昆明植物所在雜交漸滲與不完全譜系分選的快速檢測(cè)與可視化方面取得新進(jìn)展

昆明市林草局專業(yè)號(hào) 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(guān)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)沖突的主要原因。因此，明確這兩種因素對(duì)物種樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響是物種演化歷史解析的重要挑戰(zhàn)。目前，檢測(cè)雜交漸滲的軟件一般采用推斷系統(tǒng)發(fā)育網(wǎng)絡(luò)的方法。雖然這種策略的準(zhǔn)確性通常很強(qiáng)，但對(duì)較多物種運(yùn)行檢測(cè)時(shí)，速度極為緩慢，且缺乏對(duì)用戶友好的可視化呈現(xiàn)。因此，迫切需要一個(gè)用戶友好型的工具對(duì)不完全譜系分選及雜交漸滲進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測(cè)及可視化。

近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所馬永鵬研究員團(tuán)隊(duì)在園藝學(xué)頂級(jí)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(duì)不完全譜系分選及雜交漸滲的識(shí)別檢測(cè)軟件Phytop（https://github.com/zhangrengang/phytop）。該軟件基于ASTRAL構(gòu)建的物種樹內(nèi)部節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(cè)物種間的不完全譜系分選及雜交漸滲信號(hào)。不論是使用模擬數(shù)據(jù)還是真實(shí)的系統(tǒng)基因組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，該軟件都表現(xiàn)出高的準(zhǔn)確性和短的計(jì)算時(shí)間，提高了效率。該方法操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，并實(shí)現(xiàn)了直觀靈活的可視化，彌補(bǔ)了目前相關(guān)軟件的不足。

中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生尚鴻運(yùn)，山東省農(nóng)科院賈凱華副研究員，江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物所李乃偉高級(jí)實(shí)驗(yàn)師為該論文共同第一作者。中國(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院昆明植物研究所戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)（KIBXD202401）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32471734，32360336）、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”項(xiàng)目及云南省科技項(xiàng)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(dāng)只有ILS時(shí)，期望q2=q3，ILS量化指標(biāo)ILS-index變化范圍是0-100%；只有IH時(shí)，期望q2>0而q3=0，IH量化指標(biāo)IH-index變化范圍是0-50%；當(dāng)ILS及IH均存在時(shí)，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(jù)的表現(xiàn)。Phytop計(jì)算的ILS及IH量化指標(biāo)（ILS-index和IH-index）與模擬數(shù)據(jù)梯度變化的期望值保持高度一致，反映了指標(biāo)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(cè)）。

圖3 Phytop在真實(shí)系統(tǒng)基因組學(xué)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)：IH量化指標(biāo)與前人研究中報(bào)道的漸滲程度一致，可以準(zhǔn)確的反映出雜交物種的IH信號(hào)

文：尚鴻運(yùn)