MDMPR：小鼠發(fā)育代謝表型庫

朱文靜，劉志瑋

資源與平臺

MDMPR：小鼠發(fā)育代謝表型庫

朱文靜，劉志瑋

蘇州大學(xué)，劍橋–蘇大基因組資源中心，蘇州 215123

小鼠發(fā)育代謝表型庫(Mouse Developmental and Metabolic Phenotype Repository, MDMPR)是一個致力于小鼠資源和表型數(shù)據(jù)實時共享的開放性平臺，它依托于科技部重點研發(fā)計劃“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”專項項目“建立小鼠發(fā)育代謝表型庫”。該項目預(yù)計在5年內(nèi)完成500個發(fā)育代謝相關(guān)小鼠敲除模型的建立，并對其表型數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的解析、建立表型數(shù)據(jù)庫。MDMPR作為一個資源及數(shù)據(jù)集成的庫，由多個子系統(tǒng)作為支撐，包括ES細(xì)胞數(shù)據(jù)庫、項目管理系統(tǒng)、繁育管理系統(tǒng)、精子庫管理系統(tǒng)、表型分析系統(tǒng)，信息化管理深入到項目中每個環(huán)節(jié)，從基因突變ES細(xì)胞制備、基因突變小鼠制備、小鼠繁育，精子凍存到最終的表型分析、數(shù)據(jù)處理及展示，保證了MDMPR產(chǎn)生數(shù)據(jù)的真實性及實時性。MDMPR除了不斷地推進(jìn)項目進(jìn)行，增加自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)外，也在積極的整合其他的資源及數(shù)據(jù)，如人特異性基因敲除ES細(xì)胞庫、蛋白相互作用數(shù)據(jù)庫(STRING)、核心轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)環(huán)路(dbCoRc)和Enhancer-Indel數(shù)據(jù)庫，今后還將進(jìn)一步整合，幫助發(fā)育代謝及其他領(lǐng)域的研究人員能夠一站式的獲取所需資源和數(shù)據(jù)、加快研究進(jìn)程，最終服務(wù)于全人類的醫(yī)療事業(yè)。

小鼠發(fā)育代謝表型庫；資源庫；開放共享平臺

作為哺乳動物，小鼠()和人()的基因組同源性高達(dá)90%以上，在組織結(jié)構(gòu)和功能、生理學(xué)穩(wěn)態(tài)、生殖、行為和疾病發(fā)生機(jī)制等方面也高度相似。更重要的是，臨床疾病大多有其遺傳基礎(chǔ)，基因突變小鼠模型可以真實模擬人類基因組變異導(dǎo)致的疾病，是研究病理機(jī)制和發(fā)現(xiàn)潛在靶標(biāo)的最佳模式動物。人類和小鼠基因組計劃完成后，美國、歐盟、加拿大、日本等批準(zhǔn)了一系列重大工程項目，系統(tǒng)化建立基因突變小鼠模型，這些項目包括美國國立衛(wèi)生院的小鼠基因敲除計劃(Knockout Mouse Project, KOMP)、歐盟第七框架的歐洲小鼠條件性敲除計劃(The European Conditional Mouse Mutagenesis Program，EUCOMM)，和加拿大的北美小鼠條件性敲除計劃(The North American Conditional Mouse Mutagenesis Project, NorCOMM)等，中國也有支撐計劃(如The Chinese Conditional Mouse Mutagenesis, ChiCOMM)[1~6]。隨著小鼠敲除模型的不斷積累，國際上成立了敲除小鼠聯(lián)盟(The International Knockout Mouse Consortium, IKMC)[7])。在2011年更是將單純制備基因修飾小鼠模型的IKMC聯(lián)盟，發(fā)展為系統(tǒng)性無偏見功能性解析小鼠表型的國際小鼠表型分析聯(lián)盟(International Mouse Phenotyping Consortium, IMPC)[8~11])。迄今為止，全球14個國家的25個研究機(jī)構(gòu)參與了這個國際大科學(xué)計劃，雜志將該計劃和國際核聚變計劃、國際加速器計劃并列為三大國際大科學(xué)計劃，并指出系統(tǒng)分析基因功能對疾病解析及新藥開發(fā)將起到核心推動作用[12]。該計劃也是G7國家認(rèn)可的生命科學(xué)領(lǐng)域最大的合作項目，受到領(lǐng)域內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的空前重視。為實施該計劃，美國國立衛(wèi)生院、歐盟、英國醫(yī)學(xué)研究理事會、加拿大衛(wèi)生部、日本理化研究院及Wellcome Trust基金會都投入了大量經(jīng)費(fèi)，目前由現(xiàn)任NIH院長Francis Collins博士擔(dān)任IMPC領(lǐng)導(dǎo)者。

