ポリポロイディによって生産された綿の複製遺伝子は、遺伝子ツリーのトポロジーを圧倒的に揺さぶる、著しく上昇した不均衡な進化率を示している

Cotton Duplicated Genes Produced by Polyploidy Show Significantly Elevated and Unbalanced Evolutionary Rates, Overwhelmingly Perturbing Gene Tree Topology.

• Fanbo Meng
• Yuxin Pan
• Jinpeng Wang
• Jigao Yu
• Chao Liu
• Zhikang Zhang
• Chendan Wei
• He Guo
• Xiyin Wang

抄録

系統樹は、遺伝子のグループ間の進化の関係を説明するために使用することができ、特に重複遺伝子は、遺伝的イノベーションの源であり、しばしば研究のホットスポットとなっている。しかし、重複遺伝子は、その進化速度の変化により、複雑な系統樹のトポロジーを持つことがあります。ここでは、異なる手法を用いて系統樹を構築することで、綿花のポリプロイド化によって産生された重複遺伝子の系統関係を評価した。その結果、少なくとも83.2%の系統樹が期待されたトポロジーに適合していないことがわかった。さらに、綿花の相同遺伝子のコピー数は重複遺伝子のトポロジーにほとんど影響を与えなかった。カカオオルソログと比較して、綿花遺伝子の進化率が高いことが系統樹のトポロジーを歪める原因となっていることがわかりました。さらに、分岐モデルと部位モデルの両方について、繊維発達に関連するMYB遺伝子の分岐の際の正の自然淘汰の可能性を推論したところ、再構成された樹形トポロジーは、期待された樹形での推論と比較して、自然淘汰を過大評価することが多いことがわかった。したがって、木の構築や評価において、遺伝子の共線性から貴重な情報を借りることの重要性を強調し、重複遺伝子の適応性や機能革新の過去数千件の報告の引用に警鐘を鳴らす証拠を得た。

A phylogenetic tree can be used to illustrate the evolutionary relationship between a group of genes, especially duplicated genes, which are sources of genetic innovation and are often a hotspot of research. However, duplicated genes may have complex phylogenetic topologies due to changes in their evolutionary rates. Here, by constructing phylogenetic trees using different methods, we evaluated the phylogenetic relationships of duplicated genes produced by polyploidization in cotton. We found that at least 83.2% of phylogenetic trees did not conform the expected topology. Moreover, cotton homologous gene copy number has little effect on the topology of duplicated genes. Compared with their cacao orthologs, elevated evolutionary rates of cotton genes are responsible for distorted tree topology. Furthermore, as to both branch and site models, we inferred that positive natural selection during the divergence of fiber-development-related MYB genes was likely, and found that the reconstructed tree topology may often overestimate natural selection, as compared to the inference with the expected trees. Therefore, we emphasize the importance of borrowing precious information from gene collinearity in tree construction and evaluation, and have evidence to alert the citation of thousands of previous reports of adaptivity and functional innovation of duplicated genes.

Copyright © 2020 Meng, Pan, Wang, Yu, Liu, Zhang, Wei, Guo and Wang.