news 2025/12/25 11:20:20

构建专属多组学数据库案例:核心模块与数据构成

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张小明

前端开发工程师

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构建专属多组学数据库案例:核心模块与数据构成

随着高通量组学数据的爆炸式增长,目前针对同一物种的各类组学数据(如基因组、表观组、转录组、蛋白质组、代谢组等)散布于众多平台和文献之中。由于缺少统一的存储标准和整合机制,科研人员难以从海量已发表数据中高效提取有用信息。

为此,构建一个全面的多组学数据集中存储与分析数据库显得尤为重要。该数据库通过标准化整合海量数据资源,并配备便捷的访问接口和分析工具,为研究者提供一站式的数据获取与深度挖掘平台,从而显著加速科研从数据到新发现的进程。

案例1 胃部多组学系统整合数据库

1. 基因组模块:收录42套胃组织及胃癌相关基因组数据,每个基因组均提供高质量注释,包括结构变异(SV)、拷贝数变异(CNV)、基因结构等,支持下载FASTA / GFF3格式。

2. 转录组模块:整合超过980份胃组织转录组数据,提供基因表达矩阵、差异表达分析结果、加权基因共表达网络(WGCNA)及可视化工具。

3. 蛋白质组模块:收集了312份胃组织蛋白质组数据,涵盖TMT / iTRAQ定量蛋白组,磷酸化、乙酰化等蛋白修饰组,提供蛋白丰度图、蛋白互作网络及疾病相关标志物筛选功能。

4. 代谢组模块:包含158份胃组织及血清代谢组数据:支持特征代谢物查询与KEGG通路映射。

5. 在线工具模块:提供多种可视化及分析工具,包括:多组学关联分析,生存分析(Kaplan–Meier、Cox回归),单基因/多基因表达可视化差异表达、GO/KEGG富集分析,蛋白互作网络构建,代谢通路富集工具,微生物组差异分析及火山图绘制,工具均无需编程即可操作,适合科研用户快速探索数据。

案例2 鲤鱼物种多组学数据库

1. 基因组模块:收录了1320份鲤鱼全基因组数据,820份红鲤、锦鲤、镜鲤、草鲤的现代养殖品系,400份野生群体,提供高质量参考基因组、结构变异注释及群体比较数据。

2. 变异组模块:收录大规模鲤鱼遗传变异数据,包括2180万个SNPs与1120万个InDels,各品系专属变异标记,支持按基因、性状、驯化分群或染色体区域查询。

3. 转录组模块:整合了2430套鲤鱼转录组数据,来源于鳃、肝、脑、肌肉、肠道、生殖腺等不同组织,胚胎、稚鱼、幼鱼、成鱼不同发育阶段,提供标准化表达矩阵、差异表达结果和共表达网络。

4. 单细胞模块:收录了86500个单细胞的转录组数据,提供UMAP/t-SNE可视化、细胞簇marker基因搜索及细胞通讯分析。

5. 表型组模块:整合1520种鲤鱼表型数据,包含速度性状,肉质性状,抗病性状。

6. 在线工具平台:群体遗传结构分析,GWAS可视化,特定品系间基因组比较,生存分析,细胞通讯网络分析,所有工具均具有可视化输出,免代码操作。

案例3 单细胞m6A多组学数据库

1. 基因组模块:收录312套参考基因组与m6A修饰检测对应的基因注释数据,包括human、mouse、zebrafish、Arabidopsis等26种常用模式生物,提供m6A修饰相关基因的物种进化信息。

2. 变异组模块:收录1820万个与RNA修饰相关联的SNPs和InDels,支持按基因、疾病、motif、细胞类型检索m6A相关变异。

3. 转录组模块:整合了4120套bulk RNA-seq数据,可查询m6A上调导致表达升高/降低的基因集。

4. 单细胞模块:收录了超过310000个细胞的单细胞m6A修饰图谱。

5. 表观组模块:整合30套m6A-seq / MeRIP-seq数据集,支持关联查询:m6A修饰 → RBP结合 → 转录调控 → 染色质开放度 → 表达量。

6. 在线工具平台:单细胞m6A热图与差异修饰分析,m6A motif预测与可视化,修饰–RBP相互作用网络构建,全部免代码操作,结果可导出高质量图表。

通用的多组学数据库搭建框架

六大主要模块:Home、Data、JBrowse、Tools、Download、About

数据来源:基因组、变异组、转录组、表观组、蛋白组、代谢组等实验数据和公共数据。

数据检索:物种、样本数据类型、基因名、疾病信息、序列、功能注释、数据结果等搜索查询。

数据下载:提供FASTA、BED、CSV等多种格式数据下载。

分析工具:JBrowse和BLAST,通讯网络分析,GO和KEGG功能富集等。

可视化:基因组浏览器可展示基因结构、变异位点、基因序列等。

技术架构:数据库管理系统(MySQL)。

前端(HTML/CSS/JavaScript)和后端(Apache2+PHP-FPM);Vue.js+D3.js可视化(如热图、网络图)。

翰佰尔生物已成功搭建多种定制化数据库,包含动植物多组学数据库、生态环境数据库、医学方向数据库、一键式数据分析平台,内容涵盖多类型生命组学数据及人工智能算法应用。

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