在我國，疾病模型研究和資源平臺建設(shè)在過去幾年也取得了長足的發(fā)展，依托國家遺傳工程小鼠資源庫等小鼠基因組改造技術(shù)平臺，科技部于2006年啟動了國家科技支撐計劃重點項目“人類重大疾病小鼠模型的建立與應(yīng)用”，使得我國與世界同步開展了基因敲除計劃(ChiCOMM)，主要承擔(dān)方為南京大學(xué)模式動物研究所(Model Animal Research Center, Nanjing University, MARC)，也借此發(fā)展成為國內(nèi)最大的遺傳突變小鼠資源庫。ChiCOMM形成了與國際對接的小鼠表型分析技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，顯著推動了國內(nèi)敲除小鼠模型的共享及開發(fā)。隨后在2014年，由蘇州大學(xué)和英國劍橋大學(xué)Sanger研究所共同成立了劍橋–蘇大基因組資源中心(Cambridge- Suda Genomic Resource Center, CAM-SU GRC)，一個隸屬于蘇州大學(xué)的校級研究機(jī)構(gòu)。劍橋-蘇大基因組資源中心依托Sanger研究所提供的資源優(yōu)勢，建立亞太地區(qū)的干細(xì)胞資源中心，同時建立小鼠標(biāo)準(zhǔn)化基因組功能解析平臺，從此成為一個提供小鼠突變胚胎干細(xì)胞、疾病模型以及基因功能解析技術(shù)的生物技術(shù)平臺。CAM-SU GRC同時成為繼英國、德國、美國后第4個小鼠突變干細(xì)胞資源中心，也是亞洲唯一的代表，負(fù)責(zé)亞太地區(qū)48個國家的資源分發(fā)工作。在多年的運(yùn)行期間，劍橋–蘇大基因組資源中心已經(jīng)向國內(nèi)外上百個課題組提供了細(xì)胞及小鼠資源，極大地促進(jìn)了研究的進(jìn)展。在國際上，劍橋–蘇大基因組資源中心也與南京大學(xué)模式動物研究所一起在國際小鼠表型分析聯(lián)盟指導(dǎo)委員會成員中占得兩個席位，這不僅是我國對人類科學(xué)事業(yè)應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)，同時也是我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要。

緊跟國際生命科學(xué)研究的發(fā)展，科技部于2018年啟動了國家重點研發(fā)計劃“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”重點專項，提出需建立小鼠突變品系的發(fā)育與代謝特征的系統(tǒng)分析，對現(xiàn)有和新創(chuàng)建的小鼠突變品系的發(fā)育與代謝進(jìn)行系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)重要基因的新功能；建立和實時更新突變品系的表型數(shù)據(jù)，形成有效的數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在此背景下，由蘇州大學(xué)劍橋–蘇大基因組資源中心牽頭，南京大學(xué)模式動物研究所作為主要參與方，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、東華大學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位申報并獲批了“建立小鼠發(fā)育代謝表型庫”項目，本項目的核心就是聯(lián)合并利用國內(nèi)優(yōu)勢資源和技術(shù)，在5年內(nèi)建立不少于500個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的小鼠品系及其發(fā)育、代謝表型的數(shù)據(jù)庫，同時重點開展小鼠表型數(shù)據(jù)與臨床特征之間的關(guān)聯(lián)研究，促進(jìn)人類疾病遺傳基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的變革型發(fā)展。小鼠發(fā)育代謝表型庫(Mouse Deve-lopmental and Metabolic Phenotype Repository, MDMPR)作為項目最為主要的成果展示，也于2020年底正式上線(小鼠發(fā)育代謝表型庫訪問地址：www.cam-su.org)，受到相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)人員極大的關(guān)注，隨著項目的進(jìn)行，資源、表型數(shù)據(jù)的不斷豐富，必將極大的推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域研究的進(jìn)展。

1 國內(nèi)外同類資源庫現(xiàn)狀

國外的同類數(shù)據(jù)庫起步較早，目前數(shù)據(jù)量較大，應(yīng)用比較廣泛的數(shù)據(jù)庫有Mouse Genome Infor-matics (MGI, http://www.informatics.jax.org/)及Inter-national Mouse Phenotyping Consortium (IMPC, https://www.mousephenotype.org/)，各自有不同的側(cè)重點。MGI更關(guān)注于基因信息的整合，集成基因表達(dá)、功能注釋、蛋白信息、相關(guān)小鼠品系資源信息等，可以使用戶較全面的獲取基因相關(guān)信息，開展研究。IMPC更專注于發(fā)布自身項目的數(shù)據(jù)，包括細(xì)胞、小鼠及表型信息，是目前世界上表型信息最為全面的數(shù)據(jù)庫，并且基于其標(biāo)準(zhǔn)化的分析流程，能夠進(jìn)行大數(shù)據(jù)層面的平行比較，將基因按照表型分類進(jìn)行歸類，給從表型入手的研究者提供了一個非常好的入手點。

