宏病毒組個性化分析之目的基因譜系分析

2020-11-23 美格基因

今天給大家介紹宏病毒組目的基因譜系分析，探尋目的基因之間的相關性！

一、目的基因譜系分析

目的基因譜系分析是通過對物種中所關注的目的基因序列建立進化樹來分析物種間系統發育的關係。物種進化樹中分支的長短表示進化距離的差異，進化關係越近的物種，在進化樹中的距離越接近。

二、目的基因譜系分析的適用場景

目的基因譜系分析可對研究中所關注的目的基因進行聚類分群，有助於分析物種間系統發育的關係以及梳理目的基因之間的相關性。另外美格基因的分析腳本不只適用於目的基因序列建立進化樹，對於全基因組序列、蛋白序列同樣可以進行進化樹建立，並對分析結果提供互動式的調整。

三、案例分析

目的基因譜系分析作為熱門的個性化分析點，在近年來的宏病毒組研究中常被用於研究所關注的目的基因之間的相關性，下面向大家分享幾個案例，方便大家更好的理解目的基因譜系分析的作用以及適用場景。

案例1：

通過宏基因組學發現的海洋病毒揭示了整個海洋的病毒策略[1]

作者：Felipe H. Coutinho 等

期刊：Nature Communications

時間：2017.07.05

本研究通過宏基因組學對整個海洋病毒的豐度模式進行了分析，揭示了海洋病毒群體如何適應各種季節，如何根據宿主和輔助代謝基因的多樣性適應溫度和光照條件。

為了驗證病毒組組裝的多樣性，將參考噬菌體和MVCs根據Dice距離進行聚類。從圖中可以看出MVC分布在整個簇中，表明這些新發現的病毒屬於不同的系統發育組。MVCs(藍色)形成新的分支，與參考噬菌體基因組的相似性較低(紅色)。

MVCs和參考噬菌體根據Dice距離進行聚類

案例2：

宏病毒組揭示馬來亞穿山甲受冠狀病毒和仙臺病毒的感染情況[2]

作者：Ping Liu , Wu Chen and Jin-Ping Chen

期刊：Viruses

時間：2019.10.21

作者在宏基因組的基礎上修改樣本製備方案和分析思路，對穿山甲中的病毒基因組信息進行探索。

在11隻馬來亞穿山甲中有2隻體內發現了冠狀病毒科的成員，注釋顯示為冠狀病毒科中的多種病毒，其中SARS-CoV分布最廣、豐度最高。從ViPR資料庫下載來自不同宿主的Alphacoronavirus，Betacoronavirus，Gammacoronavirus和Deltacoronaviruses的全基因組序列，與本項目中鑑定到的16個病毒序列一併進行進化樹分析，發現相似度高，關係緊密。

冠狀病毒進化樹分析（註：黑星號的為本文組裝得到的冠狀病毒序列）

案例3：

巨型病毒為海洋捕食型單細胞提供視紫紅質光合系統[3]

作者：Needham DM 等

期刊：PNAS

時間：2019.10

作者整合多種實驗方法和技術，使用單細胞宏基因組技術獲得未經培養的海洋巨病毒基因組，通過序列分析確定編碼視紫紅質的能力，並探討了其全球海洋圈分布情況。

系統發育樹分析表明，ChoanoVirus的視紫紅質可分成2大類型，表現出不同的進化關係，作者將這兩大類命名為：VirR-I與VirR-II。作者再結合拓撲分析推測，視紫紅質並非源自於現存其他物種，而是存在於遠古病毒並隨著感染入侵和擴展到不同的宿主中。

視紫紅質系統進化樹

參考文獻：

[1] Marine viruses discovered via metagenomics shed light on viral strategies throughout the oceans

[2] Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica)

[3] A distinct lineage of giant viruses brings a rhodopsin photosystem to unicellular marine predators

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