[論文レビュー] Phylogenomic Analyses of Large-scale Nuclear Genes Provide New Insights into the Evolutionary Relationships within the Rosids

Lei Zhao, Xia Li+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2016

Plant and Fungal Species Descriptions参考文献 118被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、17個のロイドス目の中から14目の63種から得た大規模な核遺伝子データを用いて、ロイドス進化枝の深部系統を再構築した。共alescence法と連結法を用い、遺伝子系統木の不均一性や欠損データが多い状況下で、共alescence法が連結法を上回ることを示した。特に、Zygophyllales目の系統的配置の論争が解決された。

ABSTRACT

The Rosids is one of the largest groups of flowering plants, with 140 families and ~70,000 species. Previous phylogenetic studies of the rosids have primarily utilized organelle genes that likely differ in evolutionary histories from nuclear genes. To better understand the evolutionary history of rosids, it is necessary to investigate their phylogenetic relationships using nuclear genes. Here, we employed large-scale phylogenomic datasets composed of nuclear genes, including 891 clusters of putative orthologous genes. Combined with comprehensive taxon sampling covering 63 species representing 14 out of the 17 orders, we reconstructed the rosids phylogeny with coalescence and concatenation methods, yielding similar tree topologies from all datasets. However, these topologies did not agree on the placement of Zygophyllales. Through comprehensive analyses, we found that missing data and gene tree heterogeneity were potential factors that may mislead concatenation methods, in particular, large amounts of missing data under high gene tree heterogeneity. Our results provided new insights into the deep phylogenetic relationships of the rosids, and demonstrated that coalescence methods may effectively resolve the phylogenetic relationships of the rosids with missing data under high gene tree heterogeneity.

研究の動機と目的

• 被子植物の大きな進化枝であるロイドスの深部進化的関係を解明すること。ロイドスは140家族にわたる約70,000種を含む。
• 前記研究が細胞小器官遺伝子に依存していたという制限を克服するため、大規模な核遺伝子データセットを用いること。
• 欠損データや遺伝子系統木の不均一性の下で、共alescence法と連結法の両者がロイドスの系統樹をどのように解明できるかを評価すること。
• 長年にわたり未解決であったZygophyllales目の系統的配置の不確実性を解消すること。

提案手法

• 17個のロイドス目の中から14目の63種を対象として、891クラスタの有意義な対座位核遺伝子を含む系統ゲノムデータセットを構築した。
• 同じデータセットを用いて、共alescenceに基づくおよび連結に基づく系統樹推定法を適用し、結果を比較した。
• 欠損データや遺伝子系統木の不均一性が系統樹のトップロジーの正確性に与える影響を評価するため、包括的な感度分析を実施した。
• 統計的仮説検定とモデル比較を用いて、さまざまなデータ条件における推定関係の頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な核遺伝子データから推定されるロイドスにおける最も正確な系統樹トップロジーは何か？
• RQ2 欠損データや遺伝子系統木の不均一性が著しい状況下で、共alescence法と連結法はロイドスの系統関係をどのように比較して解明できるか？
• RQ3 なぜZygophyllales目の配置は、さまざまな解析において不安定または一貫性のないままであるのか？
• RQ4 共alescence法は、欠損データや遺伝子系統木の矛盾によって生じる系統樹推定の系統的誤差を効果的に是正できるか？

主な発見

• 共alescence法と連結法は、すべてのデータセットにおいて極めて一致する系統樹トップロジーを生成したが、Zygophyllales目の配置を除いてはそうであった。
• Zygophyllales目の配置は不安定であり、特に連結解析において、高い遺伝子系統木の不均一性と欠損データの影響を受けていた。
• 欠損データと遺伝子系統木の不均一性は、特にデータが乏しい状況で、連結法を誤導する主要な要因であると特定された。
• 共alescence法は、高い欠損データと遺伝子系統木の矛盾の下でも、系統関係の解明においてより頑健で信頼性が高いことが示された。