昆明植物所在雜交漸滲與不完全譜系分選的快速檢測與可視化方面取得新進展

昆明市林草局專業(yè)號 2024/11/27 17:00:16

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系統(tǒng)發(fā)育樹是研究物種間演化關系最主要的手段之一，而自然界物種間普遍存在的不完全譜系分選（Incomplete lineage sorting，ILS）和雜交漸滲（Introgressive hybridization,IH）是造成系統(tǒng)發(fā)育拓撲結構沖突的主要原因。因此，明確這兩種因素對物種樹拓撲結構的影響是物種演化歷史解析的重要挑戰(zhàn)。目前，檢測雜交漸滲的軟件一般采用推斷系統(tǒng)發(fā)育網絡的方法。雖然這種策略的準確性通常很強，但對較多物種運行檢測時，速度極為緩慢，且缺乏對用戶友好的可視化呈現(xiàn)。因此，迫切需要一個用戶友好型的工具對不完全譜系分選及雜交漸滲進行快速準確的檢測及可視化。

近日，中國科學院昆明植物研究所馬永鵬研究員團隊在園藝學頂級期刊Horticulture Research在線發(fā)表了題為Phytop: A tool for visualizing and recognizing signals of incomplete lineage sorting and hybridization using species trees output from ASTRAL的研究論文。該研究開發(fā)了一套針對不完全譜系分選及雜交漸滲的識別檢測軟件Phytop（https://github.com/zhangrengang/phytop）。該軟件基于ASTRAL構建的物種樹內部節(jié)點拓撲結構的比例，通過量化不完全譜系分選及雜交漸滲的程度，從而快速檢測物種間的不完全譜系分選及雜交漸滲信號。不論是使用模擬數(shù)據還是真實的系統(tǒng)基因組學數(shù)據進行測試，該軟件都表現(xiàn)出高的準確性和短的計算時間，提高了效率。該方法操作簡單，運行速度快，并實現(xiàn)了直觀靈活的可視化，彌補了目前相關軟件的不足。

中國科學院昆明植物研究所博士研究生尚鴻運，山東省農科院賈凱華副研究員，江蘇省中國科學院植物所李乃偉高級實驗師為該論文共同第一作者。中國科學院昆明植物研究所馬永鵬研究員，博士研究生張仁綱為該論文的通訊作者。該研究得到了中國科學院昆明植物研究所戰(zhàn)略先導科技專項（KIBXD202401）、國家自然科學基金項目（32471734，32360336）、中國科學院“西部之光”項目及云南省科技項目（202404BI090014）的支持。

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圖1 不完全譜系分選及雜交漸滲的量化模型：當只有ILS時，期望q2=q3，ILS量化指標ILS-index變化范圍是0-100%；只有IH時，期望q2>0而q3=0，IH量化指標IH-index變化范圍是0-50%；當ILS及IH均存在時，期望q2和q3顯著不相等，ILS-index與IH-index隨之變化。

圖2 Phytop在模擬數(shù)據的表現(xiàn)。Phytop計算的ILS及IH量化指標（ILS-index和IH-index）與模擬數(shù)據梯度變化的期望值保持高度一致，反映了指標的可靠性（但隨著ILS增高，檢出IH-index值的變異程度也增加，直至不可檢測）。

圖3 Phytop在真實系統(tǒng)基因組學數(shù)據的表現(xiàn)：IH量化指標與前人研究中報道的漸滲程度一致，可以準確的反映出雜交物種的IH信號

文：尚鴻運