最近要做一个文献汇报，结合前一阵听专家大牛的汇报中捕捉到了一篇感兴趣的文献，仔细一读太厉害了，顺便恶补一波相关知识，今日整理分享。
Incomplete lineage sorting and phenotypic evolutionin marsupials
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00344-0

image.png

首先当时选择这个内容，是出于对不完全谱系的兴趣，而且这篇文章也从多个角度去解释了一个问题，觉得很有必要仔细读读，而且我还发现了一个大佬实验室。

张国捷实验室
单从张国捷教授代表文章已经吓到了，《Science》14篇、《Nature》8篇、《Nature Genetics》6篇，《Cell》文章1篇，另有其他Nature子刊数十篇。

研究背景

开篇我先介绍一些我调查的基础知识，因为之前也没有了解有袋类动物，所以查了一些基础知识。首先那便是智鲁负鼠，这个物种只在南美洲的智利和阿根廷分布，根据文章内描述化石貌似也只有在南美洲有。根据Nilsson et al. 2010的系统发育研究，可以了解到微兽目的系统发育位置是有争议的（目前这个目好像只现存这个物种）。在左侧的系统发育树里面也可以看见澳大利亚有袋总目是包括微兽目的，但是除去微兽目其他的目又合起来叫“真澳大利亚有袋总目”，我是不知道是不是真有这种阶元或者类的划分，后续会进一步介绍微兽目与其他澳大利亚有袋动物之间混乱的关系。

image.png
第二部分那就是澳大利亚有袋动物动物中选取得代表物种
双门齿目Dipr和袋鼬目Dasy。这两个目得物种都是澳洲本土特有物种，因为地理隔离所以其他大洲都没有物种分布。最早被人类发现也应该是在1770年英国航海家库克船长登录澳大利亚东海岸，这也才300年左右的时间，之前数百万年的时间都是与其他大洲没有任何联系。
image.png

接下来是介绍一下我知道的误导系统发育关系的几个问题，分别是趋同进化，不完全谱系分流，渐渗杂交。
趋同进化这个部分可以看看胡老师讲的大熊猫熊猫之间的故事(Hu et al. 2017)，大熊猫小熊猫之间的系统发育关系并不是最近的，但是因为后来的食性变化都出现伪拇指这一个形态变化，这就是部分形态上相似但是该形态特征并不是通过同一祖先保留的同源特征，所以不能用于系统发育关系。
渗透杂交我是了解比较少，但是物种之间的基因交流是有听过一些的，反正这种情况就是导致了一些类群的物种通过基因建树出现了复杂的网状进化系统，因为基因交流所以导致基因中包含了复杂系统关系。
最后就是不完全谱系，这一部分原因是因为短时间内连续分化物种，所以有些基因的基因型出现了随机的固定。如图所示，短时间内“大猩猩的祖先”与“人和黑猩猩的祖先”分化，但是分化后，两个祖先的一个基因同时包含了橙色蓝色两种基因型，后面人和黑猩猩分化同样也是两个基因型。但是在后续进化过程中，人和大猩猩都固定下来了蓝色基因型，而橙色消失了，黑猩猩则固定了橙色基因型。那么如果单看一个基因的话，那就会认为人和大猩猩更近，而实际上多方面证据表示其实黑猩猩和人更近，也就出现了基因进化树与物种进化树不匹配的情况。

吐槽一点，可以看我用别的文章里的图都引用了，但是人和大猩猩这个我就是哪也找不到是来自哪个文献？普通图片我就是直接从网络上用了，但是有时候一些文章的图片吸引你以后，你咋去找到原始文献？而且大家可以从现在一些媒体上看看，奇了个怪，媒体报道文献多么多么厉害，但是连文章名字都不给？跟不要说引用了？让我猜题目吗？

image.png

文章正题

1.系统发育关系的分歧

首先文章划分出来这六个物种的三种不同拓扑结构（源于几种不同的数据）。本来最下方的红色结构作者说的是本文结构，但是我还是换了一个更早的文献，因为我觉得这篇的方向应该是基于前人出现的不同数据源产生的不同结构进行进一步的分析和解释。那么为何线粒体数据、形态分析、转座子分析会产生各自不同的系统发育关系呢？我觉得这个疑问在多个类群也有相似的情况。

image.png

2.基因组构建系统发育关系

文章中使用基因组中的同源区域，同源基因，以及这个tes。对于基因组中的同源区域还使用了两种策略，串联矩阵建树与基因树的结合树。矩阵建树就将所有同源区域接起来然后建树，基因树的结合树原理则是每个同源区域单独建树再用ASTRAL-III将多个基因树结合成为一个进化树。当然后最后的结果就是这几个树的结果是一致的，如右图所示。

image.png

3.不完全谱系分流分析

到这开始进一步分析系统发育关系中的基因流，三种不同的系统发育关系在全基因组、和外显子基因中都有各自的支持者。那么支持比例最多的就一定是真正的系统发育关系吗？我们应该怎么找到真正的物种进化历史呢？文章指出出现这种基因中混杂诸多系统发育信号的原因有两个，可能是不完全谱系分流或者是渐渗杂交，那么接下来就进行分析看看到底是哪个原因造成的。

image.png

判断哪个原因造成这一问题，可以通过基因分歧时间来判断。不完全谱系分流的情况是物种形成前不完全谱系的聚结已经完成了，而渐渗杂交发生在物种形成之后。
与Dipr_Dasy的分化时间相比，Dasy_Micr或者Dipr_Micr之间有更长的分化时间。这就说明了Dasy_Micr或者Dipr_Micr是不完全谱系分流的形成的系统发育信号。

