港中大深圳研究院科研團(tuán)隊(duì)整合搭建TEDD數(shù)據(jù)庫(kù)，為基因研究提供多參數(shù)可視化查詢結(jié)果

近日，香港中文大學(xué)蔡光偉教授及董梓瑞博士團(tuán)隊(duì)和深圳華大生命科學(xué)研究院談聰博士團(tuán)隊(duì)在Nucleic Acids Research雜志上發(fā)表題為TEDD: a database of temporal gene expression patterns during multiple developmental periods in human and model organisms的論文。該論文整合分析了來(lái)自人與多種模式生物的2760個(gè)組織的RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，以及510萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)（單細(xì)胞RNA-seq和單細(xì)胞ATAC-seq），提供了從胚胎期、胎兒期、新生兒期、兒童期以及成年各個(gè)發(fā)育階段的基因表達(dá)與染色質(zhì)可及行，并整合發(fā)布TEDD（Temporal Expression during Development Database）數(shù)據(jù)庫(kù)。

此次研究揭示關(guān)鍵基因的表達(dá)（expression）與染色質(zhì)可及行（chromatin accessibility）的特殊性，是解答該基因的where（特異細(xì)胞和組織類型）、when（特殊時(shí)間點(diǎn)）和how（與其他基因的互作）等問(wèn)題的關(guān)鍵，也是了解該基因在組織發(fā)育的功能以及可能的疾病致病機(jī)制的基礎(chǔ)。隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的針對(duì)人類或不同模式生物不同器官與發(fā)育時(shí)間段的單細(xì)胞測(cè)序的文章相繼發(fā)表，然而，如何整合與挖掘此類數(shù)據(jù)仍然是現(xiàn)階段的主要難題之一。

該論文通訊作者之一，香港中文大學(xué)婦產(chǎn)科學(xué)系助理教授、香港中文大學(xué)深圳研究院副研究員董梓瑞博士指出：“我們整合搭建的TEDD數(shù)據(jù)庫(kù)，為研究人員提供在單一目標(biāo)基因、多目標(biāo)基因以及無(wú)目標(biāo)基因各種情況下，查詢不同基因的組織類型特異性、細(xì)胞類型特異性或時(shí)間點(diǎn)特異性的表達(dá)與染色質(zhì)可及性頻譜的結(jié)果，多參數(shù)、可視化查詢，為研究人員進(jìn)一步研究人或模式生物發(fā)育過(guò)程中或與致病性機(jī)理相關(guān)的基因提供基礎(chǔ)。”

TEDD通過(guò)友好的交互界面：1）使研究人員能夠了解細(xì)胞類型、組織類型和時(shí)間點(diǎn)特異性表達(dá)模式的差異，以及所查詢基因在單細(xì)胞水平上的染色質(zhì)可及性特征；2）提供一個(gè)集成網(wǎng)絡(luò)以識(shí)別在不同細(xì)胞類型、時(shí)間點(diǎn)和性別條件下目標(biāo)基因共表達(dá)的細(xì)胞；3）分析和聚類基因的表達(dá)模式，特別是研究來(lái)源于相同GO或KEGG下的多基因的表達(dá)互作；和4）在所選細(xì)胞類型、組織類型和時(shí)間點(diǎn)上鑒定具有與查詢基因相似或不同表達(dá)譜的基因。

TEDD應(yīng)用概述

具體來(lái)說(shuō)，用戶通過(guò)TEDD導(dǎo)航欄子菜單引導(dǎo)即可進(jìn)入相應(yīng)功能頁(yè)面：

1）以UMAP展示基因表達(dá)與染色質(zhì)可及性。為了更好地展示數(shù)據(jù)，在輸入?yún)?shù)（物種、組織類型和查詢基因等）后，TEDD按照細(xì)胞類型、組織類型、時(shí)間點(diǎn)以及性別4種不同要素標(biāo)記UMAP中的細(xì)胞，用戶亦可手動(dòng)去除某一或某些標(biāo)記（如細(xì)胞類型）僅保留其感興趣的部分，基因表達(dá)或染色質(zhì)可及性以熱圖形式展示。為了便于比較，TEDD還可在同一界面展示兩個(gè)查詢結(jié)果。

2）共表達(dá)分析。在以往研究中科研人員較難確認(rèn)具有多基因共同表達(dá)的細(xì)胞類型與表達(dá)比例。TEDD解決了這一難題，其提供了細(xì)胞類型、時(shí)間點(diǎn)以及性別3種不同要素下，共表達(dá)多個(gè)目標(biāo)基因的細(xì)胞類型以及比例，供研究者挑選下一步實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。