國內(nèi)的此類數(shù)據(jù)庫起步較晚，而且大部分尚處在資源展示的階段，如國家遺傳工程小鼠資源庫(http://www.nrcmm.cn/)。另有很多的品系資源保存在商業(yè)化的公司內(nèi)，如上海南方模式生物科技股份有限公司(https://www.modelorg.com/)、江蘇集萃藥康生物科技股份有限公司(http://www.gempharmatech. com/cn/)和賽業(yè)生物(https://www.cyagen.com/cn/zh- cn/)，其商業(yè)化的運(yùn)作模式對于資源開放共享方面存在著諸多的限制，不利于研究領(lǐng)域內(nèi)的資源共享。此外，對于小鼠模型進(jìn)行系統(tǒng)性的表型解析，并將數(shù)據(jù)全部開放，在國內(nèi)尚處于空白階段。在科技部支持下建立的MDMPR，秉持資源開放共享的理念，對國內(nèi)的研究領(lǐng)域是一個非常好的補(bǔ)充，也是緊跟國際發(fā)展趨勢的。

2 MDMPR項目基因選擇

小鼠中大約有20,000個基因，而在有限的項目經(jīng)費(fèi)支持下，我們只能完成約500個基因的小鼠制備以及功能解析，這樣對于目標(biāo)基因的挑選提出了很大的挑戰(zhàn)性，怎么樣能從有限的數(shù)量中找到盡可能多的有改變的基因。因此，在項目啟動初期，我們也做了很多工作，首先利用國際公認(rèn)權(quán)威的人類基因組元件、遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)錄調(diào)控數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對整合獲得人類4D調(diào)控組數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步與人類疾病相關(guān)基因組突變數(shù)據(jù)庫(Motif Break、Mutation Targeted Pair)及對應(yīng)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得到存在潛在邏輯調(diào)控關(guān)系的人類疾病關(guān)聯(lián)基因數(shù)據(jù)庫，而后再根據(jù)GWAS對基因進(jìn)行深層篩選和分類得到1000多個人類疾病相關(guān)的發(fā)育代謝相關(guān)基因。通過與小鼠基因組進(jìn)行比對，結(jié)合國際表型分析聯(lián)盟的研究進(jìn)展并與小鼠基因組進(jìn)行比對從中深層篩選得到514個小鼠同源基因。另外也從國內(nèi)的發(fā)育、代謝領(lǐng)域?qū)＜抑姓骷瞬糠只颍餐瑯?gòu)成MDMPR候選基因。項目進(jìn)展至今，早期獲得的一些基因突變小鼠的初步表型數(shù)據(jù)也證實了我們篩選基因的方式是有效的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個控制小鼠存活的關(guān)鍵基因，并且是國際上尚未有相關(guān)報道的，相信隨著項目的深入進(jìn)行，更多有意義的表型改變會出現(xiàn)。

3 MDMPR技術(shù)路線

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化基因遺傳工程小鼠敲除策略

MDMPR同時采用了兩種不同的技術(shù)手段去建立基因遺傳工程小鼠，其中劍橋-蘇大基因組資源中心主要基于現(xiàn)有的突變小鼠胚胎干細(xì)胞資源(圖1)，南京大學(xué)模式動物研究所基于CRISPR/Cas9敲除技術(shù)(圖2)，分別建立基因敲除小鼠模型。

小鼠的遺傳背景和微生物級別是影響實驗結(jié)果的重要因素：不同遺傳背景的小鼠對同一個基因的改變可能呈現(xiàn)不同量甚至是不同質(zhì)的反應(yīng)；同樣，小鼠的微生物級別反映小鼠的生理健康狀態(tài)，其差異也會造成實驗結(jié)果的波動。對小鼠遺傳背景和微生物進(jìn)行質(zhì)量控制可以保證使用最少的實驗資源完成既定實驗?zāi)繕?biāo)，最大限度實現(xiàn)實驗效益。這部分工作主要包括：(1)小鼠模型制備過程中遺傳質(zhì)控；(2)小鼠繁育過程中的遺傳質(zhì)控；(3)小鼠繁育過程中的微生物質(zhì)控。

在項目進(jìn)行期間，依據(jù)現(xiàn)有實驗動物遺傳質(zhì)量控制和微生物學(xué)等級的相應(yīng)國標(biāo)[13,14]，各單位根據(jù)實際情況制定規(guī)范，定期對小鼠的遺傳背景(C57BL/6)和微生物級別(無特定病原體動物)進(jìn)行質(zhì)控，保障了實驗動物的可靠性與實驗數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。截止2020年11月，檢測結(jié)果見表1，CAM-SU GRC及MARC的微生物質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)參見附表1及附表2。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)育、代謝表型分析流程

