基因组古多倍化

研究基因组加倍、WGD、古多倍化的专家列表:
人员名单来源:https://wap.sciencenet.cn/blog-3459184-1268104.html?mobile=1

  • 华北理工大学/河北农业大学的王希胤教授、
  • 南京农业大学引进的Yves Van de Peer教授,
  • 中科院北京植物所的焦远年研究员,
  • 中科院武汉植物园的石涛和陈进明研究员
  • 复旦大学/宾夕法尼亚大学马红教授

一般的鉴定方法是基因组的共线性散点图和Ks,4DTv的分布来鉴定复制事件。
物种分化时间计算公式是:T=Ks/2λ

image.png

λ是碱基同义替换速率,不同物种的λ有差别。可以根据上面的公式结合www.timetree.org的物种化石分化时间来计算。选择比较物种的时候,尽量选择分化时间研究比较多的。根据timetree下面的支持文献的数量来选。研究的比较少的可能时间不准。
Helianthus annuus(向日葵)和 Coffea(咖啡)的分化时间有3个值,median time 101MYA, Adjust time 115MYA. CI: (97.5 - 107.3 MYA). 选择101MYA作为T,Ks选择的是向日葵和咖啡分开的主峰,大概是横坐标1.65的位置。λ=1.65/2/101/1000000=8.17E-9. 然后可以根据这个λ值,利用T=Ks/2λ 来计算WGD2,WGT-1,WGT-γ 的时间。但是一般情况下,都是用已报到的λ值。否则审稿人问你λ来源,不好解释。

分析工具

共线性块计算工具:MCScan/JCVI(前者的python版本);WGD;WGDI;AnchorWave (基于序列比对,不依赖基因注释);DupGen_finder(能够区分5种复制模式)
KaKs计算工具:KaKs_caculator;ParaAT
4DTv计算:[calculate_4DTV_correction.pl 脚本](https://github.com/chaimol/KK4D/blob/main/calculate_4DTV_correction.pl
AnchorWave可以对没有注释的基因组进行比对,获取anchor。其他几个工具都是需要基因注释的pep和cds文件。

KK4D流程已经实现jcvi+KaKs_calcaulator+4DTv计算和可视化

结果展示

https://www.nature.com/articles/ncomms14953/figures/3
上述图片来源https://www.nature.com/articles/ncomms14953/figures/3
a是dotplot,这种是jcvi绘制的。WGDI可以在绘制的时候利用Ks的值来实现区分不同时期的复制信息。原理就是把基因对和Ks的值做了映射,然后再用Ks的范围作为颜色变化范围。
WGDI的dotplot,可以控制动态范围

从这张图中可以看出经历过一次WGD.
WGDI的Ks的峰值估算

该图中可以看出只有一个主峰,peak在1.25左右,坐标的0附近和右边2.5附近的峰,都不能算作是一次加倍。0附近的Ks是其他重复造成的。可以通过dupgen_finder把复制模式分为5种,分别计算Ks,能够看出。这种不是WGD,一般是TD,PD.DSD,TRD.
Ks和4DTv的分布应该是基本一致的。Ks的一个关键点是估计峰值。这种一般是估算的,可以使用各种模型来拟合。
共线性和Ks,4DTv的可视化,峰值的估计,部分代码我放在KK4D里了。
古多倍化可以使用WGDI来分析。

图3

上图来自 https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30359-4# Genetic Contribution of Paleopolyploidy to Adaptive Evolution in Angiosperms
图3中看出拟南芥先后经历了三次WGD(γ-β-α)。γ120MYA β60MYA α 50MYA
被子植物基因组经历二倍化(α)、四倍化(β)和六倍化(γ)3次古全基因组复制(WGD)事件。
图3可以清楚的看到单子叶和双子叶加倍的差异。

图4

图4来源于https://www.nature.com/articles/nrg.2017.26#ref-CR5
粗体黑色虚线反映事件日期的不确定性。用浅红色矩形表示估计在 55 MYA到 75MYA年之间的 WGD(白垩纪-古近纪边界周围的阴影区域)。大灭绝事件由阴影区域表示,边界为事件预测日期两侧 1000 万年.

参考资料
https://www.jianshu.com/p/21e972a6e4f7

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