H3NGST：面向ChIP-seq全流程分析的自动化网络平台及其在表观遗传研究中的应用

为解决ChIP-seq分析中手动处理流程繁琐、技术门槛高的问题，研究人员开发了H3NGST平台，实现从BioProject ID输入到峰值注释的全自动分析。该平台整合了SRA数据获取、FastQC质控、BWA-MEM比对、HOMER峰值识别等模块，支持转录因子和组蛋白修饰分析，显著提升了分析效率和可重复性，为表观遗传学研究提供了便捷可靠的解决方案。

　　

随着下一代测序（NGS）技术的飞速发展，染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）已成为研究蛋白质-DNA相互作用和组蛋白修饰的关键技术。然而，传统的ChIP-seq数据分析流程涉及多个独立工具和复杂的手动操作步骤，包括原始数据获取、质量控制、序列比对、峰值调用和功能注释等环节，这对缺乏生物信息学背景的实验研究人员构成了显著障碍。现有平台如Galaxy、Cistrome等虽提供部分网络化分析功能，但仍需用户上传数据、注册账户或调整参数，未能实现真正的端到端自动化分析。

在此背景下，来自世宗大学的Hyeon Ho Heo和Soo-Jong Um团队开发了H³NGST（Hybrid, High-throughput, and High-resolution NGS Toolkit），这是一个完全基于网络的一站式ChIP-seq分析平台。该研究发表于《BMC Bioinformatics》，旨在通过自动化、用户友好的设计降低技术门槛，推动表观遗传学研究的普及化和标准化。

为开展本研究，作者主要采用了以下关键技术方法：基于NCBI SRA的BioProject ID自动解析与原始数据下载（使用prefetch和fasterq-dump工具）；双端/单端测序数据自适应质量控制与适配器修剪（FastQC和Trimmomatic）；参考基因组比对（BWA-MEM）；文件格式转换与排序（Samtools和Bedtools）；峰值检测与注释（HOMER工具包，支持窄峰和宽峰分析）；以及可视化文件生成（DeepTools）。所有分析均在服务器端完成，用户无需上传数据或安装软件。

实现方法概述

H³NGST的流程分为四个核心阶段：原始数据获取、预处理与质控、序列比对与文件转换、峰值调用与功能注释。系统首先通过用户提交的BioProject ID自动解析出对应的SRR编号，下载SRA数据并转换为FASTQ格式。根据SRA RunInfo元数据自动判断测序类型（单端/双端），并动态调整后续参数。质控阶段采用FastQC检测测序质量和适配器污染，再通过Trimmomatic进行修剪和过滤。清洁后的读数使用BWA-MEM比对到用户指定基因组（如hg38或mm10），生成SAM、BAM和BED文件。峰值调用使用HOMER，根据用户选择的峰值类型（窄峰用于转录因子结合，宽峰用于组蛋白修饰）进行识别，同时完成motif富集分析和基因组注释（如启动子区域、TSS邻近性等）。最终结果包括峰值坐标、注释表格、motif发现结果和质量报告，所有文件均可通过平台界面下载。

结果与讨论

H³NGST通过一个直观的四步网络界面（图2A-D）实现用户交互：用户输入BioProject ID和昵称后，系统自动获取样本元数据并列出相关SRR条目（图2B）；用户可选择参考基因组、峰值类型、FDR阈值和启动子范围等参数（图2C）；提交后系统生成分析摘要（图2D）。平台支持移动设备访问，且无需用户认证或文件上传，所有传输均通过SSL/TLS加密保障安全。

结果检索页面提供分析状态实时更新和文件下载功能，包括每样本处理进度表（如QC→SAM→BAM→BED→BigWig→Motif Finding→Peak Finding）、修剪摘要表（输入读数、存活读数、丢弃百分比等）、以及峰值关联的候选基因列表。输出文件涵盖标准格式如BAM、BED、BigWig和注释表格，其中BigWig文件可通过UCSC Genome Browser或IGV进行可视化浏览，峰值注释表包含基因组坐标、基因名称、TSS距离、峰值类型和富集分数等关键信息。

与现有平台（如Galaxy、GenePattern、Cistrome、CSA和Basepair）相比，H³NGST在自动化程度、无需上传数据、集成下游注释和安全性方面具有独特优势（表3）。它支持主要人类和小鼠基因组（hg18/hg19/hg38、mm9/mm10/mm39），目前单次分析最多处理4个样本，并通过队列系统管理并发提交。未来计划扩展至植物、昆虫和其他动物基因组，并整合RNA-seq、scRNA-seq和ATAC-seq分析模块，以支持多组学整合研究。

结论与意义

H³NGST通过全自动、网络化的设计显著降低了ChIP-seq分析的技术壁垒，使缺乏生物信息学训练的研究人员也能轻松获得高质量、可重复的结果。平台整合了从数据获取到功能注释的完整流程，动态参数调整和移动兼容性进一步增强了其灵活性和可用性。对于表观遗传药物研发（如HDAC抑制剂或EZH2抑制剂筛选）、染色质状态分析和转录调控网络推断等领域，H³NGST提供了一个高效、可靠的解决方案，有望推动大规模表观基因组研究的普及和深化。该平台目前仅限于学术使用，访问地址为https://ngschiphhh.duckdns.org。