Kuritzin, Andrej, Tabea Kischka, Jürgen Schmitz, and Gennady Churakov. 2016. ‘Incomplete Lineage Sorting and Hybridization Statistics for Large-Scale Retroposon Insertion Data’. PLOS Computational Biology 12 (3): e1004812. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004812.
根据这篇文章的描述，KKSC这一方法是用于从TEs中找到系统发育分析信息进行推断的一种检验。

这种转座子/跳跃基因，也能提供宝贵的系统发育信息。在这里，我们提供了一个全面的统计框架，用于测试支持从基因组水平的存在/缺失数据（如反转录子插入）衍生的系统发育假设的重要性，并用于评估不同进化场景中的此类数据，包括多体性、不完全谱系分类和祖先杂交。

这里其实文章中所有分析都是依据了前面产生的一致树，即先承认了Dipr_Dasy的姐妹群关系。反正我是看文章中是这个感觉，到这部分的时候我就的觉得为啥非得假设Dipr_Dasy受到ILS和杂交影响较小？为啥不能是Dasy_Micr或者Dipr_Micr？虽然后面给出了更有力的证据，但是这块我还是觉得没有说服力。

image.png

4.分子测年揭示有袋动物的物种形成时间

这块需要先讲述一下这几个洲原本的板块运动：

第一部分，晚白垩世（84个百万年前）澳洲和南极洲之间开始海底扩张
第二部分，始新世中期（45个百万年前）澳洲和南极洲之间已经形成了一个前海地壳区（灰色部分）
第三部分，始新世晚期（35个百万年前）南极洲和南美洲之间的联系也切断了
那么基本可以判断

1. 84个百万年前澳洲、南极洲以及南美洲是可以物种流动迁徙的
2. 84-45个百万年前澳洲和南极洲的连接逐渐切断，虽然不知道切断过程中有多少物种可以跨海交流
   然后我们再仔细看几个基因流的分化时间：

• Dipr_Dasy与Micr的分化时间：红色基因流59.7mya；
• Dipr与Micr的分化时间：蓝色基因流54.0mya；

• Dasy与Micr的分化时间：绿色基因流52.3mya。
  那么就要考虑了，如果是蓝色和绿色的分化时间的话，那就得想办法让Micr的后代到南美洲，或者让Dipr/Dasy到澳洲，而且基本上大洲分离后物种跨大陆的交流对于有袋类动物不太可能。红色分化则可以假设Dipr_Dasy与Micr的祖先在南极洲分化，一支去澳洲，一支去南美洲。

  
  image.png

后续列出来的化石也证明目前最古老的微兽目化石年代为59.2-64.5mya，与分歧估计时间一致的。同时现有的四种有袋类化石也只在澳洲板块上发现，其年代比南美洲和南极洲分离时间还要早。这些证据综合证明微兽目与澳大利亚有袋类动物杂交的可能性很小。那么到这里基本上就说明这些基因流是不完全谱系分流导致的，并不是渗透杂交。

image.png

5.不完整的谱系分类影响表型多样性

我们通过图片上的骨骼可以看出来哪几个有相似，哪几个有差异。我觉得从这几个部分就可以看出来为何之前的研究有那么多争议了，这些骨骼特征是一会跟这个像一会跟那个像，这咋分辨？

A
Humerus 肱[gong]骨
Vertebrae 椎骨
lncisors 门牙

肱骨的弧度将Dasy和micr分为一组，椎骨和门牙的差异让Micr和Dipr成为一组。右图B中将受到ILS影响和不受ILS影响的基因分了个组，C、D其实是分别对于蓝色和绿色基因进行了一个相似度比对，C中显示“双门齿目与微兽目”的基因中与微兽目更相似显著高于袋鼬目，D中显示“袋鼬目与微兽目”的基因中与微兽目更相似显著高于双门齿目。
同时也在这部分里确定了两个基因WFIKKN1 and PAPSS2受到ILS影响，说明骨骼上的几个变化可能是收到ILS影响的。

这块有一个我看不懂的操作，这个相似度比对有必要吗？本来选的就是不支持袋鼬目和双门齿目为姐妹群的基因集合呀？

image.png

6.

这个部分我觉得真的是亮点，之前的部分只能是推测了“有ILS影响的基因也影响了骨骼上的变化”，但是加上实验去证明这两个基因真的会影响骨骼发生对应的变化，太牛了。
WFIKKN1对应了胸椎发育的发育部分
在小鼠中进行实验证明将Q改为R以后胸椎骨的T1高度下降了，C图可以明显看出来差距。
PAPSS2对应了肱骨形态的发育部分
E图中则是对于肱骨的曲度进行芬妮下，这里好像直接对微兽目的进行修改，发现更靠近双门齿目（原本是跟袋鼬目更接近的）

image.png

总结

这篇文章拿澳洲有袋动物证明“受到ILS影响的基因，可以影响骨骼上的变化”。而且这篇文章提供了一个思路，为啥有些类群的通过形态，部分分子序列，全基因组这些方式得到的系统发育关系出现各自不同的系统发育结果？很可能就是这样的原理呀。基因中包含着不同的系统发育信号，有些部分的基因并不能代表物种的真实进化历史，而他们又误导了形态上的相似。

可以用这个回答一些大佬的问题，形态和分子数据所推断的系统发育结果出现差异该怎么办？就这么办