經Horticulture Research 編委會專家評審，華北理工大學宋小明教授團隊題為Flowering genes identification, network analysis and database construction for 837 plants的研究論文當選Horticulture Research 2024年4月封面文章。
開花是被子植物從營養生長到生殖生長轉變的重要生物學标志，在被子植物生長和物種進化中處于核心地位。開花過程受光周期、低溫誘導、自主、生物鐘、溫度、衰老、激素和糖代謝等途徑調控。在模式植物拟南芥中已經進行了較為全面的開花基因探索，然而不同開花調控途徑以及其中涉及的開花基因較多，使資料搜集過程耗時耗力。是以急需搭建一個資料庫平台，對蔬菜等衆多完成基因組測序的植物開花基因進行鑒定和深入分析，并建立全面而綜合的資料共享和分析平台。
本研究搜集了模式植物拟南芥中已報道的不同開花調控途徑以及其中涉及的開花基因，繪制了開花基因互相作用網絡圖（圖1）。然後，搜集了目前釋出的837個蔬菜等植物高品質基因組，并對其進行了開花基因的鑒定及深入的資訊比較分析。在這項研究中，我們鑒定了光周期途徑基因80,810個、糖代謝途徑基因34,373個、溫度途徑基因30,396個、低溫誘導途徑基因27,451個、衰老途徑基因22,839個、自主途徑基因73,286個、生物鐘途徑基因29,511個、激素途徑基因24,707個，以及ABCDE模型基因10,155個。這些基因及相關分析結果全部存儲于本研究搭建的“植物開花基因資料庫”平台（PFDB，http://pfgd.bio2db.com/）
圖1 開花基因調控網絡及不同類群比較分析
同時，PFGD資料庫預測了每個物種開花基因的上遊調控基因，如圖展示了ABCDE模型的上遊調控基因（圖2）。此外，還鑒定了每個物種中開花基因相關的microRNA及其靶基因。這些結果為下一步進行蔬菜等植物開花基因的功能組學研究提供了豐富的資料資源。
圖2 ABCDE模型開花基因及其對應的上遊調控基因分析
此外，PFGD資料庫利用Hi-C資料，對開花相關基因進行了三維基因組分析。其中距離大于2 Mb且互相作用強度高的區域以紅色表示（圖3）。紅色連接配接區域中的調控元件更可能在三維水準上調控開花基因的活性。這些發現為開花基因的功能基因組學和分子育種研究提供了豐富的資料資源。
圖3 開花基因相關順式調控元件及在三維基因組資料中的調控關系
最後，本研究搭建了使用者友好的蔬菜等植物開花基因資料共享及分析平台—“植物開花基因資料庫”（PFGD，http://pfgd.bio2db.com/）（圖4），為開花相關科研及育種工作者提供豐富的基因資源。
圖4 PFGD資料庫平台架構圖
綜上，這是第一次大規模對蔬菜作物等植物基因組進行開花基因的鑒定及系統全面的比較分析。所有物種的開花基因序列和分析結果都可以從本項目搭建的PFGD資料庫下載下傳使用。該資料庫平台的搭建将極大的推進蔬菜等植物開花基因的功能研究程序。希望PFGD為全球開花基因相關的研究人員提供便捷的平台。未來，該資料庫将持續關注開花基因和新測序的高品質物種，并更新相關研究成果。
華北理工大學宋小明教授為通訊作者，碩士畢業生吳彤（現河北農業大學博士研究所學生）、碩士研究所學生劉卓和于彤為共同第一作者。華北理工大學蔬菜作物功能基因學創新研究團隊的多位教師、學生以及南京農業大學周蓉副教授也參加了本研究。該工作得到了河北省傑青、國家自然科學基金和河北省自然科學基金等項目的支援。
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