册(https://riceome.hzau.edu.cn/tutorial.html)或者关注Riceome公众号,查看网站中文教程。

华中农业大学博士研究生于志超、中国农业大学博士后陈永明和阿卜杜拉国王科技大学博士后周勇为论文共同第一作者。华中农业大学张建伟教授、中国农业大学郭伟龙副教授和阿卜杜拉国王科技大学Rod A. Wing教授为论文通讯作者。国际水稻研究所、冷泉港实验室、亚利桑那大学等单位参与该项研究工作。该研究受到华中农业大学启动费、自主科技创新基金项目(2662020SKPY010)和湖北洪山实验室(2022HSZD031)等资助,并受华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室生物信息计算平台的支持。

作者介绍:

于志超,男,华中农业大学博士研究生(2021-至今,张建伟教授课题组,https://zhang.hzau.edu.cn),主要从事植物泛基因组和转录组研究。以第一作者(含共同)在Molecular Plant发表水稻基因索引数据库、Nature Communications发表水稻泛基因组倒位变异图谱,以共同作者在Proceedings of the National Academy of Sciences、Plant Biotechnology Journal等杂志上发表多篇研究论文。Google学术链接:https://scholar.google.com/citations?user=B8LkAwsAAAA

陈永明,男,中国农业大学农学院小麦研究中心博士后。2022年毕业于中国农业大学获农学博士学位。主要进行作物进化基因组和基因表达调控研究,包括开发泛基因组水平的同源基因数据库、构建小麦整合基因调控网络、解析小麦籽粒发育的翻译调控机制。以第一作者(含共同)身份在Molecular Plant(3篇)、The Plant Cell杂志发表4篇论文,其中1篇被选为ESI高被引论文,3篇被选为Cover Article或Featured Article。

周勇,男,阿卜杜拉国王科技大学博士后(2019-至今,Dr. Rod A. Wing课题组)。博士毕业于四川农业大学小麦研究所(2013-2017,王际睿教授课题组),并在中国科学院上海生命科学院和上海师范大学进行博士后研究(2017-2019,巫永睿研究员和王文琴教授课题组)。主要从事水稻、玉米和小麦相关遗传和基因组学研究。以第一作者(含共同)在Nature Communications发表水稻泛基因组和倒位变异分析、在Molecular Plant发表水稻基因索引数据库、Proceedings of the National Academy of Sciences发表浮萍基因组测序、Plant Biotechnology Journal发表玉米转录组解析硬粉质机理和中国地方小麦品种资源群体进化研究、New Phytologist发表小麦休眠性调控机理、Scientific data上发表水稻群体水平的铂金基因组测序和Frontiers in plant science上发表水稻搞穗发芽关联分析等多篇研究论文。Google学术链接:https://scholar.google.com/citations?user=vBtrxQ0AAAAJ&hl=zh-CN

文章来源:植物生物技术Pbj

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