PhyloScape：面向多场景应用的交互式系统发育树可视化平台

研究人员针对系统发育树可视化在多场景应用中的复杂需求，开发了基于Web的交互式平台PhyloScape。该平台支持Newick/NEXUS/PhyloXML等格式输入，提供可定制的元数据注释系统和模块化插件（如Heatmap、ACMap），通过d3.js优化异构分支显示，实现病原体谱系（如Acinetobacter pittii）、微生物分类（Ruegeria pomeroyi DSS-3）等场景的联合可视化。其创新性在于解决了传统工具在动态交互、大规模树渲染（Phylocanvas.gl支持15,092个节点）和跨平台共享（唯一URL）的局限性，为进化研究提供一站式解决方案。

　　

在生命科学领域，系统发育树（Phylogenetic tree）是解析基因、物种进化关系的核心工具。随着COVID-19疫情中病毒溯源等需求的爆发，传统可视化工具如iTol、ggtree的局限性日益凸显——它们或缺乏交互式扩展能力，或需要编程基础，难以应对多模态数据整合的挑战。更棘手的是，极端分支长度差异（如某些病毒进化速率的显著差异）会导致传统树形图可读性急剧下降，而现有工具对15,000+节点的大规模树渲染效率低下。

中国科学院计算机网络信息中心的研究团队在《BMC Bioinformatics》发表了创新性解决方案PhyloScape。该平台通过多技术整合实现了三大突破：首先，基于d3.js框架开发自适应分支重塑算法，将异构分支长度分组映射到标准化区间，显著提升视觉解析度；其次，构建模块化插件生态，支持热图（AAI分析）、地理分布（MapColor）、蛋白结构（pdbe-molstar）等场景与树形图的动态联动；最后，采用Phylocanvas.gl实现万级节点的高效渲染，并通过Vue框架实现零代码操作界面。

关键技术包括：1）基于WebGL的大规模树渲染技术；2）多分类分支长度重塑算法；3）元数据注释系统（支持CSV/TXT输入）；4）Racmacs驱动的抗原图谱插件（ACMap）；5）OpenLayers地理信息集成。

研究结果展示：
案例1-病原体进化追踪
通过149株Acinetobacter pittii的基因组数据，验证了平台的多维注释能力。如图5所示，宿主（人/动物/植物）、分离部位（血液/呼吸道）等元数据通过符号/颜色编码实现联合展示，工具提示（Tooltip）可关联环状图与图例，该案例已整合至gcPathogen数据库。

案例2-微生物分类学
以Ruegeria pomeroyi DSS-3为例，Heatmap插件可交互式显示平均氨基酸一致性（AAI）。如图6a，点击热网格自动高亮对应分支（如100% AAI的菌株），而选择分支则聚焦特定类群的热图（图6b），该功能通过EzAAI工具计算矩阵实现。

案例3-植物多样性保护
平台处理了中国13,663种维管植物的Newick格式数据（占全国44%物种），MapColor插件揭示云南（2,521-2,802种）等西南地区为多样性热点。如图7c，选择盐生植物碱蓬（Suaeda corniculata）后，地图自动高显其西北分布区，与耐盐碱特性吻合。

这项研究的核心价值在于：1）首次实现分支长度异质性问题的可视化优化；2）建立可扩展的插件标准，用户可组合Heatmap+MapTransmission等插件应对不同场景；3）通过共享URL和API降低协作门槛。局限性在于尚未支持多树比对，且插件库需持续扩充。该平台已应用于gcPathogen等国家级数据库，为进化生物学研究提供了新的基础设施。