以“國際小鼠表型分析聯(lián)盟”的生理病理表型分析技術(shù)流程為基礎(chǔ)，本項目發(fā)展了重點針對代謝和發(fā)育功能的專有分析流程(圖3)。在交配獲得進(jìn)入流程的實驗小鼠過程中，利用純和的雌性或雄性與雜合鼠進(jìn)行交配，對其生殖能力進(jìn)行評估；另外存活檢測作為一個重要的檢查點，決定該基因敲除小鼠品系是否會進(jìn)入胚胎分析流程以及是用雜合還是純和敲除小鼠進(jìn)行成體流程分析。

為了保證小鼠在表型分析流程中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的一致性以及可重復(fù)性，所有的表型分析操作基于SOP (Standard Operating Procedure)來進(jìn)行，采集的具體參數(shù)，包括實驗設(shè)置相關(guān)參數(shù)(metadata)以及具體實驗參數(shù)(parameter)的參數(shù)種類、數(shù)據(jù)類型、數(shù)值選項也通過SOP進(jìn)行規(guī)范，從制度上保障了產(chǎn)生數(shù)據(jù)的可靠性(圖4)。目前已經(jīng)建立了111個SOP、492個參數(shù)，隨著項目進(jìn)行，SOP及參數(shù)數(shù)量還將進(jìn)一步增加，MDMPR即是建立在這些基礎(chǔ)參數(shù)之上。

圖1 基于突變小鼠胚胎干細(xì)胞的敲除策略

“Knockout First” allele (tm1a)是在目的基因內(nèi)含子中插入一個SA-IRES-reporter片段(含有報告基因lacZ和一個啟動子驅(qū)動的Neo)，lacZ的轉(zhuǎn)錄在SA的作用下受目的基因啟動子控制，并在polyA處終止，從而達(dá)到終止目的基因轉(zhuǎn)錄、破壞基因表達(dá)的目的。Flp的表達(dá)可以刪除SA-IRES-reporter片段，將tm1a轉(zhuǎn)變成條件敲除基因(tm1c)，從而恢復(fù)基因功能。在tm1a的基礎(chǔ)上，Cre的表達(dá)可以刪除Neo和critical region從而變成lacZ標(biāo)記的allele (tm1b)同時敲除基因；在tm1c的基礎(chǔ)上，Cre的表達(dá)可以刪除tm1c allele上的critical region而變成移碼突變的tm1d，從而使該基因不表達(dá)。

圖2 基于CRISPR/Cas9的敲除策略

基于CRISPR/Cas9的敲除策略，針對目標(biāo)外顯子兩側(cè)設(shè)計一對sgRNA，通過Cas9介導(dǎo)的同源重組方式將供體DNA(目標(biāo)外顯子外側(cè)包含一對loxp序列及外側(cè)的同源臂)形成Flox基因，在Cre作用下能夠切除目標(biāo)外顯子，造成基因敲除。該策略可能存在兩種副產(chǎn)物，其一是同源重組未能發(fā)生，造成目標(biāo)外顯子缺失；另可能造成目標(biāo)外顯子部分缺失，也可能引起frame-shift而造成基因敲除。

表1 遺傳背景和微生物級別質(zhì)控情況匯總

CAM-SU GRC：劍橋–蘇大基因組資源中心；MARC：南京大學(xué)模式動物研究所。

4 MDMPR系統(tǒng)建設(shè)

4.1 MDMPR系統(tǒng)架構(gòu)

建立的細(xì)胞、小鼠資源及表型數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，進(jìn)而通過網(wǎng)頁前端將信息通過合理的方式開放給公眾進(jìn)行查詢及使用。盡管數(shù)據(jù)庫的目的在于存儲細(xì)胞、小鼠及表型的信息，但構(gòu)建時并不僅僅局限于此，還包含了小鼠制備、繁育、品系保種等過程中相關(guān)的實驗記錄及數(shù)據(jù)。小鼠發(fā)育代謝表型庫是一個非常龐大的信息化系統(tǒng)，主要包括ES細(xì)胞數(shù)據(jù)庫、項目管理系統(tǒng)、繁育管理系統(tǒng)、精子庫管理系統(tǒng)及表型分析系統(tǒng)，各系統(tǒng)間信息互相交互，共同形成MDMPR中的對外展示信息。同時，為了更加方便用戶使用，我們在進(jìn)行多個數(shù)據(jù)庫的整合工作，目前已經(jīng)將蛋白相互作用數(shù)據(jù)庫(STRING)、核心專利調(diào)節(jié)環(huán)路(a database of Core transcriptional Regulatory Circuitries, dbCoRC)，Enhancer-Indel數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了整合，使用戶能夠獲取更多的關(guān)注基因的咨詢，將MDMPR發(fā)展成為一站式的小鼠信息資源數(shù)據(jù)庫(圖5)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)育、代謝表型分析流程

圖4 實驗參數(shù)結(jié)構(gòu)

