[논문 리뷰] Phylogenomic Analyses of Large-scale Nuclear Genes Provide New Insights into the Evolutionary Relationships within the Rosids

Lei Zhao, Xia Li외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 30.

Plant and Fungal Species Descriptions참고 문헌 118인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 17개의 라이드 주문 중 14개에서 63개 종의 대규모 핵 유전자 데이터를 사용하여 라이드 목의 깊은 계통발생학적 계통수를 재구성한다. 공동계통수 및 연결 분석 방법을 적용하여, 특히 자이포필라스 목의 둔합된 위치에 대한 논란을 해결하는 데서 공생 방법이 유전자 트리 이질성과 누락 데이터가 높은 조건에서 연결 분석 방법보다 뛰어난 성능을 보임을 밝혀낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 70,000여 종이 포함된 140개의 과를 포함하는 꽃자국 라이드 목의 깊은 진화적 관계를 명확히 하기 위해.
• 이전 연구들이 염색체 유전자에 의존한 한계를 극복하고 대규모 핵 유전자 데이터셋을 사용하기 위해.
• 누락 데이터와 유전자 트리 이질성 조건 하에서 공생 방법과 연결 분석 방법의 성능을 평가하여 라이드 계통발생학적 계통수를 규명하기 위해.
• 오랜 기간 동안 논란이 되어 온 자이포필라스 목의 계통관계 위치를 해결하기 위해.

제안 방법

• 17개의 라이드 주문 중 14개를 대표하는 63개 종에서 유추된 891개의 가짜 등위핵 유전자 클러스터를 포함하는 계통발생 게놈 데이터셋을 구축하였다.
• 동일한 데이터셋을 바탕으로 공생 기반 및 연결 기반의 종 계통수 추정 방법을 적용하여 결과를 비교하였다.
• 누락 데이터와 유전자 트리 이질성이 계통수 위상 정확도에 미치는 영향을 평가하기 위해 종합적인 민감도 분석을 수행하였다.
• 통계적 검정과 모델 비교를 통해 다양한 데이터 조건 하에서 추정된 관계의 탄력성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 핵 유전자 데이터로부터 추정된 라이드의 가장 정확한 종 계통수 위상은 무엇인가?
• RQ2 높은 수준의 누락 데이터와 유전자 트리 이질성 조건 하에서 공생 방법과 연결 분석 방법은 라이드 계통관계 규명에 어떻게 비교되는가?
• RQ3 왜 자이포필라스 목의 위치는 분석 간에 항상 불일치하거나 해결되지 않는가?
• RQ4 공생 방법은 누락 데이터와 유전자 트리 갈등으로 인한 체계적 오류를 효과적으로 완화하여 종 계통수 추정에 유의미한 영향을 미칠 수 있는가?

주요 결과

• 공생 방법과 연결 분석 방법은 모든 데이터셋에서 유사한 종 계통수 위상을 도출하였지만, 자이포필라스 목의 위치를 제외하고는 동일하였다.
• 자이포필라스 목의 위치는 불안정했으며, 특히 연결 분석에서 높은 유전자 트리 이질성과 누락 데이터의 영향을 받은 것으로 나타났다.
• 누락 데이터와 유전자 트리 이질성은 연결 분석 방법을 오도시키는 주요 혼란 요인으로 특정하게 규명되었으며, 데이터가 희박한 경우에 특히 그러했다.
• 공생 방법은 높은 누락 데이터와 유전자 트리 갈등 조건 하에서도 종 관계 규명에 더 뛰어난 탄력성과 신뢰성을 보였다.