浙江大學(xué)沈星星課題組接連發(fā)文闡述基因組在生命之樹(shù)計(jì)劃中所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
?????? 生命之樹(shù)計(jì)劃主要目標(biāo)之一是重建地球上所有生物類(lèi)群之間的譜系親緣關(guān)系，并以輔助闡明生命的起源、生物演化模式與機(jī)制。隨著基因組測(cè)序技術(shù)不斷進(jìn)步與測(cè)序成本不斷降低，科學(xué)家期望利用全基因組數(shù)據(jù)重建可靠的生命之樹(shù)。近日，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院沈星星研究員課題組在《Current Biology》和《Systematic Biology》連發(fā)兩篇論文闡述，在基因組學(xué)時(shí)代下，如何利用全基因組數(shù)據(jù)重建可靠的生命之樹(shù)，如何應(yīng)對(duì)現(xiàn)有建樹(shù)理論和方法與基因組數(shù)據(jù)產(chǎn)生的沖突。
兩篇論文首頁(yè)截圖
基于基因組數(shù)據(jù)系統(tǒng)地重建真菌生命之樹(shù)——真菌是生命之樹(shù)中種類(lèi)最多且最古老的分支之一，在陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。 本研究收集了1644個(gè)真菌基因組，其中包括了絕大多數(shù)主要真菌支系的代表物種。通過(guò)比對(duì)基因組數(shù)據(jù)，篩選出290個(gè)直系同源基因并構(gòu)建了12個(gè)數(shù)據(jù)矩陣。對(duì)于每一數(shù)據(jù)矩陣，分別構(gòu)建串聯(lián)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（concatenation-based tree；簡(jiǎn)稱(chēng)串聯(lián)樹(shù)）與溯祖系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（coalescent-based tree；簡(jiǎn)稱(chēng)溯祖樹(shù)）。研究發(fā)現(xiàn)85%的物種在24顆進(jìn)化樹(shù)中的位置是完全一致的，其中包括真菌演化歷史上長(zhǎng)期存疑的重要節(jié)點(diǎn)（如捕蟲(chóng)霉菌門(mén)、毛霉菌門(mén)）。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)一些支持率較低的進(jìn)化關(guān)系（如擔(dān)子菌門(mén)）可能是由于早期的快速分歧造成的多分叉的演化關(guān)系，系統(tǒng)評(píng)估了同等級(jí)的真菌分類(lèi)單元與對(duì)應(yīng)的基因組相對(duì)進(jìn)化速率之間的關(guān)系。該項(xiàng)研究是首次系統(tǒng)地基于全基因組水平重建真菌生命之樹(shù)，其研究結(jié)果為今后的真菌的進(jìn)化，生態(tài)學(xué)，生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)提供了重要參考價(jià)值。
真菌生命之樹(shù)
范德堡大學(xué)李遠(yuǎn)寧博士為論文第一作者，范德堡大學(xué)Antonis Rokas教授和浙江大學(xué)沈星星研究員為共同通訊作者。另外，俄勒岡州立大學(xué)Joseph Spatafora教授，常櫻博士，加州大學(xué)河濱分校Jason Stajich教授等9個(gè)課題組也參與了該研究。
該團(tuán)隊(duì)還在另一篇論文中探究了現(xiàn)有進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建方法沖突的原因及其消除方法——基于基因組數(shù)據(jù)，構(gòu)建串聯(lián)樹(shù)和溯祖樹(shù)是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)操作流程。在過(guò)去五年（2015.07-2020.06）里，進(jìn)化生物學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊《Systematic Biology》（IF=10.266）共發(fā)表了36篇系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究論文。其中，33（近92%）篇論文發(fā)現(xiàn)串聯(lián)樹(shù)和溯祖樹(shù)樹(shù)形是不一致的。為了解析這一普遍存在問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)建立了估算每個(gè)基因?qū)Υ?lián)樹(shù)和溯祖樹(shù)系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)的方法，并找出系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)不一致的基因。最后，通過(guò)數(shù)據(jù)模擬表明丟棄這些異質(zhì)基因有利于構(gòu)建穩(wěn)健且可靠的進(jìn)化樹(shù)。
解析串聯(lián)樹(shù)和溯祖樹(shù)沖突的流程圖
浙江大學(xué)沈星星研究員為論文第一作者兼通訊作者，范德堡大學(xué)Jacob Steenwyk 博士和Antonis Rokas教授也參與了該研究。同時(shí)感謝《Systematic Biology》編委Jeremy Brown教授、 Robert Thomson教授和Robert Lanfear教授對(duì)本研究的邀稿。
原文鏈接：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00139-1
https://academic.oup.com/sysbio/advance-article/doi/10.1093/sysbio/syab011/6146422?searchresult=1
（昆蟲(chóng)所供稿）
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