4.2 MDMPR數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)起始源頭來自于ES細(xì)胞數(shù)據(jù)庫，項目啟動，開始復(fù)蘇后，克隆信息進(jìn)入項目管理系統(tǒng)，對復(fù)蘇狀態(tài)，QC結(jié)果進(jìn)行記錄，相關(guān)克隆信息同時返回ES細(xì)胞數(shù)據(jù)庫；QC通過的克隆會進(jìn)行注射，經(jīng)項目管理系統(tǒng)記錄注射數(shù)據(jù)及嵌合鼠結(jié)果，產(chǎn)生的雄性嵌合鼠自動在繁育管理系統(tǒng)中生成，進(jìn)入實際飼養(yǎng)管理中；飼養(yǎng)管理系統(tǒng)基于移動端開發(fā)，通過二維碼形成的地址訪問相對應(yīng)的籠位、小鼠信息，常規(guī)的繁育操作如配繁、生仔報告、剪尾、分籠、處死均通過“動物管家”APP進(jìn)行，確保了數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的活體信息是實時更新的；表型分析項目從繁育管理系統(tǒng)中實際存在的小鼠開始建立，通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的分析流程，標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)錄入格式，自動化的數(shù)據(jù)處理方式，保障了數(shù)據(jù)的真實性，排除人工帶入的誤差；品系經(jīng)精子凍存后，凍存樣本信息導(dǎo)入精子庫管理系統(tǒng)，同時返回繁育管理系統(tǒng)，這樣共同構(gòu)成品系的真實存儲狀況；MDMPR前端展示數(shù)據(jù)從各個系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)用，共同構(gòu)成展示部分(圖5)。

4.3 MDMPR前端展示界面設(shè)計

數(shù)據(jù)合理的展示方式實際是用戶最為關(guān)注的點，我們以使用者的角度，對MDMPR中來源于不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有機(jī)組合，構(gòu)成前端展示的界面，使用戶能夠在一個界面獲取到所需數(shù)據(jù)的概覽，如在檢索結(jié)果的主頁即能查看到細(xì)胞、小鼠、表型、相關(guān)數(shù)據(jù)庫的情況，第一時間掌握資源及數(shù)據(jù)的儲存情況；同時大量使用直觀的圖示，使用戶能夠在最短的時間內(nèi)獲取到最為重要的信息，極大的提升了使用的體驗度；此外創(chuàng)造性的加入了關(guān)注功能，基于全部項目進(jìn)度的信息化，能夠在關(guān)注基因狀態(tài)改變的同時自動化的向用戶推送信息，掌握第一手資訊(圖6)。

圖5 MDMPR系統(tǒng)架構(gòu)

5 MDMPR應(yīng)用實例

MDMPR除了對于單個基因的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析外，基于其數(shù)據(jù)量、產(chǎn)生數(shù)據(jù)方式帶來的平行可比性，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模的表型與基因關(guān)聯(lián)分析，篩選出關(guān)鍵基因。我們曾經(jīng)成功的利用IMPC聯(lián)盟ICS、TCP、RBRC、WTSI四個中心的小鼠飲食和活動的數(shù)據(jù)作為模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)初步開發(fā)了深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法并對少數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了表型篩選，篩選了10種飲食或者活動異常的基因型小鼠，并針對基因敲除小鼠進(jìn)行了生物節(jié)律的深入表型驗證和分析，驗證了其在外界光照牽引小鼠晝夜節(jié)律中的作用，進(jìn)一步的功能分析暗示其可能通過調(diào)控生物鐘核心SCN (Suprachiasmatic Nucleus)神經(jīng)元之間的同步影響外界光照對晝夜節(jié)律的牽引，成果已發(fā)表在[15]。IMPC也已有多方面的嘗試，在大數(shù)據(jù)比較的基礎(chǔ)上找到了一些新的發(fā)育相關(guān)基因[9,16~18]。以此為例，在MDMPR數(shù)據(jù)廣度和深度的不斷充實下，可以通過類似的大規(guī)模表型與基因關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘出一些新的基因功能。

