Mol Plant | 中国农业大学林涛团队发布 TomOmics:番茄多组学整合与功能研究的综合平台
- 2026-06-20 17:15:16
Mol Plant | 中国农业大学林涛团队发布 TomOmics:番茄多组学整合与功能研究的综合平台
番茄（Solanum lycopersicum）是全球最重要的蔬菜作物之一，也是茄科植物研究的模式物种，具有极高的经济价值和科学研究意义。近年来，随着测序技术的飞速发展，番茄研究已步入多组学时代，产生了大量的变异数据和表达谱数据。目前的科学认知缺口在于，虽然数据量呈爆炸式增长，但由于缺乏一个能高效整合、管理并支持深度比较分析的一站式平台，科研人员在识别目标基因以及进行跨品种、跨组织的功能分析时面临巨大挑战。研究团队以此为切入点，旨在构建一个不仅能展示数据，更能在单细胞、群体及泛基因组水平上实现定制化分析的 TomOmics 平台，以填补现有番茄数据库的功能短板。 2026年5月12日，中国农业大学园艺学院林涛教授团队，联合北京市农林科学院蔬菜研究所周明研究员团队，在国际植物学顶尖期刊 《Molecular Plant》（IF=24.1）上在线发表（非最终校稿）了题为“TomOmics: An integrative multi-omics platform for comparative and functional research in tomato”的研究论文。该研究通过整合 72 个番茄基因组及 1505 份材料的多维度数据，成功开发了首个涵盖泛基因组、比较基因组学和转录组分析的综合性多组学平台TomOmics。 该平台不仅集成了基因组、变异组、转录组、表观组、表型组和代谢组六大核心组学数据，还提供了用户友好的分析工具，支持研究人员进行定制化的生物信息学挖掘。这一平台的发布为番茄功能基因组学研究和精准分子育种提供了强有力的数字底座，显著提升了从海量数据中锁定关键调控基因的效率。 
研究整合多源生物信息数据，搭建TomOmics平台并划分八大功能模块，明确各模块的数据收录内容与分析功能。其中基因组模块收录72份番茄基因组资源，变异组包含百万级遗传变异位点，转录组整合大量果实及组织测序文库，表观组收录甲基化测序数据，表型组涵盖千余项农艺性状，同时设置多组学综合分析模块与生物信息分析工具，平台整体界面简洁、操作便捷，可实现番茄重要性状候选基因的快速筛选与系统分析。 
图1 TomOmics平台主界面与功能模块总览研究构建基因组模块并划分六大功能板块，依托65份高质量染色体水平基因组构建系统发育树，明确番茄种质分为两大演化类群，同时分析基因家族的扩张与收缩特征。该模块完成全基因组共线性分析，鉴定大量转录因子家族与蛋白结构域，还完成番茄家族水平泛基因组分析，划分核心基因、软核心基因、非必需基因及特有基因家族，支持不同种质基因家族特征可视化比对。 
图2 栽培番茄及其野生近缘种的演化关系分析 研究构建变异组模块，整合三套不同参考基因组的番茄群体变异数据集，收集1505份番茄种质资源的海量遗传变异位点，包含单核苷酸多态性、插入缺失、结构变异等多种变异类型。研究采用专业软件对全部变异位点进行功能注释，明确不同变异位点对基因功能的影响，为番茄群体遗传分化、性状关联分析提供完整变异数据集。 
