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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點(diǎn),，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng),、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu),。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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研究提出準(zhǔn)確識(shí)別基因組間直系同源共線性的新方法

2025-04-28 昆明植物研究所

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共線性是指同源基因在染色體上的保守排列現(xiàn)象,，其基因順序源于共同祖先,。依據(jù)演化起源差異，共線性可劃分為直系同源共線性和旁系同源共線性,。直系同源共線性由物種分化事件產(chǎn)生,，旁系同源共線性則由基因組復(fù)制事件（WGD）形成。值得注意的是,，旁系同源共線性根據(jù)基因組復(fù)制與物種分化時(shí)間的相對(duì)順序可進(jìn)一步細(xì)分為兩類,，當(dāng)復(fù)制事件早于物種分化時(shí)形成外旁系同源共線性，反之則產(chǎn)生內(nèi)旁系同源共線性,。在植物基因組演化研究中,，頻繁發(fā)生的WGD事件導(dǎo)致旁系同源共線性在基因組中廣泛存在，因而對(duì)直系同源共線性的準(zhǔn)確鑒定構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn),。

中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員馬永鵬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際,、國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了直系同源指數(shù)（OI），以度量共線性的直系同源水平,，其定義為種間共線性區(qū)塊內(nèi)直系同源基因的占比,。理想狀態(tài)下，直系/外旁系共線性的OI值分別趨近于1和0,。實(shí)際分析表明,，二者呈現(xiàn)兩級(jí)分化的特征（高OI值?vs?低OI值），據(jù)此可有效區(qū)分兩類共線性（圖1）,。通過(guò)對(duì)近百例真實(shí)植物基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證及利用模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試,，確認(rèn)了OI方法在識(shí)別直系同源共線性上的穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性。相較于傳統(tǒng)K_S分析及其他工具（如QUOTA-ALIGN,、WGDI -c,、MCScanX_h、SCORPiOs等）,，OI在WGD與物種分化時(shí)間間隔（ΔT）較小時(shí)展現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)健性（圖2）,。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了自動(dòng)化分析工具SOI,，支持共線性可視化,、過(guò)濾及下游系統(tǒng)發(fā)育分析,。

該方法在基因組演化研究中具有廣泛的應(yīng)用前景，包括但不限于：WGD事件準(zhǔn)確鑒定,，通過(guò)直系同源共線性模式解析了傘形科與五加科共享的四倍化事件及特異性WGD事件,；網(wǎng)狀演化歷史的準(zhǔn)確推斷，揭示了擬南芥,、花生,、小麥和罌粟等物種的雜交/異源多倍化歷史；系統(tǒng)發(fā)育重建,，利用OI推斷的直系同源基因群（SOGs）,，重建了核心真雙子葉植物演化框架，解決了基于傳統(tǒng)orthogroups方法的外旁系基因干擾問(wèn)題,。

相關(guān)研究成果以SOI: Robust identification of orthologous synteny with the Orthology Index and broad applications in evolutionary genomics為題,，發(fā)表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、昆明植物所戰(zhàn)略先導(dǎo)計(jì)劃等的支持,。

論文鏈接

自動(dòng)化分析工具SOI

圖1.?OI檢測(cè)直系同源的共線性：以毛白楊-長(zhǎng)梗柳為例。

圖2.?OI在真實(shí)數(shù)據(jù)集和模擬數(shù)據(jù)集中的表現(xiàn),。

共線性是指同源基因在染色體上的保守排列現(xiàn)象,，其基因順序源于共同祖先。依據(jù)演化起源差異,，共線性可劃分為直系同源共線性和旁系同源共線性,。直系同源共線性由物種分化事件產(chǎn)生，旁系同源共線性則由基因組復(fù)制事件（WGD）形成,。值得注意的是,，旁系同源共線性根據(jù)基因組復(fù)制與物種分化時(shí)間的相對(duì)順序可進(jìn)一步細(xì)分為兩類，當(dāng)復(fù)制事件早于物種分化時(shí)形成外旁系同源共線性,，反之則產(chǎn)生內(nèi)旁系同源共線性,。在植物基因組演化研究中，頻繁發(fā)生的WGD事件導(dǎo)致旁系同源共線性在基因組中廣泛存在,，因而對(duì)直系同源共線性的準(zhǔn)確鑒定構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員馬永鵬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際,、國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了直系同源指數(shù)（OI）,，以度量共線性的直系同源水平，其定義為種間共線性區(qū)塊內(nèi)直系同源基因的占比,。理想狀態(tài)下,，直系/外旁系共線性的OI值分別趨近于1和0。實(shí)際分析表明,，二者呈現(xiàn)兩級(jí)分化的特征（高OI值?vs?低OI值）,，據(jù)此可有效區(qū)分兩類共線性（圖1）,。通過(guò)對(duì)近百例真實(shí)植物基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證及利用模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，確認(rèn)了OI方法在識(shí)別直系同源共線性上的穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性,。相較于傳統(tǒng)KS分析及其他工具（如QUOTA-ALIGN,、WGDI -c、MCScanX_h,、SCORPiOs等）,，OI在WGD與物種分化時(shí)間間隔（ΔT）較小時(shí)展現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)健性（圖2）。同時(shí),，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了自動(dòng)化分析工具SOI,，支持共線性可視化、過(guò)濾及下游系統(tǒng)發(fā)育分析,。該方法在基因組演化研究中具有廣泛的應(yīng)用前景,，包括但不限于：WGD事件準(zhǔn)確鑒定，通過(guò)直系同源共線性模式解析了傘形科與五加科共享的四倍化事件及特異性WGD事件,；網(wǎng)狀演化歷史的準(zhǔn)確推斷,，揭示了擬南芥、花生,、小麥和罌粟等物種的雜交/異源多倍化歷史,；系統(tǒng)發(fā)育重建，利用OI推斷的直系同源基因群（SOGs）,，重建了核心真雙子葉植物演化框架,，解決了基于傳統(tǒng)orthogroups方法的外旁系基因干擾問(wèn)題。相關(guān)研究成果以SOI: Robust identification of orthologous synteny with the Orthology Index and broad applications in evolutionary genomics為題,，發(fā)表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上,。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、昆明植物所戰(zhàn)略先導(dǎo)計(jì)劃等的支持,。論文鏈接自動(dòng)化分析工具SOI圖1.?OI檢測(cè)直系同源的共線性：以毛白楊-長(zhǎng)梗柳為例,。圖2.?OI在真實(shí)數(shù)據(jù)集和模擬數(shù)據(jù)集中的表現(xiàn)。

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