11月1日，中國海洋大學(xué)海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點實驗室方宗熙薩斯海洋分子生物學(xué)研究中心的董波教授團隊和王師教授團隊聯(lián)合在國際分子生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊NucleicAcidsResearch在線發(fā)表“EDomics:acomprehensiveandcomparativemulti-omicsdatabaseforanimalevo-devo”(EDomics:面向整個動物界進化發(fā)育的綜合比較多組學(xué)數(shù)據(jù)庫）（http://edomics.qnlm.ac)，標志著國際上首個橫跨整個動物界主要進化節(jié)點類群的發(fā)育進化相關(guān)多組學(xué)數(shù)據(jù)庫和綜合分析平臺的成功建立和正式啟用。

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進化發(fā)育生物學(xué)（EvoDevo）是近年來國際上迅速崛起的新興前沿交叉學(xué)科，旨在通過研究生物界高度多樣化的發(fā)育過程，從而深刻歸納闡釋發(fā)育過程背后隱藏的進化驅(qū)動機制和規(guī)律，以解答被Science雜志評為125個最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題之一的生物多樣性決定機制問題。在過去的幾十年里，利用經(jīng)典模式生物（如黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚和小鼠）所開展的廣泛研究給我們帶來了生物學(xué)領(lǐng)域諸多重大發(fā)現(xiàn)和突破，奠定了目前遺傳、發(fā)育和進化等領(lǐng)域的基本知識構(gòu)架體系。然而，為數(shù)甚少的模式動物無法涵蓋動物界高度多樣化發(fā)育過程的全部信息，更無法提供對整個動物界發(fā)育進化過程的全景式解讀和歸納。為填補這一極大的知識空白，利用具有關(guān)鍵系統(tǒng)發(fā)育位置和全譜系覆蓋的新興模式生物來描述整個生命樹的發(fā)育進化，對驅(qū)動進化發(fā)育學(xué)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展具有極為重要科學(xué)價值和意義。高通量測序技術(shù)的革命性突破及各類組學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用，為生命科學(xué)領(lǐng)域帶來前所未有的發(fā)展契機。基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及單細胞技術(shù)加速了許多傳統(tǒng)的非模式生物轉(zhuǎn)變成新興的模式生物（如櫛水母、絲盤蟲、玻璃海鞘、侏儒蛤等）。盡管近些年非經(jīng)典模式動物類群已積累了海量的多組學(xué)資源，并仍以史無前例的規(guī)模快速增長，但對這些儲存分散的組學(xué)資源進行整合和綜合分析仍是目前國際上動物進化和發(fā)育研究領(lǐng)域共同面臨的重大挑戰(zhàn)，迫切需要系統(tǒng)建立面向整個動物界的進化發(fā)育綜合組學(xué)數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的分析工具和平臺。

為實現(xiàn)這一目標，研究團隊收集整合了橫跨整個動物界的傳統(tǒng)模式生物和新興模式生物大量的基因組、轉(zhuǎn)錄組、單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)資源，建立了統(tǒng)一標準，對多物種海量數(shù)據(jù)進行了歸類處理，打通了跨物種多組學(xué)數(shù)據(jù)比較分析瓶頸技術(shù)難題，構(gòu)建了國際首個動物進化發(fā)育多組學(xué)綜合數(shù)據(jù)庫平臺（EDomics,http://edomics.qnlm.ac）。EDomics數(shù)據(jù)庫代表了迄今最全面和綜合的發(fā)育進化多組學(xué)資源，囊括整個動物界主要類群的代表性物種，包括來自21個主要動物門類的40個高質(zhì)量基因組和1010個bulk轉(zhuǎn)錄組，以及68個單細胞轉(zhuǎn)錄組（涵蓋來自12個廣泛研究物種的429種細胞類型）。所包含的物種涵蓋了主要的發(fā)育特性和進化節(jié)點，包括胚層的出現(xiàn)和分化、輻射對稱和兩側(cè)對稱的形成、原口動物到后口動物的過渡、水生到陸生以及無脊椎動物到脊椎動物的轉(zhuǎn)變等（圖1）。

圖1EDomics囊括動物界主要進化節(jié)點類群及其多組學(xué)數(shù)據(jù)概覽

EDomics數(shù)據(jù)庫不僅提供了高質(zhì)量的多組學(xué)信息（包括基因組組裝、基因組注釋、基因家族聚類、線粒體基因組、各個發(fā)育階段與成體組織/器官的基因表達譜和基因共表達網(wǎng)絡(luò)），以及多維度的單細胞組學(xué)信息（如細胞聚類、標記基因、基因表達和空間信息等），同時也提供了強大的生物信息學(xué)工具。通過這些工具可以探究和比較分析不同動物類群之間的進化信息（如基因家族擴張/收縮、核心和可變基因組、基因組宏觀共線性和發(fā)育轉(zhuǎn)錄組相似性分析等）。此外，利用數(shù)據(jù)庫提供的定制化工具可高效開展跨物種組學(xué)數(shù)據(jù)分析和細胞譜系追蹤（圖2）。

圖2EDomics數(shù)據(jù)庫的六大功能模塊實現(xiàn)了多組學(xué)數(shù)據(jù)和跨物種整合分析

EDomics數(shù)據(jù)庫能夠?qū)φ麄€動物界的基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)信息進行系統(tǒng)的進化發(fā)育維度展示，并提供極具價值、獨特的平臺來描述發(fā)育過程的主要轉(zhuǎn)變和生物進化中的創(chuàng)新性變化。EDomics的建立將為國際動物進化和發(fā)育學(xué)界提供一個物種覆蓋度最廣、組學(xué)資源最豐富、分析功能最全面的開放獲取數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)對迅猛增長的evo-devo海量組學(xué)資源的系統(tǒng)整合和深度分析，以助推生命科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)和重大突破，最終描繪出整個生命之樹的發(fā)展演變的全貌。

以上研究成果的發(fā)表為國際動物進化發(fā)育領(lǐng)域提供了重要資源平臺。文章評審期間，國際同行給予了很高的評價：“作者展示了一個動物進化發(fā)育領(lǐng)域綜合的多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，令人印象非常深刻”（“Theauthorspresentedanintegrativemulti-omicsdatabaseEDomicsforanimalevo-devo,whichisveryimpressive.”）；“這為整個進化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域提供了非常有用的工具，特別是對單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合”（“ThesemightbeveryusefultoolforfuturestudiesinEvoDevofieldespeciallyrecentlypublisheddataofscRNA-seqandalsospatialexpressionmap.”）。這一成果是方宗熙薩斯中心團隊在發(fā)布國際首個軟體動物綜合基因組數(shù)據(jù)庫（MolluscDB:anintegratedfunctionalandevolutionarygenomicsdatabaseforthehyper-diverseanimalphylumMollusca【http://mgbase.qnlm.ac,NucleicAcidsResearch2021】）之后的又一重要突破，進一步彰顯了中國海洋大學(xué)方宗熙薩斯中心在進化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的國際學(xué)術(shù)影響力。

方宗熙薩斯中心董波教授、王師教授、李語麗副教授為論文的共同通訊作者，隗健凱博士、碩士生劉鵬輝、博士生劉福云為論文共同第一作者，中心其它成員參與了本項目研究開發(fā)工作。以上工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、山東省重點研發(fā)計劃、山東省泰山學(xué)者等項目經(jīng)費資助。

通訊員：王翔