TGXTC-甘蔗低温响应基因筛选技术规程 权重基因共表达网络分析（WGCNA）法编制说明

广西热带作物学会团体标准《甘蔗响应低温目标基因筛选权重基因共表达网络分析（WGCNA）》编制说明一、任务来源、起草单位、主要起草人（一）任务来源根据《广西热带作物学会关于下达2026年第九批团体标准制修订项目计划的通知》（桂热学字〔2026〕34号），由广西壮族自治区亚热带作物研究所提出，广西壮族自治区亚热带作物研究所、武汉伯远生物科技有限公司、北京百迈客生物课题有限公司共同起草的团体标准《甘蔗响应低温目标基因筛选权重基因共表达网络分析（WGCNA）》已获批立项。（二）起草单位广西壮族自治区亚热带作物研究所、武汉伯远生物科技有限公司、北京百迈客生物课题有限公司。（三）起草人员姓名职务/职称单位参与编制标准分工情况宋奇琦助理研究员广西壮族自治区亚热带作物研究所全面负责标准的策划、编写、调研、数据整理等工作朱鹏锦高级农艺师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准的策划、技术指导程琴高级工程师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准的策划、技术指导谭秦亮高级工程师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准相关文献整理李佳慧农艺师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准相关文献整理向仕昆科研顾问武汉伯远生物科技有限公司负责标准技术指导朱迪测序技术北京百迈客生物课题有限公司负责标准技术指导彭紫阳科研顾问武汉伯远生物科技有限公司负责标准技术指导周全光高级农艺师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准意见征求稿整理吕平高级农艺师广西壮族自治区亚热带作物研究所负责标准意见征求稿整理黄璟娴销售工程师北京百迈客生物课题有限公司负责标准意见征求稿整理二、项目背景及目的意义（一）标准编制背景甘蔗（SaccharumofficinarumL.）是我国重要的糖料作物，低温寒害是制约甘蔗产业可持续发展的主要逆境因子之一。解析甘蔗响应低温胁迫的分子调控网络，挖掘关键抗寒基因，对于甘蔗抗寒育种具有重要的理论和应用价值。权重基因共表达网络分析（WeightedGeneCo-expressionNetworkAnalysis，WGCNA）是一种系统生物学方法，能够基于高通量转录组数据构建基因共表达网络，识别与目标性状显著相关的基因模块，并筛选模块内的核心枢纽基因。WGCNA的核心优势在于它不依赖于先验知识，而是基于基因表达模式的内在相关性，构建出具有生物学意义的共表达网络，该方法提升了从高通量数据中提取关键信息的能力。然而，WGCNA分析流程复杂，从样品处理及采集方式、数据预处理、网络构建参数选择到模块识别与核心基因筛选，多个环节的技术决策都会对最终结果产生显著影响。不同研究在样本数量、异常样本处理、基因过滤策略、软阈值选择、模块识别参数等方面的差异，导致结果的可比性和可重复性不足，制约了该方法的广泛应用和数据资源的有效整合。（二）目的意义本标准的制定具有以下重要意义：1.规范分析流程，提升结果可靠性本标准系统规定了实验处理、样本准备、数据预处理、参数优化、模块识别及核心基因筛选等流程，确保分析结果的可靠性和稳健性。2.降低技术门槛，促进方法普及标准化的分析流程与指南能显著降低WGCNA方法的使用门槛，让更多甘蔗生物学研究者能够有效应用该方法挖掘抗寒相关基因。3.推动甘蔗抗寒育种发展标准化的基因挖掘工具可为甘蔗抗寒育种提供可靠的候选基因，加速分子标记开发和转基因育种进程。三、标准编制过程（一）标准立项2026年4月，起草单位向广西热带作物学会提交团体标准立项申请。2026年5月，经学会评审，批准本标准立项。（二）成立标准起草工作组立项批准后，由广西壮族自治区亚热带作物研究所牵头，联合武汉伯远生物科技有限公司、北京百迈客生物课题有限公司成立了标准起草工作组。工作组明确了各成员的职责分工，确定工作技术路线，开展标准研制工作。（三）文献调研与技术资料收集工作组系统收集了国内外WGCNA分析方法学的原始文献、甘蔗低温胁迫转录组研究论文，以及国内外生物信息学分析相关标准规范，作为本标准编制的技术依据。（四）标准草案编写工作组基于甘蔗低温胁迫WGCNA分析的实际经验，结合文献调研结果，起草了标准草案初稿。草案重点规定了样本量要求、异常样本处理、软阈值选择、模块识别参数、GS/MM筛选阈值等关键技术环节。2026年8月，形成标准草案征求意见稿。四、标准主要章节内容及确定依据（一）标准主要框架及内容章节名称内容第一章范围标准规定内容和适用范围第二章规范性引用文件引用的国家标准和规范第三章术语和定义核心术语解释第四章缩略语本文用到的缩写对照第五章实验设计与样品采集品种选择、处理条件、样本量、操作规范第六章参考基因组比对与表达定量参考基因组选择、序列比对、基因表达定量第七章基因表达矩阵构建与过滤表达矩阵构建、数据过滤策略第八章异常样本初筛与剔除样本聚类分析、剔除标准、剔除后验证第九章WGCNA网络构建软阈值选择、网络类型选择、模块识别参数第十章模块与性状关联分析模块特征基因计算、模块-性状相关性分析第十一章核心基因筛选GS与MM值计算、多指标综合筛选、品种特异性筛选、筛选结果的稳健性验证第十二章候选基因验证表达模式验证、功能验证（二）关键参数确定依据1.