豆科植物基因组学研究新纪元：LGRPv2平台的高价值整合与创新应用

（编辑推荐）本文系统介绍了豆科植物基因组研究平台LGRPv2的升级成果，该平台整合413个基因组（含新解密酸豆基因组）及多组学数据，提供用户友好的交互界面和58种分析工具（含31种新开发工具），支持全基因组复制（WGD）事件鉴定、祖先基因组重建及基因家族进化研究，为豆科植物功能基因组学和分子育种提供核心资源。

　　

豆科植物基因组学研究平台LGRPv2的重大升级

摘要
豆科植物（Fabaceae）作为被子植物中多样性最丰富的科之一，在维持全球生态系统和推动人类文明发展中具有关键作用。随着豆科植物基因组数据的快速积累，研究团队开发了LGRPv2平台（https://fabaceae.cgrpoee.top），这是豆科植物基因组研究平台（Legume Genomics Research Platform）的重大升级版本。该平台整合了413个基因组，涵盖所有已发表的豆科植物基因组，并包含最新解密的早期分支豆科植物酸豆（Tamarindus indica）基因组以及三个外类群基因组（野鸦椿Euscaphis pleiosperma、葡萄Vitis vinifera和桔梗Platycodon tenuifolia）。

平台架构与功能模块
LGRPv2包含九个核心门户：

1. Synteny门户：建立豆科植物基因组共线性（GenS）中央数据库，集成DotView、SynView和DecoBrowse工具，支持多基因组比对和祖先染色体演化轨迹可视化。
2. Browse门户：提供184,511个基于共线性的直系同源群（Syn-OGs）和1,086,836个重要功能基因家族的浏览功能。
3. 资源整合：收录40,550个转录组、5,091个泛基因组、12,136个代谢组数据，以及物种百科全书和生态资源。

技术创新与数据分析

• 基因组注释：通过InterProScan和GhostKoala完成1,805万条基因功能注释，鉴定228个调控蛋白家族（含162,218个转录因子）和2,258个N⁶-甲基腺苷（m⁶A）修饰基因。
• 转座元件分析：系统注释81,343,237个转座元件（TE），发现61.9%的豆科物种TE含量超过50%，与基因组大小显著正相关（Pearson r=0.99）。
• 多倍化事件解析：通过共线性点图（BBK-GSDs）鉴定9次关键WGD事件，包括豆科共同四倍化（PCT，~66 Mya）和羽扇豆特异六倍化（LSH）。

祖先基因组重建突破
首次构建涵盖5个豆科亚科（除Detarioideae外）的祖先豆科基因组（ALG），包含18条祖先染色体和10,114个原始基因。通过AncVisual模块动态展示130 Mya以来染色体演化历程，发现：

1. 多倍化早期伴随大规模染色体重排（如PCT后发生16次染色体融合）。
2. 蝶形花亚科（Papilionoideae）染色体结构最保守，13条祖先染色体在菜豆（Phaseolus vulgaris）中完整保留。

应用案例与生物学启示

• 共生固氮基因进化：通过MGAs鉴定结瘤起始因子NIN在蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）中的单拷贝起源，而在大豆（Glycine max）中通过GST事件扩增为两个拷贝（Gma17g0090/Gma05g00293）。
• 胁迫响应基因家族：WRKY、C2H2和AP2-EREBP家族在PCT事件后显著扩张（分别48.1%、49.1%和58.3%），可能与豆科植物适应白垩纪-古近纪（K-Pg）边界环境剧变相关。

工具开发与平台优势
平台集成58种窗口化操作工具（WBOTs），其中31种为全新开发，包括：

• Syn-blocks-stat：基于_Ks峰值自动识别WGD相关共线性区块。
• PaleoFrac系列工具：解析多倍化后亚基因组分馏模式。
• Local-run套件：支持本地化"一站式"分析流程。

资源扩展与社区建设
通过Submission门户接收用户提交数据（如新解密酸豆基因组），建立Community论坛促进学术交流。统计模块提供基因组共线性、基因家族扩张等可视化图表，文档中心收录38种生物软件使用指南。

未来展望
尽管LGRPv2已整合当前最全面的豆科基因组资源，仍需补充早期分支类群（如Detarioideae）基因组以完善祖先基因组重建。平台将持续更新，通过工具创新和社区协作推动豆科植物功能基因组学与精准育种研究。