圖6 MDMPR前端頁面設(shè)計

6 結(jié)語與展望

MDMPR最主要的核心在于其資源與數(shù)據(jù)的開放共享，這在國內(nèi)屬于創(chuàng)新性的嘗試，可以將國家的研究經(jīng)費(fèi)轉(zhuǎn)化出最大的價值，被更多的相關(guān)研究領(lǐng)域的人所利用。標(biāo)準(zhǔn)化的表型分析流程，信息化的流程及數(shù)據(jù)管理，保障了產(chǎn)生數(shù)據(jù)的真實性及及時性，能夠為研究者在項目起始階段提供初期實驗數(shù)據(jù)，對立項及研究方向提供指引，是研究者開展研究的一個利器。雖然MDMPR尚處在起步階段，資源及表型的數(shù)據(jù)尚在積累中，從數(shù)量上來說還不足，但隨著項目的不斷進(jìn)展，更多的資源和數(shù)據(jù)將會加入，不斷充實表型庫，讓更多用戶能夠獲得有用信息，促進(jìn)研究的進(jìn)展。在系統(tǒng)架構(gòu)上，我們也在不斷的進(jìn)行優(yōu)化，提升用戶在使用上的體驗，通過整合其他的數(shù)據(jù)庫，力爭將MDMPR建設(shè)成一站式的資源數(shù)據(jù)平臺。盡管項目投入有限，我們也將充分利用現(xiàn)有條件，通過技術(shù)手段的提升，壓縮成本，盡可能在完成項目目標(biāo)的基礎(chǔ)上，增加更多的資源與數(shù)據(jù)。同時，我們也積極在國內(nèi)外尋求合作的機(jī)會，招募有意愿的研究單位共同加入到此項目中，擴(kuò)充研究的寬度，使資源的使用效率最大化。目前已有數(shù)家合作單位參與到項目中，承擔(dān)如痛覺、生殖、應(yīng)激行為等方面的分析，進(jìn)一步拓展了表型庫的覆蓋范圍，并且已經(jīng)獲得了一些有意義的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫也在同步準(zhǔn)備中，將在不久后開放展示。相信在不久的將來，MDMPR將建設(shè)成為國內(nèi)最大、最全、開放程度最高、實用性最強(qiáng)的資源庫，極大地推進(jìn)代謝、發(fā)育甚至其他領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

致謝

感謝科技部重點研發(fā)計劃“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”重點專項“建立小鼠發(fā)育代謝表型庫”項目參與單位蘇州大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、東華大學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院的項目組成員對于此項目所付出的努力，感謝南京百邁斯信息科技有限公司在MDMPR數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的全力支持。

附錄：

附加材料詳見文章電子版www.chinagene.cn。

[1] Freudenthal B, Logan J, Pipelines SIM, Croucher PI, Williams GR, Bassett JHD. Rapid phenotyping of knockout mice to identify genetic determinants of bone strength., 2016, 231(1): R31–46.

[2] Mishra A, Bubela T. Legal agreements and the governance of research commons: lessons from materials sharing in mouse genomics., 2014, 18(4): 254–273.

[3] Adams D, Baldock R, Bhattacharya S, Copp AJ, Dickinson M, Greene NDE, Henkelman M, Justice M, Mohun T, Murray SA, Pauws E, Raess M, Rossant J, Weaver T, West D. Bloomsbury report on mouse embryo phenotyping: recommendations from the IMPC workshop on embryonic lethal screening., 2013, 6(3): 571–579.

[4] Sung YH, Baek IJ, Seong JK, Kim JS, Lee HW. Mouse genetics: catalogue and scissors., 2012, 45(12): 686–692.

[5] Mallon AM, Iyer V, Melvin D, Morgan H, Parkinson H, Brown SDM, Flicek P, Skarnes WC. Accessing data from the International Mouse Phenotyping Consortium: state of the art and future plans., 2012, 23(9–10): 641–652.

[6] Auwerx J, Avner P, Baldock R, Ballabio A, Balling R, Barbacid M, Berns A, Bradley A, Brown S, Carmeliet P, Chambon P, Cox R, Davidson D, Davies K, Duboule D, Forejt J, Granucci F, Hastie N, de Angelis MH, Jackson I, Kioussis D, Kollias G, Lathrop M, Lendahl U, Malumbres M, von Melchner H, Müller W, Partanen J, Ricciardi-Castagnoli P, Rigby P, Rosen B, Rosenthal N, Skarnes B, Stewart AF, Thornton J, Tocchini-Valentini G, Wagner E, Wahli W, Wurst W. The European dimension for the mouse genome mutagenesis program., 2004, 36(9): 925–927.

[7] Austin CP, Battey JF, Bradley A, Bucan M, Capecchi M, Collins FS, Dove WF, Duyk G, Dymecki S, Eppig JT, Grieder FB, Heintz N, Hicks G, Insel TR, Joyner A, Koller BH, Lloyd KCK, Magnuson T, Moore MW, Nagy A, Pollock JD, Roses AD, Sands AT, Seed B, Skarnes WC, Snoddy J, Soriano P, Stewart DJ, Stewart F, Stillman B, Varmus H, Varticovski L, Verma IM, Vogt TF, von Melchner H, Witkowski J, Woychik RP, Wurst W, Yancopoulos GD, Young SG, Zambrowicz B. The knockout mouse project., 2004, 36(9): 921–924.