3）多基因表達(dá)趨勢(shì)聚類分析。在選擇參數(shù)（物種、組織類型、細(xì)胞類型和時(shí)間點(diǎn)等）后，TEDD提供多基因列表進(jìn)行表達(dá)聚類，用戶也可查詢目標(biāo)基因所在的GO和KEGG通路獲取該通路所包含的基因列表進(jìn)行表達(dá)聚類。

4）時(shí)序性特異表達(dá)基因查找。TEDD提供同一組織類型、不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)中存在顯著差異表達(dá)的基因；也可選擇不同組織類型、細(xì)胞類型和時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，在自定義差異倍數(shù)變化及最大輸出基因個(gè)數(shù)的情況下，查找與已檢測(cè)到差異表達(dá)基因存在相同或不同表達(dá)趨勢(shì)的基因列表，供研究人員進(jìn)一步探索不同基因之間的調(diào)控關(guān)系。此外，TEDD提供時(shí)序性穩(wěn)定表達(dá)基因查找功能。

5）多細(xì)胞RNA表達(dá)量查詢。由于單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在因?qū)嶒?yàn)原因?qū)е录?xì)胞丟失的情況，TEDD包含多細(xì)胞RNA測(cè)序分析結(jié)果（含不同組織類型、時(shí)間節(jié)點(diǎn)等），供研究人員查詢目標(biāo)基因的表達(dá)量。

時(shí)間和組織/細(xì)胞類型特異性表達(dá)基因的研究示例

相關(guān)鏈接

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkac978

數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接：https://TEDD.obg.cuhk.edu.hk/.

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

蔡光偉教授及董梓瑞博士以香港中文大學(xué)婦產(chǎn)科學(xué)系產(chǎn)前遺傳診斷中心（已獲得加拿大診斷Canada Diagnosis實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證和中國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局NMPA認(rèn)證）及深圳研究院遺傳學(xué)與基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，長(zhǎng)期開展產(chǎn)前、新生兒等的遺傳檢測(cè)服務(wù)。該中心是亞洲區(qū)域第一個(gè)產(chǎn)前芯片應(yīng)用中心，目前基于基因芯片的產(chǎn)前診斷技術(shù)已經(jīng)被香港醫(yī)管局采納為公共產(chǎn)前診斷技術(shù)，為香港地區(qū)高危妊娠人群提供免費(fèi)檢測(cè)。此外，該中心開發(fā)了包括低深度全基因組測(cè)序技術(shù)等多種技術(shù)，可有效檢測(cè)拷貝數(shù)變異、結(jié)構(gòu)性重組以及雜合性缺失（染色體純合區(qū)域）等基因組變異，提高疾病致病性變異的檢測(cè)以及為研究疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制提高平臺(tái)。中心獲得香港研資局、食物及衛(wèi)生局、創(chuàng)新科技及工業(yè)局和國(guó)家、廣東省及深圳市等多方面研究經(jīng)費(fèi)支持。

本研究獲得深圳市科創(chuàng)委（#2021Szvup146）、香港健康與醫(yī)學(xué)研究基金（#08190226, #09200236）、香港合作研究基金（#C4062-21GF）和廣東省基因組學(xué)數(shù)據(jù)中心（#2021B1212100001）建設(shè)項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的資助。 

團(tuán)隊(duì)目前在深圳研究院承擔(dān)的項(xiàng)目：

蔡光偉教授

1. 深圳市寶安區(qū)婦幼保健院與香港中文大學(xué)、香港中文大學(xué)深圳研究院合作項(xiàng)目：胎兒醫(yī)學(xué)建設(shè)與人才培養(yǎng)合作(2020-2022)

2. 廣西壯族自治區(qū)婦幼保健院與香港中文大學(xué)深圳研究院合作項(xiàng)目：高通量測(cè)序基因組拷貝數(shù)變異檢測(cè)（2021-2023）

3. 深圳市寶安區(qū)婦幼保健院與香港中文大學(xué)深圳研究院合作項(xiàng)目：低深度全基因組測(cè)序（Low-pass WGS)臨床應(yīng)用研究（2018-2023）

董梓瑞博士

1. 國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目：染色體插入突變的修復(fù)機(jī)制與致病機(jī)理研究（項(xiàng)目編號(hào)：32270678）

2. 深圳市項(xiàng)目-中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金-自由探索類基礎(chǔ)研究項(xiàng)目：基于DNA長(zhǎng)片段測(cè)序?qū)Π橛谐暯Y(jié)構(gòu)畸形胎兒的染色體畸變研究（項(xiàng)目編號(hào)：2021Szvup146）

部分資料及圖片來(lái)源：BioArtMED

https://mp.weixin.qq.com/s/xW9gpKjOm7AAAvf6byQgng