图3 TomOmics基因组模块与变异组模块功能展示 研究搭建转录组模块，构建两套基因表达数据集，分别涵盖转色期果实种质表达数据与微型番茄多组织发育表达数据。该模块支持不同种质间果实基因表达差异分析、植株组织时空表达可视化，同时基于加权基因共表达网络算法构建基因调控网络，可用于挖掘性状关联候选基因，解析番茄果实发育调控机制。 研究采集96份番茄种质的全基因组重亚硫酸盐测序数据，构建表观组模块，量化CG、CHG、CHH三种序列背景下的DNA甲基化水平。平台搭载可视化工具，可直观展示特定位点、基因区段及全基因组范围内的甲基化修饰特征，为解析番茄驯化过程中表观遗传调控机制、探究基因表达调控模式提供数据支撑。 研究整理汇总1107项番茄农艺性状，搭建表型组模块，性状涵盖果实品质、代谢物质、挥发性物质、器官形态及抗逆性等类别，整合多群体种质表型统计数据。平台对全部性状进行分类归档并标注种质来源、基因型信息，为基因型与表型关联分析、优异种质筛选提供完善的表型数据资源。 
图4 转录组、表观组及表型组模块功能与应用展示 研究整合变异、转录、表型数据构建多组学模块，包含单倍型、祖先单倍型块、表达数量性状位点及全基因组关联分析四大分析功能。该模块可实现种质单倍型分类、野生种质渐渗片段溯源，鉴定海量表达调控位点，解析遗传变异对基因表达的影响，还能挖掘性状显著关联的遗传位点，助力番茄驯化演化解析与功能基因挖掘。 研究为平台开发九大生物信息分析工具，涵盖序列检索、比对、富集分析、引物及编辑位点设计等功能。其中检索工具整合平台全部数据资源，可一键查询基因序列、变异、表达及单倍型信息，其余工具可完成基因结构可视化、序列分析、通路富集及分子实验元件设计，全面提升平台的数据处理与试验辅助能力。 
图5 多组学模块与检索工具的整合应用展示 研究设置两个案例验证平台实用性，一方面利用祖先单倍型块分析，筛选出调控番茄果糖含量的关键单倍型区块，明确野生种质单倍型对栽培番茄果糖积累的促进作用；另一方面依托蛋白结构域筛选萜烯合成酶家族基因，完成基因家族系统演化分析，证实该基因家族在番茄演化过程中功能保守。 
图6 TomOmics平台应用案例分析 研究成功开发TomOmics番茄多组学整合平台，整合目前最全的番茄种质多组学数据，弥补了现有数据库数据碎片化、分析功能单一的缺陷。相较于同类茄科作物数据库，该平台新增泛基因组分析、祖先单倍型溯源、表达数量性状位点分析等特色功能，实现了番茄种质演化、基因调控、性状形成的系统性解析。研究明确平台更新迭代方向，计划持续纳入表观遗传、功能基因验证等数据，未来将打造番茄研究核心数据枢纽。该平台不仅丰富了茄科作物生物信息资源，还为番茄基因功能挖掘、种质改良、分子精准育种提供重要支撑，也为其他经济作物多组学数据库构建提供参考范式。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.05.003 文献简报 PBJ | 中国农业大学揭示精准调控玉米开花期与产量分子机制 PBJ | 扬州大学吴健/王幼平与上海师范大学张辉团队利用碱基编辑叠加 BnaALS 突变创制双抗除草剂油菜新种质 Cell！| 清华大学刘玉乐团队/北京大学雷晓光团队揭示植物植保素介导化学防御的遗传基础与广谱抗病新机制 Plant Commun | 中国农业大学杨文才/杜敏敏团队揭示番茄黄酮代谢调控精妙分区！花青素筑牢种子防护屏障 JIPB | 山东农业大学李传友团队揭示番茄磷饥饿响应的动态调控模块：SlMED25与SlSPX2竞争性结合SlPHR3的分子天平 Hortic Res | 华中农业大学徐强团队揭示紫皮黄皮中柠檬酸与花青素协同积累的分子机制 Plant Commun | 山东农大崔海涛/薛丽团队揭示水稻广谱抗病基因OsCRRSP1的免疫调控功能 New Phytol | 南京农大吴俊/山东农大薛程团队揭示梨果实“石细胞”形成机制：生长素与赤霉素信号的协同调控 JIPB | 中国农业大学刘兴旺/任华中团队揭示一个基因搞定黄瓜单倍体诱导：CsPOD7的新功能
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