[8] Rozman J, Rathkolb B, Oestereicher MA, Schütt C, Ravindranath AC, Leuchtenberger S, Sharma S, Kistler M, Willersh?user M, Brommage R, Meehan TF, Mason J, Haselimashhadi H, Consortium I, Hough T, Mallon AM, Wells S, Santos L, Lelliott CJ, White JK, Sorg T, Champy MF, Bower LR, Reynolds CL, Flenniken AM, Murray SA, Nutter LMJ, Svenson KL, West D, Tocchini-Valentini GP, Beaudet AL, Bosch F, Braun RB, Dobbie MS, Gao X, Herault Y, Moshiri A, Moore BA, Kent Lloyd KC, McKerlie C, Masuya H, Tanaka N, Flicek P, Parkinson HE, Sedlacek R, Seong JK, Wang CL, Moore M, Brown SD, Tsch?p MH, Wurst W, Klingenspor M, Wolf E, Beckers J, Machicao F, Peter A, Staiger H, Haring HU, Grallert H, Campillos M, Maier H, Fuchs H, Gailus-Durner V, Werner T, de Angelis MH. Identification of genetic elements in metabolism by high-throughput mouse phenotyping., 2018, 9(1): 288.

[9] Dickinson ME, Flenniken AM, Ji X, Teboul L, Wong MD, White JK, Meehan TF, Weninger WJ, Westerberg H, Adissu H, Baker CN, Bower L, Brown JM, Caddle LB, Chiani F, Clary D, Cleak J, Daly MJ, Denegre JM, Doe B, Dolan ME, Edie SM, Fuchs H, Gailus-Durner V, Galli A, Gambadoro A, Gallegos J, Guo SY, Horner NR, Hsu CW, Johnson SJ, Kalaga S, Keith LC, Lanoue L, Lawson TN, Lek M, Mark M, Marschall S, Mason J, McElwee ML, Newbigging S, Nutter LMJ, Peterson KA, Ramirez-Solis R, Rowland DJ, Ryder E, Samocha KE, Seavitt JR, Selloum M, Szoke-Kovacs Z, Tamura M, Trainor AG, Tudose I, Wakana S, Warren J, Wendling O, West DB, Wong L, Yoshiki A, International Mouse Phenotyping Consortium, Jackson Laboratory , Infrastructure Nationale Phenomin, Institut Clinique de la Souris (ICS), Charles River Laboratories, Harwell MRC, Toronto Centre for Phenogenomics, Wellcome Trust Sanger Institute, RIKEN BioResource Center, MacArthur DG, Tocchini-Valentini GP, Gao X, Flicek P, Bradley A, Skarnes WC, Justice MJ, Parkinson HE, Moore M, Wells S, Braun RE, Svenson KL, de Angelis MH, Herault Y, Mohun T, Mallon AM, Henkelman RM, Brown SDM, Adams DJ, Lloyd KCK, McKerlie C, Beaudet AL, Bu?an M, Murray SA. High-throughput discovery of novel developmental phenotypes., 2016, 537(7621): 508–514.

[10] Brown SDM, Chambon P, de Angelis MH, Eumorphia Consortium. EMPReSS: standardized phenotype screens for functional annotation of the mouse genome., 2005, 37(11): 1155.

[11] Skarnes WC, Rosen B, West AP, Koutsourakis M, Bushell W, Iyer V, Mujica AO, Thomas M, Harrow J, Cox T, Jackson D, Severin J, Biggs P, Fu J, Nefedov M, de Jong PJ, Stewart AF, Bradley A. A conditional knockout resource for the genome-wide study of mouse gene function., 2011, 474(7351): 337–342.

[12] Mouse megascience., 2010, 465(7298): 526.

[13] 魏強(qiáng), 賀爭鳴, 田克恭, 李紅, 黃韌, 范薇, 屈霞琴. GB 14922.2-2011 實驗動物微生物學(xué)等級及監(jiān)測. 2011.

[14] 岳秉飛, 高翔, 鮑世民, 張連峰, 邢瑞昌. GB 14923-2010 實驗動物哺乳類實驗動物的遺傳質(zhì)量控制. 2010.

[15] Zhang T, Xie PC, Dong YY, Liu ZW, Zhou F, Pan DJ, Huang ZY, Zhai QC, Gu Y, Wu QY, Tanaka N, Obata Y, Bradley A, Lelliott CJ, Sanger Institute Mouse Genetics Project, Nutter LMJ, McKerlie C, Flenniken AM, Champy MF, Sorg T, Herault Y, De Angelis MH, Durner VG, Mallon AM, Brown SDM, Meehan T, Parkinson HE, Smedley D, Lloyd KCK, Yan J, Gao X, Seong JK, Wang CKL, Sedlacek R, Liu Y, Rozman J, Yang L, Xu Y. High-throughput discovery of genetic determinants of circadian misalignment., 2020, 16(1): e1008577.

