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中国中医基因组与综合资源的TCM-Blast

摘要

中医(TCM)基因组项目旨在揭示草药的遗传信息和监管网络,并阐明其在预防和治疗人类疾病中的分子机制。此外,TCM基因组可以为在中医中发现活性成分的功能基因和中医的育种和改善提供基础。中医基本局部对准搜索工具(TCM-BLAST)是用于TCM蛋白和DNA序列相似性搜索的Web界面。它含有大约40g的TCMS基因组数据,包括36个TCMS的蛋白质和DNA序列,具有高医学价值。在TCM-BLAST网站上托管的公开可访问的TCM基因组对齐数据库(http://viroblast.pungentdb.org.cn/tcm-blast/viroblast.php.)扩展以查询多个序列数据库以获得TCM基因组数据,并提供用户友好的输出,以便于分析和浏览BLAST结果。TCMS的基因组测序有助于阐明重要的次生代谢物的生物合成途径,并为基因发现研究和分子育种提供了基本资源。TCMS基因组在中医临床实践的指导下提供了对来自这些TCMS的新型生物活性化合物和药物的有价值资源。在确定其基因组数据后,我们的数据库可以扩展到其他TCM。

背景

中药基础植物全基因组测序是中药相关基因发现和培育、合成生物学、药物发现和分子育种的重要手段[123.4.].基因组序列不仅为基础和应用研究提供了宝贵的资源,而且也为进化和比较基因组学分析,特别是在中医[5.6.7.8.9.].

实验和临床研究表明,TCMS具有广泛的药理学性质,如抗炎,抗病毒,抗微生物,抗氧化,抗真菌,抗血栓形成,抗渗透性,镇痛,抗糖尿病,抗抑郁药,抗血症和抗癌活动以及免疫调节,抗糖尿病,胃保护,肝保护性,神经保护和心脏保护作用[101112131415161718].基因组测序及其注释为通过分子育种改良中医药提供了重要资源[1920.21]以及发现利用合成生物学方法制造生物活性化合物的有用基因[1222324].这些基因组资源的可用性将促进药物和营养重要基因的发现,TCMS的遗传改善[7.2125]和新型候选药物的鉴定[26].

草药OMICS数据库(http://herbalplant.ynau.edu.cn/html/Genomes/)只收集了23个已发表的草药基因组,自2019年以来,这些增加的数据没有继续更新。药用植物基因组资源(http://medicinalplantgenomics.msu.edu).抗植物基因组数据(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/blast.cgi?prov = blastn&_type=blastsearch& blast_spec=plants_mv&link_loc=blasttab&last_page=blastp.)包括少数类型的药用植物,并且提供了最常见的可食用植物的基因组比较)。

建筑和内容

TCMS的基因组数据源自草药OMICS数据库(http://herbalplant.ynau.edu.cn/html/Genomes/)、药用植物基因组学资源(http://medicinalplantgenomics.msu.edu),中国科学院基因组学研究所的大数据中心(http://bigd.big.ac.cn/gsa/statistics).

未标注文献的中药材基因组数据来源于http://medicinalplantgenomics.msu.edu/http://bigd.big.ac.cn/gsa/statistics

TCM-Blast的部署策略包括实例化提供的病毒母细胞[27将中药基因组比对的核心组件捆绑在一起。在PHP 7.0.32内,已实现一个方便用户的网页界面,以搜寻资料库(http://www.php.net.),部署在Apache 2.4.18 web服务器(http://www.apache.org/)及MySQL数据库服务器(https://www.mysql.com/)使用Ubuntu 16.04服务器(http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-releases/16.04/).TCM-Blast有36个中医基因组数据集。

关于TCM基因组数据集的信息总结在TCM-BLAST网站的在线。从草药OMICS数据库中收集TCM-Blast中使用的TCM基因组数据(http://herbalplant.ynau.edu.cn/html/Genomes/)、药用植物基因组学资源(http://medicinalplantgenomics.msu.edu)、北京基因组研究所大数据中心(http://bigd.big.ac.cn/gsa/statistics)(关于三十六个TCMS的基因组数据来源的进一步细节,见表1).这些数据资源被学术机构或政府部门与植物基因数据库合并,发表在专业期刊和植物基因数据库上,数据来源丰富,数据质量可靠。除其他数据资源外,该数据库在我们研究中具有以下优势:1)该数据库是目前最大的中药基因组数据库;2)该数据库包括中药来源的植物遗传数据;3)该数据库为中药育种、栽培和有效成分的发现提供了支持。

表1 36个中医基因组数据来源

实用与讨论

概述TCM-Blast

我们已经开发了TCM-Blast,是一种基于Web的TCM基因组对齐数据库(图。1).TCM- BLAST提供了从包括TCM蛋白质和DNA序列数据集在内的TCM基因组数据库中选择的接口,该数据库提供了BLAST实现的查询功能[40].TCM- blast目前包含约40gb的中医基因组数据,包括36种中医的蛋白质和DNA序列。

图1
图1

TCM-Blast的主页

TCM-BLAST的主电源

用户可以直接将查询序列粘贴到查询框中,也可以将查询序列作为FASTA文件从本地文件上传。TCM- blast提供多个TCM序列数据库。然后用户可以选择特定的TCM基因组数据库来运行不同的程序(blastn, blastp, blastx, tblastn, tblastx)。TCM-Blast包括五种一般BLAST形式[27414243]对于TCM基因组数据:

  • blastn:通过核苷酸查询查询TCM核苷酸数据库。

  • 使用蛋白质查询功能搜索中医蛋白质数据库。

  • blastx:使用翻译的核苷酸查询查询TCM蛋白数据库

  • tblastn:使用蛋白质查询查询TCM翻译的核苷酸数据库。

  • Tblastx:使用翻译的核苷酸查询搜索TCM翻译的核苷酸数据库

TCM-Blast为需要收集更具体信息的高级用户提供了可选的搜索功能。2),并能够设置不同的参数,如预期阈值、字长、最大目标序列等,以便为用户收集更具体的信息。TCM基因组序列的TCM- blast序列比对结果显示在汇总表中,汇总表中包含查询序列名称、受试者序列名称、受试者来源数据库、位置评分、身份百分比、E值(图1)。3.).

图2
figure2

TCM-Blast中最喜欢的参数设置

图3
图3

BLAST结果显示中药蛋白与DNA序列相似

对此数据库的案例研究

例如,用户可以使用blastp程序选择丹参蛋白数据库,通过输入蛋白序列,得到自己期望的BLAST结果。在无花果。4.,用户已输入蛋白质序列片段:

图4
装具

的BLAST结果丹参蛋白质与输入丹参蛋白序列片段进入TCM-Blast。在第一部分(A.),使用者检查其蛋白质序列。在第二部分(B.),用输入蛋白质序列的爆炸结果短暂显示在表中。此外,可以通过单击每个分数项按钮来检查关于此对齐的详细分数信息

Mekkqedekktklqglpvdtspytqykdlddykkqaygtehlqpnpgrgaaastdaptttaaddpnkqlsstdainrqgvp.,在“输入查询序列”框中输入;选择丹参蛋白数据库;,点击“基本搜索”按钮获得BLAST结果。本次搜索得分最高的是“evm.model.C153610.1”主题,说明输入序列片段与丹参蛋白具有很高的相似性。有关此数据库的更详细用例,请参阅补充文件

未来,我们将收集更多的中医药基因组数据,为中医药研究提供数据支持。

结论

该数据库整合了多种数据库资源,显著提高了中医基因组学研究的效率。该数据库将允许用户对集成的中医基因组序列数据库执行批量序列搜索。因此,TCM- blast为中医药科研提供了全面的中医药基因组资源数据,消除了其他平台存在的潜在冗余。

可用性数据和材料

TCM-Blast是一个免费的数据库和可视化工具,对所有用户开放,无需登录,可以通过以下URL访问:http://viroblast.pungentdb.org.cn/tcm-blast/viroblast.php..这个网络工具在所有现代的网络浏览环境中都可以使用,包括谷歌Chrome, Mozilla Firefox和Safari。所有相关物种的基因组数据都可以下载http://viroblast.pungentdb.org.cn/TCM-Blast/db

缩写

中医:

中国传统医学

DNA:

脱氧核糖核酸

TCM-BLAST:

中医基本局部对齐搜索工具

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确认

我们要感谢Xingde Ren,Xiaosa Shi宝贵的建议。该工作得到了中国国家自然科学基金(81430094)和中国博士后科学基金会(No.2020M670236)。

资金

开放收费项目资助:国家自然科学基金项目(No.81430094)和中国博士后科学基金项目(No.2020M670236)。国家自然科学基金项目(No.81430094)对工程的构思和设计做出了重大贡献。中国博士后科学基金资助项目(No.2020M670236)支持对该手稿的工作和写作进行数据分析和解释。

作者信息

隶属关系

作者

贡献

Y.Z.和Y.Q.构思和设计了实验;Z.C, J.L.和N.H.收集数据;Z.C.贡献试剂/材料/分析工具;zc.c建立了数据库并撰写了这篇手稿,Y.Z.和Y.Q.对手稿进行了修改。所有作者阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到赵陈或者延江乔

道德声明

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

竞争利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

额外的信息

出版商的注意

Springer Nature在发表地图和机构附属机构中的司法管辖权索赔方面仍然是中立的。

补充信息

附加文件1:图S1

.通过‘blastp’程序设置与甘草蛋白数据库的蛋白序列比对选项。图S2.BLAST结果与甘草Uralensis蛋白数据库进行序列比对,输入查询的蛋白序列。图S3.用‘tblastn’程序设置甘草核苷酸数据库的蛋白序列比对选项。图S4.BLAST结果用' tblastn '程序与甘草(Glycyrrhiza Uralensis)蛋白数据库进行序列比对。图S5.通过blastn程序设置甘草乌拉尔根核苷酸数据库的核苷酸序列比对选项。图S6.核苷酸序列与Glycyrrhiza Uralensis核苷酸数据库通过“BLASTN”程序的爆炸结果。图S7.通过‘blastx’程序设置甘草蛋白(Gancao)数据库的核苷酸序列比对选项。图S8.核苷酸序列与Glycyrrhiza Uralensis蛋白(Gancao)数据库通过“Blastx”程序的爆炸结果

权利和权限

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引用这篇文章

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