引言
随着全球对可持续能源解决方案的需求日益增长，能源草因其在碳固定、土壤健康改善以及生物能源生产中的重要作用而备受关注。近期，福建农林大学朱方捷教授团队开发了能源草多组学数据库（EGDB，https://engrass.juncaodb.cn/），它将为能源草的研究提供强大的数据支持平台。此研究于2024年12月28日在iMeta（IF=23.8）在线发表，题为“EGDB: A comprehensive multi-omics database for energy grasses and the epigenomic atlas of pearl millet”
EGDB 将种质数据与基因组学、转录组学、表观基因组学和表型组学数据相结合，以支持不同能源草物种的功能基因组研究。EGDB 还提供了目前为止最大的能源草表观组学数据，包括珍珠粟的高分辨率染色质修饰、染色质可及性和基因表达景观。
EGDB数据库亮点
多组学数据集成：EGDB整合了11种关键能源草物种（如巨菌草、珍珠粟、芦竹等）的基因组、转录组、表观基因组和表型数据，为用户提供了一个全面的数据分析和研究平台。
丰富的基因资源：包含19.64 Gb的基因组序列，覆盖539,598个基因，其中342,300个基因已功能注释。
转录因子注释：系统性地识别了28,897个转录因子，为能源草提供了完整的转录因子注释。
基因表达图谱：整合了267个基因表达图谱，覆盖16种组织类型，助力深入探索组织特异性和条件特异性的表达模式。
EGDB主要功能模块及其功能
1.首页模块（Home）：作为主要入口，包含新闻、外部链接和出版物等部分，让用户了解最新的研究进展、相关资源和关键研究。
2.物种模块（Species）：允许用户探索各种能源草的详细信息，包括种质信息和表型数据。该模块还提供每种能源草的生态分布、抗逆境特性和生物质生产特性。
3.搜索模块（Search）：用户可以选择能源草物种，搜索其基因、基因组位置、农艺性状、基因分类、基因表达和转录因子。
4.工具模块（Tools）：提供一系列生物信息学工具，用于高级基因组研究。核心工具包括JBrowse2和BLAST+用于基因组可视化和序列分析、Primer3用于高效引物设计以及OrthoVenn3用于同源基因分析。这些工具使得用户能够执行基因搜索、功能注释、序列比对和基因家族分析。EGDB还提供了全基因组鉴定的转座元件（TEs）集合以及每个基因的导向RNA设计，这些可以直接应用于CRISPR编辑。
5.下载模块（Downloads）：提供广泛的基因组和表观基因组数据资源，包括基因组序列、GFF注释、CDS序列、组蛋白修饰、染色质可及性和TE注释等。
图 1 EGDB 构建和概述以及关键功能。（A） 数据源集成：该数据库集成了多个层次的多组学数据，包括表观基因组学、表型组学、种质、转录组学和基因组学，以提供对能量草物种的全面见解。（B）网站架构：该架构利用分层中间件设计实现高效的数据处理和管理，后端服务以 Python、PHP 和 Perl 实现，而前端接口使用 AJAX、HTML、CSS 和 JavaScript。包括 JBrowse2、Sequence Server 和 OrthoVenn3 等各种依赖项模块，用于数据可视化和分析。（C） 模块和功能：该数据库提供了一套全面的功能，包括物种浏览、种质信息、BLAST 工具、CRISPR 分析、基因搜索功能以及基因组资源（如 GFF 和基因注释文件）的下载选项。（D） 首页界面：首页展示能源草研究在可持续能源生产和生物质改良中的应用。（E） 种质分布：珍珠粟 （C. americanus） 种质多样性的全球分布模式。（F） JBrowse2 可视化：能量草数据库支持不同组织和实验条件下的转录组数据可视化，以及各种能量草种的基因组数据。（G） 直系同源分析：该分析显示了直系同源基因簇在紫象草、象草和巨菌草中的分布。
珍珠粟表观基因组图谱
对于能源草，虽然可以获得基因组和转录组数据，但表观遗传数据集仍然稀缺。因此，我们补充了 EGDB 的表观遗传数据，构建了珍珠粟的综合表观基因组图谱。
