解析栎科植物三基因组系统发育冲突的驱动因素：杂交、不完全谱系分选与基因树估计误差的综合作用

本研究针对栎科(Fagaceae)植物基因组系统发育冲突的成因展开深入探究。研究人员通过线粒体基因组组装、多基因组比较和分解分析，揭示了基因树估计误差(GTEE)、不完全谱系分选(ILS)和基因流分别贡献21.19%、9.84%和7.76%的变异，发现58.1-59.5%基因呈现一致性信号。研究为理解栎科网状进化历史提供了新视角，并为处理系统发育冲突提供了方法学参考。

　　

在生命之树的构建过程中，基因组数据带来的不仅是希望，还有令人困惑的冲突。栎科植物作为北半球重要的生态和经济树种，其系统发育关系长期存在争议。随着高通量测序技术的发展，研究人员发现栎科的叶绿体、线粒体和核基因组之间存在着令人费解的系统发育冲突，这些冲突可能源自古老的杂交事件、快速辐射导致的谱系分选不完全，或是数据分析过程中产生的误差。然而，这些因素对系统发育冲突的相对贡献仍不清楚，就像拼图缺失了关键的一块。

来自中国科学院华南植物园的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究中，以栎科植物为模型，开展了一项多组学整合分析。研究人员首先以Castanopsis eyrei为参考组装线粒体基因组，对90个物种进行SNP calling；随后通过最大似然法(ML)和贝叶斯推断(BI)构建系统发育树；采用分解分析量化ILS、GTEE和基因流的相对贡献；最后通过比较基因一致性信号，评估不同分析方法间的冲突。关键技术包括：线粒体基因组de novo组装、多基因组比较分析、基因树-物种树一致性评估、以及基于GTR模型的序列模拟。

【结果】

1. 细胞质与核基因组的冲突模式

   线粒体与叶绿体基因组构建的系统发育高度一致，但均与核基因组存在显著冲突。细胞质基因组将具地下种子的类群(HS clade)按地理分布划分为旧世界(OW)和新世界(NW)两大分支，而核基因组则支持基于当前分类系统的单系群划分。这种冲突在Quercus、Trigonobalanus和Notholithocarpus三个属中尤为明显，研究人员认为这主要源于古老的种间杂交导致的细胞质基因组捕获。

1. 核基因树变异的驱动因素

   分解分析显示，GTEE是基因树变异的最大贡献者(21.19%)，其次是ILS(9.84%)和基因流(7.76%)。值得注意的是，ILS与GTEE呈显著正相关(Pearson's r=0.410)，表明在快速辐射过程中，短的内部分支和大有效种群规模(Ne)共同加剧了系统发育重建的困难。而基因流的影响相对独立，暗示杂交事件具有特定的时空模式。

1. 一致性基因与不一致性基因的特征

   研究发现58.1-59.5%的基因呈现一致性信号，这些基因具有更强的系统发育信号且更可能恢复物种树拓扑结构。有趣的是，尽管一致性基因与不一致性基因在序列和树基特征上无显著差异，但通过排除208个(9.79%)高度不一致的基因，研究人员成功消除了串联法与四重法之间的冲突，使三种分析方法(ML、ASTRAL-III和SVDquartets)获得了一致的拓扑结构。

【结论与意义】

这项研究系统解析了栎科植物系统发育冲突的多重成因，首次量化了GTEE、ILS和基因流的相对贡献。研究证实细胞质-核基因组的冲突主要源于古老杂交事件，而核基因树间的冲突则更多受到分析误差和快速辐射的影响。方法学上，研究展示了通过筛选一致性基因来整合不同分析策略的可行性，为处理复杂类群的系统发育冲突提供了新思路。从进化角度看，研究揭示了栎科在北半球的适应性辐射过程中，杂交与不完全谱系分选如何共同塑造了现存谱系的基因组景观。未来研究可结合更长的序列片段和更精确的进化模型，进一步降低GTEE的影响，从而更清晰地揭示栎科的网状进化历史。