在生信的學習中，大家都會聽說過KEGG富集分析，而且該方法在高通量測序分析中已然成為數(shù)據(jù)分析中必不可少的一環(huán)。

這種分析方法依托的是由 Kanehisa實驗室 在1995年開發(fā)的KEGG數(shù)據(jù)庫，全稱為 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（京都基因與基因組百科全書），是分子水平功能注釋最常用的公共數(shù)據(jù)庫之一。

數(shù)據(jù)庫鏈接：https://www.kegg.jp/

KEGG包含多個子數(shù)據(jù)庫，有代謝通路、基因信息、化合物、酶、藥物等等，以及最經(jīng)常使用的Pathway通路信息 (分析一般需要借助其他工具，如DAVID、KOBAS等)可與其他大型數(shù)據(jù)庫鏈接，可同時檢索相關的基因組信息數(shù)據(jù)，如NCBI、ENSEMBL等。它把基因組、化學和系統(tǒng)功能信息整合到一張“通路圖”里，方便研究者快速定位基因或代謝物在生物學過程中的作用。

本文將重點介紹下KEGG數(shù)據(jù)庫的訪問與查詢功能。

一、KEGG 數(shù)據(jù)庫核心模塊解析

KEGG作為生物信息學領域的核心工具，整合了基因組、化學和系統(tǒng)功能信息，其數(shù)據(jù)體系可分為四大層級：

1. 通路數(shù)據(jù)庫（PATHWAY）

參考通路圖（Map 開頭）：覆蓋代謝、遺傳信息處理等 7 大領域，以圖形化方式展示分子互作網(wǎng)絡。例如，map00010 糖酵解通路圖中，方框代表酶（如己糖激酶 K00844），圓圈代表代謝物（如 C00668 葡萄糖），箭頭表示反應方向。

物種特異性通路（物種縮寫開頭）：如 sce00010（釀酒酵母糖酵解通路），綠色方框標注該物種特有的基因或酶，點擊可查看詳細注釋。

2. 同源基因數(shù)據(jù)庫（ORTHOLOGY）

KO 系統(tǒng)：將不同物種中功能相似的基因歸為同一 KO 組（如 K04257 嗅覺受體基因），支持跨物種功能比較。例如，人類己糖激酶基因 3101、3098、3099 均屬于 K00844。

檢索技巧：在 KEGG 首頁搜索框輸入 “ko: 基因名” 或直接訪問http://www.genome.jp/kegg/ko.html，可快速定位目標 KO 及其關聯(lián)通路。

3. 化合物與反應數(shù)據(jù)庫

COMPOUND：收錄小分子化合物信息，輸入 C 編號（如 C00078）或分子式（C11H12N2O2）可查詢結(jié)構(gòu)、分子量及參與的代謝反應。

REACTION：存儲酶促反應方程式，支持通過 EC 編號（如 5.4.2.2）或酶名稱檢索。

4. 層級分類數(shù)據(jù)庫（BRITE）

功能分類體系：以樹狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，例如藥物分類 br08340 將化合物按治療領域細分，支持批量下載 htext 或 json 格式文件。

交叉引用：通過 LinkDB 工具（http://www.genome.jp/linkdb/）可查看各數(shù)據(jù)庫間的關聯(lián)關系，如某個通路的基因來源。

二、數(shù)據(jù)檢索與獲取實戰(zhàn)

1. 關鍵詞搜索

全局檢索：在 KEGG 首頁搜索框輸入 “氮代謝”，可同時檢索到 pathway（map00910）、module（M00001）、KO（K00103）等相關條目。

高級篩選：點擊搜索結(jié)果頁的 “Filter” 按鈕，可限定檢索類型（如僅顯示 Pathway），或按物種、疾病分類過濾。

2. 精準定位方法

ID 檢索：直接輸入通路編號（如 map01230 氨基酸合成通路）、基因 ID（hsa:101954268）或化合物 C 編號，快速跳轉(zhuǎn)至目標頁面。

物種篩選：在 PATHWAY 檢索頁的 “Organism” 下拉菜單中選擇物種（如 hsa 代表人類），可查看該物種特有的通路注釋。

3. 數(shù)據(jù)導出與格式轉(zhuǎn)換

圖形下載：在通路圖頁面點擊 “Download” 按鈕，可獲取 png、svg 或 kcf 格式文件，支持后續(xù)編輯。

批量獲取：通過 API 接口（http://rest.kegg.jp/）可批量下載數(shù)據(jù)，例如使用 “l(fā)ist/pathway/hsa” 命令獲取人類所有通路列表。

三、典型應用場景示例

案例：分析腫瘤相關代謝通路

1. 確定研究方向：假設關注肝癌糖代謝異常，在 KEGG 首頁搜索 “肝癌”（H00014），進入 DISEASE 數(shù)據(jù)庫查看相關通路。

2. 檢索關聯(lián)通路：點擊 “Disease pathway” 鏈接，發(fā)現(xiàn) hsa04110 細胞周期通路和 hsa00010 糖酵解通路顯著富集。

3. 挖掘關鍵基因：在 hsa00010 通路圖中，點擊綠色方框（如 K00844 己糖激酶），查看其在人類中的基因成員（如 HK1、HK2）。

4. 數(shù)據(jù)整合：通過 LinkDB 工具關聯(lián) NCBI Gene 數(shù)據(jù)庫，獲取基因序列和表達數(shù)據(jù)，為后續(xù)實驗設計提供依據(jù)。

四、注意事項與資源拓展

1. 數(shù)據(jù)更新：KEGG 每月新增約 80 個基因組數(shù)據(jù)，建議定期訪問官網(wǎng)（https://www.kegg.jp/）查看更新日志。

2. 訪問權(quán)限：基礎檢索和數(shù)據(jù)瀏覽免費，高級分析工具（如 BlastKOALA）需注冊賬號，部分 API 服務僅限學術用途。

3. 學習資源：

官方文檔：http://www.genome.jp/kegg/document/help_bget_module.html

實戰(zhàn)教程：CSDN 博客《KEGG 數(shù)據(jù)庫的使用方法與介紹》提供圖文并茂的操作指南。

下次我們將深入探討 KEGG 的數(shù)據(jù)分析功能，教你如何利用這些數(shù)據(jù)進行通路富集分析和可視化，敬請期待！

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