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計劃中所面臨的機遇與挑戰(zhàn)
?????? 生命之樹計劃主要目標(biāo)之一是重建地球上所有生物類群之間的譜系親緣關(guān)系，并以輔助闡明生命的起源、生物演化模式與機制。隨著基因組測序技術(shù)不斷進步與測序成本不斷降低，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。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)時代下，如何利用全基因組數(shù)據(jù)重建可靠的生命之樹，如何應(yīng)對現(xiàn)有建樹理論和方法與基因組數(shù)據(jù)產(chǎn)生的沖突。
兩篇論文首頁截圖
基于基因組數(shù)據(jù)系統(tǒng)地重建真菌生命之樹——真菌是生命之樹中種類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。通過比對基因組數(shù)據(jù)，篩選出290個直系同源基因并構(gòu)建了12個數(shù)據(jù)矩陣。對于每一數(shù)據(jù)矩陣，分別構(gòu)建串聯(lián)系統(tǒng)發(fā)育樹（concatenation-based tree；簡稱串聯(lián)樹）與溯祖系統(tǒng)發(fā)育樹（coalescent-based tree；簡稱溯祖樹）。研究發(fā)現(xiàn)85%的物種在24顆進化樹中的位置是完全一致的，其中包括真菌演化歷史上長期存疑的重要節(jié)點（如捕蟲霉菌門、毛霉菌門）。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)一些支持率較低的進化關(guān)系（如擔(dān)子菌門）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)評估了同等級的真菌分類單元與對應(yīng)的基因組相對進化速率之間的關(guān)系。該項研究是首次系統(tǒng)地基于全基因組水平重建真菌生命之樹，其研究結(jié)果為今后的真菌的進化，生態(tài)學(xué)，生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)提供了重要參考價值。
真菌生命之樹
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個課題組也參與了該研究。
該團隊還在另一篇論文中探究了現(xiàn)有進化樹構(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)樹和溯祖樹是兩個標(biāo)準(zhǔn)操作流程。在過去五年（2015.07-2020.06）里，進化生物學(xué)國際權(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)樹和溯祖樹樹形是不一致的。為了解析這一普遍存在問題，研究團隊建立了估算每個基因?qū)Υ?lián)樹和溯祖樹系統(tǒng)發(fā)育信號的方法，并找出系統(tǒng)發(fā)育信號不一致的基因。最后，通過數(shù)據(jù)模擬表明丟棄這些異質(zhì)基因有利于構(gòu)建穩(wěn)健且可靠的進化樹。
解析串聯(lián)樹和溯祖樹沖突的流程圖
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。同時感謝《Systematic Biology》編委Jeremy Brown教授、 Robert Thomson教授和Robert Lanfear教授對本研究的邀稿。
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
（昆蟲所供稿）
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