xQTL workbench：一个可扩展的web环境，用于多级QTL分析

摘要

总结： xQTL workbench是一个可扩展的网络平台，用于在多个水平上绘制数量性状位点（QTL）：例如基因表达（eQTL。通过网络用户界面可以访问模式生物和人类种群的流行QTL作图方法。大型计算很容易扩展到多核计算机、集群和云。所有涉及的数据都可以在线上传和查询：标记、基因型、微阵列、NGS、LC-MS、GC-MS、NMR等。当新的数据类型可用时，xQTL工作台使用Molgenis软件生成器快速定制。

可利用性： xQTL工作台在所有通用平台上运行，包括Linux、Mac OS X和Windows。LGPL3许可证下的在线演示系统、安装指南、教程、软件和源代码可从网址：http://www.xqtl.org.

联系人： m.a.swertz@rug.nl

1简介

现代高通量技术产生了大量基因组、转录组、蛋白质组和代谢组数据。然而，现有的基于web的开源QTL分析工具，如webQTL(王等。, 2003)和QTL网络(杨等。, 2008)，不容易扩展到不同的设置，并且计算可扩展到整个基因组分析。xQTL workbench使得使用最先进的QTL定位工具分析大型复杂数据集变得容易，并使用并行化的“大数据”解决方案将这些方法应用于数百万表型(特雷列斯等。, 2011).xQTL工作台还支持存储原始、中间和最终结果数据，以及再现性和数据来源的分析协议和历史。Molgenis的使用(斯威茨等。，2010年a)有助于自定义软件。所有这些都可以通过Windows、Linux或Mac上的标准Internet浏览器方便地访问（并使用Java、R作为服务器）。

2特点

xQTL工作台提供了QTL图谱的可视化、单个和多个QTL定位方法、新QTL分析的轻松添加、可扩展的数据管理和分析跟踪。

2.1探索QTL概况

通过web界面，用户可以通过在可滚动和缩放的交互式窗口中查看QTL图来探索映射的QTL和基础信息。xQTL工作台支持其他常见的图像格式，如PNG、JPG、SVG和嵌入式postscript；用于在网上和纸上发布科学结果。从输出中，主要数据库标识符，如基因、蛋白质和/或代谢产物标识符，被自动链接到公共数据库的匹配外部网页，如NCBI、KEGG和Wormbase。

2.2单个和多个QTL定位

xQTL工作台包裹R/QTL(阿伦兹等。, 2010;Broman公司等。, 2003)在一个基于网络的分析框架中，提供所有重要的QTL作图程序，如EM算法、插补、Haley-Knott回归、扩展的Haley-Nnott方法、标记回归和多QTL定位。此外，xQTL工作台包括R/qtlbim，这是一个库，为映射多个相互作用的QTL提供了贝叶斯模型选择方法(扬戴尔等。, 2007)和Plink，一个用于自然群体中单核苷酸多态性（SNP）关联QTL定位的库(Purcell公司等。, 2007).

2.3添加新的分析工具

xQTL工作台支持灵活添加更多QTL分析软件：可以插入任何基于R的或命令行工具。所有分析结果都在x通过R-API的QTL工作台数据库。当添加新工具时，它们可以基于TORQUE/OpenPBS和BioNode构建高级多核计算机、集群和云管理功能(普林斯等。, 2011).x使用R、Excel、REST和SOAP web服务以及Galaxy的接口，QTL工作台可以成为更大分析管道的一部分(戈克斯等。, 2010).

2.4跟踪分析和监控性能

当定义了新的分析协议或R脚本时，可以很容易地将该协议应用于新数据。也，xQTL工作台跟踪历史。可以以自动化的方式重复使用分析协议。可以在不重置参数的情况下重新运行以前的分析。xQTL工作台提供了过去分析的在线概览，例如执行了哪些分析、由谁执行、何时执行以及应用的显示设置。

2.5可扩展数据管理

xQTL工作台具有基于XGAP规范的一致性检查数据库(斯威茨等。2010年b)、用户界面，用于管理和查询基因型和表型数据集，并支持各种数据库后台，包括HSQL（单机版）和MySQL。表型、基因型和遗传图谱数据可以作为文本（TXT）、逗号分隔（CSV）和Excel文件导入。xQTL工作台在一个新的、高效的XGAP格式二进制版本中处理和存储大型数据，该版本名为XGAPbin（extension.xbin），在线记录。在处理、存储和传输多千兆字节数据集时，这种二进制格式至关重要。

2.6可根据研究需要定制

可以使用Molgenis软件生成器添加新数据模式的其他模块(斯威茨等。2010年b). 的“外观和感觉”xQTL工作台通过更改一个简单的模板来适应机构或联盟的风格，如xQTL工作台文档能够无缝集成到现有网站或内部网站，例如最近的EU-PANACEA生物模型项目和LifeLines生物库。

3实施

我们建造了xMolgenis顶部的QTL工作台(斯威茨等。, 2004)，一种基于Java的软件，可按需生成定制的研究基础设施(Swertz和Jansen，2007年). 从描述整个系统的单个“蓝图”开始，Molgenis自动生成完整的应用程序，包括用户界面、数据库基础设施、R、REST和SOAP（API）中的应用程序编程接口。Molgenis的灵活性和鲁棒性已被广泛的研究项目证明，例如北欧GWAS控制数据库(亮氨酸等。, 2010)，EB突变数据库(范登·阿克等。, 2011)和动物观察数据库(斯威茨等。2010年a).

数据存储采用可扩展基因型和表型（XGAP）数据模型(斯韦茨等。2010年b)并扩展到大数据。为了支持对包含的映射例程的计算资源的增加需求，我们添加了用于计算的高级集群和云管理功能。可扩展的QTL定位程序xQTL工作台是用R和C编写的。R的选择与使用R进行QTL定位的一般做法有关。用户界面包括直接访问R解释器。两者都有xQTL workbench和Molgenis是开源软件，源代码在在线源代码控制库中透明地存储和跟踪。

4结论

xQTL workbench为基于web的分析提供了一个完整的解决方案：集成了主要的QTL映射例程，供有经验和无经验的用户使用。研究人员可以上传原始数据，进行分析，探索定位的QTL和潜在信息，并链接到重要的数据库。新算法可以灵活添加，所有用户都可以立即使用。大型分析可以在集群或云中轻松执行。未来的工作包括可视化和搜索选项，以探索结果。我们还举办了EU-SYSGENET研讨会，该研讨会设想将xQTL与HAPPY等分析工具、GeneNetwork等数据库以及工作流管理器TIQS进一步集成(达兰特等。, 2011).

致谢

我们感谢Konrad Zych图1.

基金：美国国立卫生研究院（GM074244 to KB）；荷兰科学研究组织（NWO）/TTI绿色遗传学（1CC029RP to P.P.）；NWO（Rubicon 825.09.008 to M.A.S）、生物系统基因组中心（CBSG）、荷兰系统生物学联合会（NCSB）（to D.A.）、荷兰生物信息中心（NBIC）（to M.A.S.），均为荷兰基因组计划/NWO的一部分；由欧洲区域发展基金和NWO共同资助的Target/LifeLines（发给M.A.S.）；以及EU-FP7项目PANACEA（222936至K.J.v.d.v.）和EURATRANS（241504至R.C.J.）。

利益冲突：未声明。

参考文献

作者注释