組學重建真菌現有分類系統

A genome Tree of Life for the Fungi kingdom

研究背景

真菌是地球上最大、豐富度最高的生物之一，估計有150萬到500萬個物種，目前UNITE 資料庫中有ITS序列的真菌物種為 73 929 個https://unite.ut.ee/ 

 而又全基因組資料的物種大約有400個，它們的基因組大小從2M-180M不等。目前真菌界的物種進化關係主要是基因樹建立的，人們通常會選幾個蛋白質編碼基因或者DNA片段進行多序列比對，然後進行系統發育樹的構建。然而在物種進化過程中，由於其編碼的每個基因收到的進化選擇壓力不同，比如有的非常重要的功能基因突變會導致物種死亡等，所以這類基因相對非常保守，進化速度慢，而有部分基因不編碼重要的生理功能受的進化選擇壓力較小，從而進化速度較快。所以物種樹是不能用基因樹完全替代的。本文中，作者把兩個不同的物種比喻成兩本不同的書，基因樹就像是用書中的一些相似的段落來判斷這兩本書是不是一樣，而作者開發的全基因組建樹的方法就是考慮從整本書的角度來全面比較兩本書之間的關係，並給出更為合理的進化關係。作者開發了一種叫Feature Frequency Profile (FFP) 的方法進行全基因組樹的構建。作者目標主要是a. 重新審視由基因樹主導的物種進化分支關係；b. 讓大家爭論目前用基因樹進行進化模型分析的利弊並與全基因組樹進行比較。

主是發現和結論

作者分別用已發表的全基因組資料；轉錄組資料以及蛋白質組資料分別建樹進行比較，發現用蛋白質組資料建的樹數，拓撲結構最穩定，作者用蛋白質組資料建的樹分別與基因樹進行了一系列比較。接下來作者給出了一些非常顛覆性的結論：

1. 以前我們通常認為真菌界有4-8個主要的門，包括(Glomeromycota, Zygomycota, Basidiomycota, Ascomycota, Chytridiomycota, Neocallimatigomycota, Blastocladiomycota, and Microsporidia)。而作者通過蛋白質組樹將真菌界減少到3個類群，第一類是終生不產生雙核的單核真菌：Cryptomycota, Chytridomycota, and Zygomycota。第二類是有性生殖產生擔孢子的擔子菌門包括: Puccinomycotina, Ustilaginomycotina, and Agaricomycotina。 第三類是有性生殖產生子囊孢子的子囊菌門，包括：Taphrinomycotina, Saccharomycotina, and Pezizomycotina。作者認為這三個門是所有真菌的共同祖先。
2. 在基因樹中位於所有真菌基部位置的Microsporidia，在蛋白樹中被分到了非真菌的單細胞真核生物中。蛋白樹顯示Microsporidia的蛋白組資料與原生動物更為相似，而不是真菌。文章還調整了Wallemia等菌的分類位置。
3. 另一個重要的調整是把Neocallimastigomycota成真菌界換到了原生動物界

總結

本文在真菌高階分類單元顛覆了現有的分類系統，雖然本文才剛剛發表還未有人引用，但可以預見本文在真菌分類進化領域

Reference

https://unite.ut.ee/

Choi J J, Kim S H. A genome Tree of Life for the Fungi kingdom[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114(35): 9391-9396.

James T Y, Kauff F, Schoch C L, et al. Reconstructing the early evolution of Fungi using a six-gene phylogeny[J]. Nature, 2006, 443(7113): 818.