珍珠粟广泛生长在干旱和半干旱地区（约 3000 万公顷）。珍珠粟广泛种植于干旱和半干旱地区（约3000万公顷）。珍珠粟谷物在用作能源草的同时，还养活了全世界超过 9000 万人。珍珠粟的谷物虽然用作能源草，但还养活了全球 9000 多万人。结合 MNase-seq、ChIP-seq、DNase-seq 和 RNA-seq，我们生成了 163 Gb 的表观遗传序列数据。通过对非编码基因组的系统注释，我们定义了 15 种染色质状态和潜在的顺式调节元件，包括 27,396 个可接近的启动子和 173,868 个远端调节元件（潜在的增强子）。表观遗传图谱显示，活性组蛋白标记在启动子区域（H3K4me3、H3K27ac、H3K14ac 和 H3K9ac）或基因区域（H3K4me1 和 H3K36me3）中富集。在珍珠粟中，71.70% 的 DNase I 超敏位点 （DHS） 位于基因间区域，53.11% 的基因间开放染色质区域与 TE 重叠，特别是与 Gypsy 元件重叠，Gypsy 元件存在于 23.18% 的基因间 DHS 中。对于抑制组蛋白标记，53.74% 的 H3K27me3 峰位于基因间区域，这可能有助于 TE 的基因组压缩和抑制。
图 2珍珠粟的表观基因组图谱有助于揭示基因表达的调控机制。(A)表观基因组特征的染色体分布全基因组表征：最外圈代表七条染色体，以100 kb分辨率显示。第二圈显示基因密度。(B)热图：展示七种组蛋白修饰和TSS（转录起始位点）周围的开放染色质信号。(C)柱状图：展示叶组织中表观遗传标记在基因组不同区域的分布，包括启动子（1−2 kb）、启动子（ ≤ 1 kb）、5′ UTR、3′ UTR、外显子、内含子、下游区域（ ≤ 300 bp）和远距离区域间隔。(D)染色质可及性区域分布：根据与基因的接近程度，分析全基因组的三种可及染色质区域——基因相关ACR（gACRs）、启动子ACR（pACRs）和远端ACR（dACRs）。(E)基因表达水平：分析具有活跃启动子（active）、可及启动子（accessible）和其他启动子（other）的基因表达水平。(F)远端ACR到最近基因的距离分布。(G)DNA足迹分析：分析显示AP2转录因子显著富集（左），并展示其对基因表达的影响（右）。(H)染色质图景：珍珠粟染色质特征由15种状态模型表征。(I)不均衡表达模式：展示了大多数重复直系同源基因的表达模式不均衡性。(J)表观基因组特征不均衡性 (K)主要转座元件家族中的组蛋白修饰水平。
EGDB数据库的上线，不仅为能源草的研究提供了一个集成数据资源和工具的平台，而且对于推动可持续农业和可再生能源发展具有重要意义。
福建农林大学生命科学学院2021级博士研究生罗琳，福建农林大学菌草与生态学院林冬梅教授、圣路易斯大学2022级博士生李金辉、福建农林大学菌草与生态学院2022级博士研究生陈昊为论文共同第一作者。硕士生屈祺、张林、罗源等也参与了研究工作。福建农林大学海峡联合研究院肖嘉靖副教授，朱方捷教授，四川农业大学草业科技学院黄琳凯教授为该论文的共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、福建省自然科学基金、国家自然科学基金、福建省重大专项项目以及福建省农业厅项目的资助。
本研究依托福建农林大学国家菌草工程技术研究中心（菌草中心）开展，菌草中心开创的菌草技术现已传播至全球110国，为我国“一带一路”、“乡村振兴”等国家战略做出重要贡献。本中心致力于菌草资源的研究、开发与应用，以菌草生态治理、生物质能源、食用菌栽培为重点，推动菌草技术在农业、生态修复和可再生能源领域的广泛应用。作为国家创新发展和生态保护的典范，福建农林大学国家菌草工程技术研究中心始终以“科技创新、生态优先”为宗旨，为建设绿色地球贡献中国智慧与方案！
🔗 访问数据库： EGDB官网
Lin Luo, Dongmei Lin, Jinhui Li, Hao Chen, Qi Qu, Lin Zhang, Yuan Luo, et al. 2024. “EGDB: A Comprehensive Multi-Omics Database for Energy Grasses and the Epigenomic Atlas of Pearl Millet.” iMeta 3: e234.
https://doi.org/10.1002/imt2.263
#EGDB #能源草 #表观基因组 #可持续能源
