Horticulture Research | 华北理工大学宋小明团队搭建国际首个蔬菜等植物开花基因数据共享及分析平台

责编 | 王一

开花是植物从营养生长到生殖生长转变的重要生物学标志，在植物生长和物种进化中处于核心地位。开花过程受光周期、低温诱导、自主、生物钟、温度、衰老和激素等多种途径调控。在模式植物拟南芥中已经进行了较为全面的开花基因探索，然而不同开花调控途径涉及的基因较多，使数据搜集耗时耗力。因此急需搭建一个数据库平台，对蔬菜等众多完成基因组测序的植物开花基因进行鉴定和深入分析，并建立全面且综合的数据共享分析平台。

近日，国际著名期刊Horticulture Research以封面文章形式在线发表了华北理工大学宋小明团队题为Flowering genes identification, network analysis and database construction for 837 plants的研究论文（图1），报道了首个蔬菜等植物开花基因数据共享及分析平台

图1. 开花基因调控网络及封面图

研究搜集了模式植物拟南芥中不同开花调控途径基因，绘制了开花基因相互作用网络图（图1）。同时搜集了目前发布的837个蔬菜等植物高质量基因组，并进行了开花基因的鉴定及深入的生物信息分析。共鉴定到光周期途径基因80,810个、温度途径基因30,396个、低温诱导途径基因27,451个、衰老途径基因22,839个、自主途径基因73,286个、生物钟途径基因29,511个、激素途径基因24,707个、糖代谢途径基因34,373个，以及ABCDE模型基因10,155个。这些基因及相关分析结果全部存储于本研究搭建的“植物开花基因数据库”平台（PFDB，http://pfgd.bio2db.com/）

同时，PFGD数据库预测了每个物种开花基因的上游调控基因，如图展示了ABCDE模型的上游调控基因（图2）。此外，还鉴定了每个物种中开花基因相关的microRNA及其靶基因。这些结果为下一步进行蔬菜等植物开花基因的功能组学研究提供了丰富的数据资源。

图2. ABCDE模型开花基因及其对应的上游调控基因分析

此外，PFGD数据库利用Hi-C数据，对开花基因进行了三维基因组分析（图3）。这些发现为开花基因的功能基因组学和分子育种研究提供了理论指导。

图3. 开花基因相关顺式调控元件及在三维基因组数据中的调控关系

最后，本研究搭建了用户友好的蔬菜等植物开花基因数据共享及分析平台—“植物开花基因数据库”（PFGD，http://pfgd.bio2db.com/）（图4），为开花相关科研及育种工作者提供丰富的基因资源。

图4. PFGD数据库平台框架图

综上，这是国际上第一次大规模对蔬菜作物等植物基因组进行开花基因的鉴定及系统分析。所有物种的开花基因序列和分析结果都可以从本研究搭建的PFGD数据库下载使用。该数据库平台的搭建将极大的推进蔬菜等植物开花基因的功能研究进程。相信PFGD会为全球开花基因的研究人员提供便捷的分析交流平台。

据悉，该成果也是继团队搭建十字花科数据库平台（Plant physiology，2022，TBGR，http://www.tbgr.org.cn）、植物激素基因数据库平台（iMeta，2024，PHGD, http://phgd.bio2db.com）、蔬菜组学数据共享及分析平台（Horticulture Research，2022，TVIR，http://tvir.bio2db.com）、植物SSR分子标记平台（Horticulture Research，2021，PSSRD，http://www.pssrd.info）取得的又一重要成果。

华北理工大学宋小明教授为通讯作者，硕士毕业生吴彤（现河北农业大学博士研究生）、硕士研究生刘卓和于彤为共同第一作者。华北理工大学蔬菜作物功能基因学创新研究团队的多位教师、学生以及南京农业大学周蓉副教授也参加了本研究。该工作得到了河北省杰青、国家自然科学基金和河北省自然科学基金等项目的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhae013

通讯作者简介：

宋小明，教授，主要研究方向为蔬菜作物功能基因组学及数据库平台搭建，在蔬菜作物重要功能基因挖掘解析及数据共享分析平台搭建方面取得了一系列重要原创性成果。2015年博士毕业于南京农业大学蔬菜学专业，获江苏省百篇优博。2019-2020年赴美国内布拉斯加大学林肯分校访学。2019-2022年在电子科技大学进行博士后研究。

发表SCI学术论文100余篇，总引用3000余次，h-index=32。以第一或通讯作者在Cell Reports（经典Cell子刊）、Plant Biotechnology Journal、Journal of Advanced Research、iMeta（预估2024年IF>20）、Plant Physiology、Horticulture Research和Plant Journal等国际著名期刊发表SCI论文60余篇。近三年以第一或通讯作者发表中科院一区top论文25篇（6篇IF>10，14篇IF>7）。

担任园艺领域顶刊Horticulture Research副主编，担任中科院SCI大类一区TOP期刊Horticultural Plant Journal编委和Journal of Integrative Agriculture青年编委，任期刊Vegetable Research和Forestry Research副主编，任iMeta、Agriculture Communications期刊青年编委。同时作为Advance Science、Plant Physiology和Molecular Ecology Resources等多个SCI杂志审稿专家。

近五年主持河北省杰出青年基金、国家重点研发计划-青年科学家项目、国家自然科学基金面上和青年项目、中国博后特别资助、教育厅青年拔尖人才等十余个项目。担任国家自然科学基金项目评审专家。荣获中国科技期刊卓越行动计划选育高水平办刊人才子项目案例奖、荣获河北省自然科学奖二等奖。荣获河北省杰青、河北省燕赵英才和唐山市凤凰青年英才等多项荣誉称号。