【Mol Plant 】四川大学刘建全课题组发表基因组分析生信新软件-WGDI

2022年10月28日，四川大学生命科学学院刘建全课题组在Molecular Plant杂志在线发表了题为“WGDI: A user-friendly toolkit for evolutionary analyses of whole-genome duplications and ancestral karyotypes”的文章，介绍了一个集成且用户友好的，用于多倍化确定、基因组同源性的分层和祖先染色体核型演化分析的生物信息学软件WGDI，它提高了全基因组重复的检测精准度和速度，展示了基于基因组数据的核型动态演化过程。该论文在审稿前上传在bioRxiv，也在相关网站公布了所有的操作和使用流程，得到了广泛的使用和推广；到目前为止，已被引用近40次。

WGDI的功能演示视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1qK4y1U7eK/

https://www.bilibili.com/video/BV195411P7L1/

以下视频来源于

Mol Plant植物科学

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.10.018

图1 WGDI的结构，主要组件及其依赖关系

研究人员实现了一种基于动态规划算法的共线性提取，与两个常用的共线性分析软件MCScanX和JCVI比较发现，WGDI保留了更多的同源基因对，从而可以鉴定到更长和更多的共线性区块。

图2 WGDI、MCScanX和JCVI提取同线性块的性能比较

WGDI特别适用于识别频繁的多倍化事件，尤其是基于高质量染色体水平的基因组。WGDI可以通过共线性深度、Ks峰值和系统发育树三种方式来验证多倍化事件。其中，可以实现建立系统发育树时，提取和采用与特定进化事件相关联的所有共线性同源基因，有助于确定受递归多倍化影响的系统发育实际历史。

图3 以黄瓜和葡萄为例进行多倍化推断

特别需要指出的是，WGDI可以提取完整的共线性区块，便于重建现存物种的祖先染色体核型。核型演化对于评估有争议谱系的系统发育位置、演化历史（包括杂交等）和推断灭绝物种的基因组结构十分重要。然而，简单的断裂融合模型无法解释祖先基因组的染色体如何演变成当前的核型。染色体重排和结构变异产生新的染色体核型与祖先核型相比，共线性区块共享的断点包含着推断祖先核型的关键特征，进而可以推导祖先染色体的动态演化。

祖先染色体核型演化示例：

https://github.com/SunPengChuan/wgdiexample/blob/main/Karyotype_Evolution.md

刘建全教授设计并领导了该研究；刘建全课题组博士孙朋川和华北理工大学王希胤课题组硕士焦贝贝为该文共同第一作者；刘建全教授和王希胤教授为该文共同通讯作者；兰州大学青年研究员杨勇志在软件开发阶段提供了宝贵的意见。该研究得到了中国科学院战略重点研究计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等经费支持。

孙朋川：四川大学生命学院在读博士，主要从事基因组分析新方法和被子植物早期演化历史研究。

刘建全：主要从事进化生态学研究，在被子植物早期演化历史、杂交物种形成机制和青藏高原生物适应和多样化方面取得了系列系统性的研究成果，以通讯联系人在Nature Plants, Nature Ecology and Evolution, Nature Communications, Science Advance, PNAS等期刊上发表了一批论文，长期为高引作者。

转自：“iPlants”微信公众号

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