近日，我校生命科學學院李鴻彬教授團隊在植物黃萎病研究領域取得重要進展，建立了國際上首個完全開放的用于研究植物和輪枝菌互作的多組學數據庫—VPI-MD，研究成果以“VPI-MD: a multi-omics database for Verticillium-plant interaction”為題，發表在植物學科國際權威期刊《Plant Biotechnology Journal》（中國科學院1區TOP期刊，五年影響因子12.1，植物學科期刊排名5/265）。 

由大麗輪枝菌引起的黃萎病是全球最嚴重的土壤傳播植物病害之一，超過400種植物/作物受到黃萎病的嚴重影響，導致產量和質量大幅下降，造成全球數十億美元的巨額經濟損失。控制引起黃萎病的關鍵病原菌和闡明病原菌-宿主相互作用機制是防治黃萎病的重要前提。VPI-MD數據庫將在黃萎病的防治方面發揮重要作用，為農業和相關產業的可持續發展做出重要貢獻。

該數據庫收集了包括大麗輪枝菌（V. dahliae）和其他輪枝菌在內的10種輪枝菌，以及鐮刀菌等相關菌屬共計104個致病菌的相關數據；宿主植物包括錦葵科、茄科、十字花科等七個科屬在內的14種植物（圖1）。

圖1. VPI-MD多組學數據庫涉及的輪枝菌屬和植物物種

該數據庫收集了目前相關的所有多組學數據，包括基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組、甲基化組、非編碼RNA等在內的所有已公開的和自測的3000+樣本數據，總的數據量超過了6.5T。收集和整理了已鑒定的黃萎病相關的242個真菌基因和565個寄主植物基因。開發內置了包括在線差異分析和GO/KEGG富集分析在內的14個在線分析工具，并支持使用者上傳自己的組學數據進行分析，是數據收集、分析、可視化于一體的綜合數據庫（圖2）。

圖2. VPI-MD數據庫構建框架和組成內容

研究團隊利用兩個實例演示了數據庫中組學數據和在線分析工具的使用，展示了利用該數據庫挖掘數據的快速性和準確性：

（1）多組學聯合分析。通過自測的轉錄組和蛋白組數據進行聯合分析，成功鑒定了一系列候選致病基因。通過Protein-Protein Interaction工具預測VdSFL1轉錄因子和HSP90等基因存在互作，該結果得到了酵母單雜和雙熒光素酶報告基因實驗的驗證。敲除實驗也證明VdSFL1顯著影響大麗輪枝菌對棉花的致病力（圖3）。

圖3. 多組學聯合分析實例

（2）泛基因組分析。真菌的譜系特異性區間（LSRs）通常含有獨特生物功能的關鍵基因，通過自測的棉花強致病力大麗輪枝菌V592基因組為參考基因組，進行了泛基因組分析，成功鑒定了兩個LSRs，其中LSR1-V592已經被廣泛研究，該片段來自F. oxysporum f. sp. vasinfectum的水平轉移，含有多個棉花特異的致病基因。LSR2-V592是一個新發現的LSR，與LSR1-V592含有相同的分布模式，同樣來源于鐮刀菌屬F. keratoplasticum LHS11.1的水平轉移（圖4）。

圖4. 泛基因組分析實例

論文第一單位為石河子大學，生命科學學院李鴻彬教授為論文通訊作者，生命科學學院博士生石善黨為論文第一作者，該工作得到了新疆維吾爾自治區“天山英才”計劃等項目的資助。

（通訊員：黃剛 石善黨）