植物代谢产物对植物的生长发育和适应环境等生理活动具有重要作用。比较不同物种间代谢物差异为挖掘重要基因和优异种质资源、探究代谢途径、解析复杂性状的形成提供了有效的策略。然而，现有植物代谢物相关的数据库多聚焦于整合小规模物种内的代谢物信息和相关代谢途径，未能充分发挥跨物种间代谢物差异所带来的研究潜力。并且，各数据库中代谢物的编码体系缺乏一致性，造成了数据异质性高、关联性较弱，难以直接用于比较代谢组分析。基于此，为了进一步提高对不同植物间代谢物多样性的理解，迫切需要一个标准化的综合平台实现跨物种的比较代谢组分析。
7月10日，华中农大生物信息团队在Plant Communications上发表题为“PCMD: A multilevel comparison database of intra- and cross-species metabolic profiling in 530 plant species”的研究成果。该研究基于530种植物的代谢网络、代谢物、反应式和丰富的物种分类信息等，搭建了植物比较代谢组数据库PCMD (http://yanglab.hzau.edu.cn/PCMD)，为促进植物比较代谢组学研究提供了宝贵的资源和分析平台。
该研究运用基因组规模代谢网络模型（Genome-scale metabolic model, GEM），构建了530种植物的代谢网络，并预测了植物的代谢物和反应式等。进一步收集了植物的基本信息和分类、代谢物信息、实验测定的代谢物和相关文献等信息，PCMD中总计包含了213,264个代谢物，30,669个实验测定的代谢物，8,384个酶，8,678个反应式和33,397篇文献。用户可以通过访问PCMD中的物种、代谢物、反应式、文献、下载和帮助等六个模块查询、获取和分析上述数据（图1）。
PCMD为跨物种比较代谢组研究提供了多层次分析平台，涉及物种、代谢物、代谢通路、生物分类学等多个层面。（1）多样化搜索物种，探究植物代谢特征；通过使用“物种”模块的“搜索物种”页面，用户可以搜索植物的学名、俗名和缩写等获取它们的代谢物特征信息，并且可以利用“物种列表”页面查看530种植物根据其代谢物、酶和反应的数量进行排名的分布，进而加深对每种植物代谢特征的理解。（2）多元化分类物种信息，比较物种间代谢物差异；利用“物种比较”工具，用户可以根据选择的分类水平（包含物种分类、繁殖特征、种子和叶片特征以及驯化信息）或者上传植物名称列表，比较两组不同植物之间代谢物的特异性和共性。（3）个性化上传代谢物，揭示代谢物的富集分布；使用“代谢物富集”工具，用户可以上传指定的代谢物列表，进一步探究这些代谢物在哪些物种中富集。
此外，PCMD为代谢物比较提供了高度标准化的平台。通过整合现有的17个代谢产物数据库的资源，包括Biocyc、PubChem、CHEBI、KEGG、CAS、ChEMBL、MetanetX、NIKKAJI、KNApSAcK、3DMET、ChemSpider、SEED、PDB-CCD、HMDB、BiGG、Metabolights和PMhub，PCMD实现了对代谢物的统一重编码，确立了一套标准化体系。在此基础上，开发了“代谢物ID转换”工具，使得用户可以快速、高效的转换上述数据库中代谢物的ID，从而实现不同来源代谢数据的有效整合与利用（图1）。
基于搭建的PCMD数据库，研究者使用“物种比较”工具对茄属和芸薹属植物之间的代谢物差异进行了案例研究。结果显示，α-卡茄碱和α-茄碱在茄属植物中特异性存在。进一步的富集分析发现，芸薹属植物可能因缺乏将16,22,26-三羟基胆固醇转化为茄烷的途径，进而导致α-卡茄碱和α-茄碱的合成受损（图2）。对茄属和芸苔属植物之间的代谢物差异分析，不仅为了解这两类植物间的生化差异提供了有价值的参考，同时也展示了PCMD在揭示植物间代谢物多样性方面的能力。
综上所述，PCMD是目前涵盖物种最丰富的植物比较代谢组数据库，提供了丰富的代谢物资源和分析工具，有助于研究人员更全面的理解物种间的代谢物差异，为探究物种间代谢物的多样性提供了新的视角。
华中农业大学信息学院杨庆勇教授和张青叶副教授为论文通讯作者，信息学院博士后胡悦，博士研究生阮耀和已毕业硕士研究生招欣乐为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金（32322061, 32070559）、中央高校基本科研业务费（2662022XXYJ007, 2662023XXPY001）和中国博士后基金（2024M751038）资助。
PCMD数据库链接：
http://yanglab.hzau.edu.cn/PCMD
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxMTUxODIxMg==&mid=2247503280&idx=2&sn=d96ca0e7ea7a0338d637f48a4f6d4fce&chksm=c11872dbf66ffbcd2f7351412c42b16fd3736c9c96f695c76a3e17c7b9667e64da1ba3aa672f&mpshare=1&scene=23&srcid=0723UN4HnGwjBjZu6y2PNVTe&sharer_shareinfo=61d0132939d88e46ca5d3c2dbfad8a51&sharer_shareinfo_first=0736ad9995353fb0136ba1f3085c303e#rd