12月30日，我校夏瑞團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Science Bulletin（IF：18.9）上在線發(fā)表了題為“sRNAminer: a Multifunctional Toolkit for Next-Generation Sequencing Small RNA Data Mining in Plants”的研究論文，該研究開(kāi)發(fā)了一款多功能植物小RNA分析工具——sRNAminer。

小RNA廣泛存在于植物中，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)繁殖起至關(guān)重要的作用。目前已有多款植物小RNA分析工具，但大多數(shù)依賴于命令行環(huán)境，無(wú)法有效支持濕實(shí)驗(yàn)室研究人員對(duì)植物小RNA生物功能的深度探索。同時(shí)，當(dāng)前的小RNA分析工具多集中在單一類型的小RNA分析上，且計(jì)算資源消耗較大，通常還需花費(fèi)大量時(shí)間和精力來(lái)學(xué)習(xí)眾多工具或腳本的使用并組成可用的流程以獲得最終分析結(jié)果。該研究開(kāi)發(fā)的多功能植物小RNA分析工具——sRNAminer，可便于研究人員進(jìn)行一站式小RNA分析及可視化。

sRNAminer軟件整體功能概覽

sRNAminer包含了常用的植物小RNA數(shù)據(jù)分析功能。其功能主要分為四大部分：（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括接頭去除，數(shù)據(jù)去冗余，去除目標(biāo)外的非編碼RNA（rRNA、tRNA、snoRNA、snRNA）和質(zhì)體污染以及讀段回帖。（2）植物三種主要類型小RNA【微RNA（microRNAs，miRNAs）、相位siRNAs（phased small interfering RNAs, phasiRNAs）和異染色質(zhì)siRNAs（heterochromatic siRNAs，hc-siRNAs）】的鑒定與表達(dá)量計(jì)算。（3）其他常用的功能包括：小RNA靶位點(diǎn)預(yù)測(cè)，介導(dǎo)PHAS位點(diǎn)產(chǎn)生的小RNA trigger預(yù)測(cè)，降解組測(cè)序數(shù)據(jù)分析等等。（4）小RNA位點(diǎn)可視化。sRNAminer的IGV-sRNA模塊讓用戶能夠針對(duì)相應(yīng)類型的小RNA的特征對(duì)小RNA位點(diǎn)進(jìn)行快速人工檢查。

為保證用戶能夠以最快最簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行小RNA分析，sRNAminer提供了一鍵化分析功能。用戶只需要輸入小RNA測(cè)序文件、基因組文件以及軟件配備的公共非編碼RNA（rRNA、tRNA、snoRNA、snRNA）庫(kù)和質(zhì)體基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，點(diǎn)擊“Start”按鈕，軟件便會(huì)自動(dòng)解析數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將讀段回貼到基因組，然后進(jìn)行小RNA鑒定，最終在較短時(shí)間內(nèi)即可得到miRNA、phasiRNA和hc-siRNA的鑒定結(jié)果及其表達(dá)量。

sRNAminer挖掘功能概覽

此外，sRNAminer兼具界面化和命令行版本。在界面化版本下，用戶只需要簡(jiǎn)單操作即可完成多種類型的小RNA分析，大大降低了小RNA分析的門檻。針對(duì)擁有大基因組（>3Gb）的物種及大型數(shù)據(jù)集，本研究為用戶提供sRNAminer的命令行版本，使其能夠在高性能的計(jì)算服務(wù)器上使用sRNAminer進(jìn)行小RNA分析。

為了更客觀地評(píng)價(jià)不同軟件的表現(xiàn)，本研究經(jīng)過(guò)比較分析和人工檢查構(gòu)建了一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的“黃金”MIRNA和PHAS位點(diǎn)集合，用于評(píng)估sRNAminer與其他現(xiàn)有工具的性能。在miRNA鑒定方面，本研究比較了不同軟件在擬南芥和水稻上的表現(xiàn)。結(jié)果顯示sRNAminer擁有優(yōu)于/不亞于其他軟件的分析結(jié)果，并且在分析時(shí)間上比排名第二的miRDeep-P2快了一倍。在PHAS位點(diǎn)鑒定方面，本研究將sRNAminer與PhaseTank進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，sRNAminer能夠比PhaseTank鑒定到更多的高可信PHAS位點(diǎn)。

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)小RNA注釋結(jié)果的高效人工檢查，本研究基于基因組瀏覽器（IGV）開(kāi)發(fā)了IGV-sRNA，并將其作為一個(gè)功能模塊整合在sRNAminer里。IGV-sRNA可以呈現(xiàn)各種特異的小RNA特征，使研究人員能夠更全面地理解小RNA數(shù)據(jù)。另外，用戶配合sRNAminer的“sRNA Viewer”功能，即可快速跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的小RNA位點(diǎn)上，從而高效地查看小RNA位點(diǎn)。此外，sRNAminer支持高質(zhì)量PHAS位點(diǎn)圖批量自動(dòng)繪制及RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)可視化。sRNAminer可以真正實(shí)現(xiàn)從分析數(shù)據(jù)到人工檢查可視化結(jié)果再到高質(zhì)量圖表繪制的小RNA分析流程閉環(huán)。

IGV-sRNA功能概覽

sRNAminer和IGV-sRNA均為跨平臺(tái)軟件，可以在多個(gè)操作系統(tǒng)下運(yùn)行。（安裝包免費(fèi)下載地址：https://github.com/kli28/sRNAminer，https://gitee.com/CJchen/IGV-sRNA；使用手冊(cè)：https://www.yuque.com/u758713/at2327）

本論文以我校為第一完成單位，園藝學(xué)院夏瑞教授、陳程杰博士為共同通訊作者。已畢業(yè)碩士研究生李冠良和陳程杰博士為該論文共同第一作者。碩士研究生陳佩珂參與了該論文的數(shù)據(jù)分析。美國(guó)唐納德丹佛斯植物科學(xué)中心Blake C. Meyers教授對(duì)該研究做出了貢獻(xiàn)。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室等資助。

相關(guān)論文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323009350

文圖/園藝學(xué)院