[16] Bowl MR, Simon MM, Ingham NJ, Greenaway S, Santos L, Cater H, Taylor S, Mason J, Kurbatova N, Pearson S, Bower LR, Clary DA, Meziane H, Reilly P, Minowa O, Kelsey L, International Mouse Phenotyping Consortium, Tocchini-Valentini GP, Gao X, Bradley A, Skarnes WC, Moore M, Beaudet AL, Justice MJ, Seavitt J, Dickinson ME, Wurst W, de Angelis MH, Herault Y, Wakana S, Nutter LMJ, Flenniken AM, McKerlie C, Murray SA, Svenson KL, Braun RE, West DB, Lloyd KCK, Adams DJ, White J, Karp N, Flicek P, Smedley D, Meehan TF, Parkinson HE, Teboul LM, Wells S, Steel KP, Mallon AM, Brown SDM. A large scale hearing loss screen reveals an extensive unexplored genetic landscape for auditory dysfunction., 2017, 8 (1): 886.

[17] Moore BA, Leonard BC, Sebbag L, Edwards SG, Cooper A, Imai DM, Straiton E, Santos L, Reilly C, Griffey SM, Bower L, Clary D, Mason J, Roux MJ, Meziane H, Herault Y, International Mouse Phenotyping Consortium, McKerlie C, Flenniken AM, Nutter LMJ, Berberovic Z, Owen C, Newbigging S, Adissu H, Eskandarian M, Hsu CW, Kalaga S, Udensi U, Asomugha C, Bohat R, Gallegos JJ, Seavitt JR, Heaney JD, Beaudet AL, Dickinson ME, Justice MJ, Philip V, Kumar V, Svenson KL, Braun RE, Wells S, Cater H, Stewart M, Clementson-Mobbs S, Joynson R, Gao X, Suzuki T, Wakana S, Smedley D, Seong JK, Tocchini-Valentini G, Moore M, Fletcher C, Karp N, Ramirez-Solis R, White JK, de Angelis MH, Wurst W, Thomasy SM, Flicek P, Parkinson H, Brown SDM, Meehan TF, Nishina PM, Murray SA, Krebs MP, Mallon AM, Lloyd KCK, Murphy CJ, Moshiri A. Identification of genes required for eye development by high-throughput screening of mouse knockouts., 2018, 1: 236.

[18] Moore BA, Flenniken AM, Clary D, Moshiri AS, Nutter LMJ, Berberovic Z, Owen C, Newbigging S, Adissu H, Eskandarian M, McKerlie C, International Mouse Phenotyping Consortium, Thomasy SM, Lloyd KCK, Murphy CJ, Moshiri A. Genome-wide screening of mouse knockouts reveals novel genes required for normal integumentary and oculocutaneous structure and function., 2019, 9(1): 11211.

附表1 CAM-SU GRC微生物質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)

Supplementary Table 1 Microbiological quality control standards of CAM-SU GRC

附表2 MARC微生物質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)

Supplementary Table 2 Microbiological quality control standards of MARC

MDMPR: Mouse Developmental and Metabolic Phenotype Repository

Wenjing Zhu, Zhiwei Liu

Mouse Developmental and Metabolic Phenotype Repository (MDMPR) is an open access, real-time database which dedicates to share mouse resources and phenotype data. MDMPR is supported by the National Key Research and Development Project “Establishment of Mouse Developmental and Metabolic Phenotype Repository” within the Key Project of “Developmental Programming and Its Metabolic Regulation” from the Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China’s program. In the next 5 years, MDMPR will create 500 mutant mouse models related to development and metabolism, perform standard phenotyping analysis, and establish a phenotype database. MDMPR is a combination of resources and data repository, has several sub-systems, including the ES cell database, the project management system, the breeding management system, the sperm bank management system and the phenotyping database. These systems digitalize all data and ensure their authenticity in real-time. Besides the gradual increase of data during the project, MDMPR will also integrate other resources, such as human KO ES cell database, STRING database, database of Core Transcriptional Regulatory Circuitries and Enhancer-Indel database. MDMPR is anticipated to contribute to various areas of developmental and metabolic research to investigators through more convenient accesses to the resources and data in one-stop manner, thereby accelerating the research processes and ultimately serving the medical causes of human health.

Mouse Development and Metabolic Phenotype Repository; resource repository; open-access sharing platform

2021-01-05;

2021-03-04

科技部重點研發(fā)計劃項目(編號：2018YFA0801100)資助[Supported by the National Key R&D Program of the Ministry of Science and Technology of China (No. 2018YFA0801100)]

朱文靜，碩士，實驗技術(shù)員，研究方向：生物化學(xué)與分子生物學(xué)。E-mail: zhuwenjing@cam-su.org

劉志瑋，博士，研究方向：生物化學(xué)與分子生物學(xué)。E-mail: liuzhiwei@cam-su.org

10.16288/j.yczz.21-005

2021/3/16 11:31:37

URI: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20210315.0958.005.html

(責(zé)任編委: 陳帥)