样本量要求（≥15个）确定依据：WGCNA包的开发者在官方FAQ[1]中明确指出不建议在少于15个样本的数据集上运行WGCNA，少于15个样本计算出的相关性噪音太大，网络结果不具有生物学意义，如果条件允许，应该至少有20个样本。2.软阈值选择标准（R²>0.8）WGCNA软阈值的选择标准源于其核心方法学论文[2]，该论文提出了基于近似无标度拓扑准则（scale-freetopologycriterion）来选择软阈值幂（power）的理论框架。该标准通过WGCNA包的pickSoftThreshold函数实现[3]，该函数以无标度拓扑拟合指数R²为主要评判指标，其默认的R²阈值为0.85。软阈值选定通常遵循“选择使R²首次达到预设阈值的最低幂值”这一原则，从而在构建加权网络时尽量逼近理想的无标度拓扑结构。在实际操作中，一个更被广泛接受的惯例是“以0.8为下限”。3.参考基因组选择张积森团队在2025年发布了XTT22单倍型解析基因组[4]。XTT22是我国最重要的甘蔗骨干亲本，种植面积曾连续15年占据全国甘蔗总面积的85%以上，我国90%以上的第四代和第五代甘蔗品种都以XTT22为亲本培育而成。使用XTT22作为参考基因组，能使转录组读段的比对更准确，基因分型更可靠，筛选出的候选基因也更贴近实际育种应用。参考文献[1]LangfelderP,HorvathS.WGCNApackageFrequentlyAskedQuestions[EB/OL].https://edo98811.github.io/WGCNA_official_documentation/faq.html.[2]ZhangB,HorvathS.Ageneralframeworkforweightedgeneco-expressionnetworkanalysis[J].Statisticalapplicationsingeneticsandmolecularbiology,2005,4(1-2):Article17.[3]LangfelderP,HorvathS.WGCNA:anRpackageforweightedcorrelationnetworkanalysis[J].BMCBioinformatics,2008,9:559.[4]ZhangJ,QiY,HuaX,etal.Thehighlyallo-autopolyploidmodernsugarcanegenomeandveryrecentallopolyploidizationinSaccharum[J].NatureGenetics,2025,57(1)五、国内外同类标准制修订情况及与法律法规、强制性标准关系（一）国内同类标准情况经检索，国内尚未发布针对WGCNA分析或甘蔗低温响应基因筛选的国家标准或行业标准。现有相关标准主要集中于高通量基因测序技术规程（GB/T30989—2014）和生物信息学术语（GB/T29873—2013）等基础性规范，缺乏针对特定分析方法的应用标准。（二）国际同类标准情况国际上亦未发布WGCNA分析的官方标准（如ISO、IEEE标准）。方法的应用主要依赖原始论文描述、R包文档和学术机构制定的内部分析流程。范德堡大学（VanderbiltUniversity）等机构提供标准化的WGCNA分析服务，但尚未形成公开的技术规范文件。（三）与法律法规、强制性标准的关系本标准符合《中华人民共和国标准化法》《团体标准管理规定》等相关法律法规要求。本标准内容不涉及强制性标准，与现行国家标准、行业标准无冲突。本标准是对现有基础性标准（如GB/T30989—2014、GB/T29873—2013）在特定应用领域的补充和细化。（四）采标情况本标准未采用国际标准或国外先进标准。本标准基于国内甘蔗研究的实际需求和实践经验制定。六、重大分歧意见的处理经过和依据本标准编制过程中无重大分歧意见。在征求意见阶段，存在以下一般性意见分歧及处理情况：（一）分歧一：关于hub基因的筛选标准该严格一点还是宽松一点？一方意见：采用严格筛选标准，筛选出的基因更可靠；另一方意见：采用宽松筛选标准，避免遗漏重要基因；处理结果：工作组经讨论，决定根据研究目的自行选择基本筛选标准，同时附加扩展筛选标准，提高灵活性。该方案获得一致认可。（二）分歧二：关于是否将功能验证纳入强制性要求？一方意见：功能验证成本高、周期长，不宜作为强制性要求；另一方意见：仅有生信分析不足以确认基因功能，应要求验证；处理结果：采纳“可选”方式，规定qRT-PCR验证为推荐要求，功能验证为可选要求“有条件进行”，该方案平衡了科学严谨性与实际可操作性。七、实施标准的措施本标准批准后应及时发布实施。同时加强对标准的宣传和贯彻，在宣传贯彻和应用中不断收集用户意见和建议，在实施过程中仍需根据当下国情和甘蔗发展水平实际情况及时加以修订和完善，以适应技术和生产发展的需要。八、自我承诺本标准起草单位承诺：本标准内容符合国家有关法律法规和强制性标准要求，不与现行国家标准、行业标准相抵触；本标准制定过程公开、公正、透明，符合《团体标准管理规定》和学会团体标准管理办法的要求；本标准知识产权清晰，如涉及专利，已按照有关规定进行披露；本标准实施后，将根据技术发展和用户反馈及时组织复审和修订，确保标准的先进性和适用性；自愿接受标准化主管部门和学会的监督管理。九、其他应予以说明的事项（一）关于参考基因组的版本更新本标准中推荐的参考基因组（XTT22单倍型解析基因组）为当前最新版本。考虑到甘蔗基因组研究的快速发展，建议使用者在应用本标准时优先采用最新发布的官方版本，并在报告中注明所使用基因组的版本信息。（二）关于适用范围的扩展本标准主要针对甘蔗低温响应目标基因筛选制定，但技术流程具有通用性。其他作物逆境胁迫相关基因的WGCNA分析