文献集锦 | PlantCFG：用于分析多种植物候选开花基因的综合数据库

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2023-11-03 16:33

近期，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和扬州大学植物功能基因组学教育部重点实验室联合通讯，在Plant Communications上发表了最新研究成果，开发了一个用于分析多种植物候选开花基因的综合数据库PlantCFG。

文章题目

PlantCFG: A comprehensive database with web tools for analyzing candidate flowering genes in multiple plants

第一作者：Dongxu Liu, Jiawei Li, Shengbo Wang

通讯作者： Jian Wu, QingYong Yang

通讯单位：华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和扬州大学植物功能基因组学教育部重点实验室联合通讯

杂志：Plant Communications

影响因子：10.5/Q1

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100733

数据库链接：

https://yanglab.hzau.edu.cn/PlantCFG

研究背景

植物从营养发育阶段向生殖发育阶段的过渡，即开花时期，在植物的生命周期中起着重要的作用，开花期是建立作物产量的一个极易受影响但关键的阶段。因此，开花时间分析是植物分子遗传学、进化生物学、生态学和作物育种等多个领域的研究热点。近年来，在了解不同植物，特别是模式植物拟南芥的开花调控方面取得了重大进展。

不同植物的开花时间差异很大，并且受各种环境因素的影响。全面了解多种植物开花基因的功能和系统比较，对于阐明作物的驯化和适应至关重要。然而，现有数据库只专注于研究如拟南芥这类少数模式植物的开花基因，如水稻、小麦、大豆和甘蓝型油菜其他植物物种缺乏系统的数据库。从多种植物和不同的数据库中寻找基因费时费力，且来自不同生物信息学背景的开花基因不能直接在项目之间进行比较。为了提高对开花时间变化的认识，迫切需要建立一个全面的开花基因数据库，使用户能够便捷比较不同物种间的开花基因。

研究意义

PlantCFG致力于收集、整理、展示和比较植物基因组中的开花基因。通过PlantCFG，用户可以高效地获取不同物种的候选开花基因信息，而无需在不同的数据库之间来回导航。“Synteny”、“Phylogenetic”、“Sequence identity”和“Ka/Ks”模块提供的候选开花基因的跨种比较功能将有助于阐明作物驯化和适应的分子基础。“系统发育”模块中对基因家族的系统发育分析功能将有助于基因家族中共享同源基因的鉴定，并验证鉴定的同源基因对的准确性。用户可以通过“提交”模块提交开花基因，新的开花基因将被审查并定期更新到数据库中。在未来，PlantCFG将通过整合更多的基因组、植物和更友好的功能继续发展。这些努力将使PlantCFG成为植物开花基因比较和进化研究的一个更有价值的资源。

▲A：PlantCFG数据库主页

B：PlantCFG数据库体系结构

研究人员开发了一个植物候选开花基因综合数据库，从EnsemblPlants和以前的出版物中收集了总共112个基因组，在拟南芥、大豆和水稻中分别筛选了459、71和112个已报道的开花基因，基于此利用序列相似性和保守结构域相结合的方法鉴定了其他物种的候选开花基因。

PlantCFG旨在收集、整理、展示和比较多种植物的开花基因，包括：

(i)查询112种植物候选开花基因的基本信息；

(ii)探索“ABCDE”模型中涉及的基因功能；

(iii)对不同物种候选开花基因进行共线性关系、系统发育分析、序列同一性和Ka/Ks分析；

(4)浏览、搜索和批量下载候选开花基因列表和序列。

此外，PlantCFG数据库还提供了“Submit”模块，用户可以提交开花基因，数据库将对提交的基因进行审核并定期更新。

▲C：已报道的开花基因、基因家族维度检索候选开花基因

D：Pfam家族维度检索候选开花基因

PlantCFG由四个主要模块组成：(i)Search；(ii)synteny；(iii)ABCDE modelevolution；(iv)进化。主页允许用户快速访问四个主要模块和外部链接，包括FLOR-ID、 TAIR、EnsemblPlants、InterPro和UniProt。

在“Search”模块中，用户可以通过五个维度检索候选开花基因：(i)种名；(ii)已报道的开花基因；(iii)基因家族；(iv)Pfam家族；(v)序列。“Search by species”页面显示了112种植物的物种树，对应属和候选开花基因号附着在每个节点上。用户可以通过点击物种名称或图片按钮，查看每个物种的详细描述，以及候选开花基因的全局统计、功能注释、分布和基因家族分类。关于候选开花基因的基因组位置信息可以通过点击染色体或支架来查看(图C)。

▲E：序列维度检索候选开花基因

F：“Synteny”模块提供不同物种间候选开花基因的共线性关系分析

PlantCFG数据库包含从10 个植物科获得的82104个候选开花基因，这些基因可归为372个蛋白质类和62个基因家族，最大的基因和Pfam家族是MADS转录因子家族(图D)和SRF型转录因子(图E)。在“Search by gene family”和“Search by Pfam family”页面，通过选择基因或Pfam family的名称，可以获得112个物种中特定基因或Pfam family的统计、分布、比较和序列信息(图D、E)。为了进一步方便用户进行跨物种比较，研究人员提供了“Synteny”模块来分析不同物种间候选开花基因的共线性关系，用户可以查看同源基因对的信息。

▲G：“ABCDE”模块有助于探索花器官发育的调控机制

与花器官发生相关的基因可分为A、B、C、D和E 五类，为了探究这些基因对花器官发育的调控机制，在112种植物中鉴定出了3227个基因，研究人员据此设计了“ABCDE”模块(图G)。该模块提供了花器官SVG图，用户可以通过点击任意元件，访问调节不同花器官的A、B、C、D、E类同源基因的分层组合。

“Evolution”模块包括系统发育、序列识别和Ka/Ks分析工具，这一页面提供了候选开花基因系统发育关系的跨物种比较，用户可以访问开花基因的直向同源物和旁系同源物的整体视图(图H)。为了获得基因家族中共享的同源基因，研究人员在系统发育模块中提供了“Family”模式对基因家族进行系统发育分析。在“Sequence identity”工具中，用户可以查看每个基因的详细信息，并使用多序列比对查看基因共线性及序列差异。

▲H：PlantCFG中的“系统发育”模块

I：PlantCFG中的“Sequence identity”工具

Ka/Ks比值被用来诊断序列演化的形式，这一模块提供了多个动态图表，供用户可视化和研究Ka/Ks分布(图J)，有利于多种植物开花基因进化的研究。在“Download”模块中，用户可以批量下载候选开花基因列表以及FASTA格式的蛋白质、CDS和基因序列，方便用户高效地进行序列分析。此外，还开发了“Submit”模块，允许用户轻松添加新报道的开花基因。