AtIPD: A Curated Database of Arabidopsis Isoprenoid Pathway Models and Genes for Isoprenoid Network Analysis
- 作者
- Eva Vranová, Matthias Hirsch- Hoffmann, Wilhelm Gruissem
- 单位
- Department of Biology, Eidgenössisch Technische Hochschule Zurich, 8129 Zurich, Switzerland
- 杂志
- Plant Physiology（2011）
- DOI
- 10.1104/pp.111.177758
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
现有公共代谢途径数据库（如AraCyc、KEGG）对拟南芥异戊二烯途径的注释不全面、不准确，存在冗余和缺失，缺乏高质量的人工注释数据，难以支持系统生物学分析。
研究策略
人工整合BioPathAt、KEGG、AraCyc、SUBA及文献中的异戊二烯途径和基因信息，基于实验证据（体外活性、遗传互补、代谢谱等）过滤基因，并结合亚细胞定位数据构建人工管理的AtIPD数据库，同时生成MapMan和Cell Designer注释文件。
核心内容
针对现有公共数据库对拟南芥异戊二烯途径注释不全、存在冗余和缺失的问题，研究者人工整合了BioPathAt、KEGG、AraCyc、SUBA及文献数据，依据体外活性、遗传互补和代谢谱等实验证据对基因进行过滤，并结合亚细胞定位信息，构建了人工管理的AtIPD数据库。该数据库共收录279个经注释的异戊二烯途径基因，显著超过BioPathAt的197个、AraCyc的205个和KEGG的178个，覆盖了从甲羟戊酸途径、MEP途径到甾醇、萜类、激素等20余条分支通路，并新增了质体色原醇、二萜和脱辅基类胡萝卜素生物合成等三个此前缺失的通路注释，同时修正了异戊烯转移酶等因序列相似导致的错误注释。数据库提供MapMan和SBML格式的路径文件，支持用户自定义可视化与数据叠加。AtIPD是目前拟南芥异戊二烯途径覆盖最全面、注释质量最高的资源，可直接用于共表达分析、启动子基序搜索和代谢通量建模等系统生物学研究。
创新点
1. 构建了目前最全面的拟南芥异戊二烯基因数据库（279个基因，高于BioPathAt的197个、AraCyc的205个、KEGG的178个）；2. 新增质体色原醇生物合成、二萜生物合成（含牻牛儿基芳樟醇合酶）、脱辅基类胡萝卜素生物合成（含独脚金内酯）三个通路注释；3. 修正了异戊烯转移酶等因序列相似导致的错误注释；4. 提供可自定义的MapMan和SBML格式路径图，支持用户可视化表达数据并扩展调控元件。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 二萜生物合成 | TPS04/GES | geranylinalool synthase | 催化 | 催化牻牛儿基焦磷酸生成牻牛儿基芳樟醇，是二萜生物合成的关键步骤 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 油菜素内酯生物合成 | CYP90C1 | CYP90C1 (C-23羟化酶) | 催化 | 参与油菜素内酯生物合成中的C-23羟化反应 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 油菜素内酯生物合成 | CYP90D1 | CYP90D1 (C-23羟化酶) | 催化 | 参与油菜素内酯生物合成中的C-23羟化反应 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 异戊烯基二磷酸生物合成 | 异戊烯转移酶基因家族 | prenyltransferases | 催化 | 数据库注释了31个相关基因，并根据亚细胞定位区分不同途径中的酶功能 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 质体色原醇生物合成 | — | — | 催化 | 该通路为新注释通路之一，涉及质体醌向质体色原醇的转化 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 脱辅基类胡萝卜素生物合成 | — | — | 催化 | 新注释通路，包括独脚金内酯生物合成（MAX途径）及其他脱辅基类胡萝卜素合成 |
关键发现
AtIPD数据库共收录279个经过人工注释的异戊二烯途径基因，而BioPathAt、AraCyc和KEGG分别只有197、205和178个。各通路基因数：甲羟戊酸途径9个、异戊烯基二磷酸生物合成31个、甾醇合成25个、油菜素内酯合成8个、三萜14个、倍半萜16个、二萜19个、蛋白质异戊烯化7个、细胞分裂素25个、泛醌4个、MEP途径7个、叶绿素合成与分解37个、类胡萝卜素15个、脱辅基类胡萝卜素5个、ABA合成与分解12个、质体醌/质体色原醇/生育酚7个、叶绿醌9个、赤霉素23个、单萜6个。数据库提供MapMan和SBML格式文件，支持用户自定义路径图。
研究结论
AtIPD是当前拟南芥异戊二烯途径最全面、注释质量最高且用户友好的数据库，支持网络分析、共表达分析、启动子基序搜索和代谢通量分析，并可自定义扩展，是异戊二烯网络研究的重要资源。