白菜官网施苏华教授课题组在趋同进化研究领域取得重要成果

趋同进化是指不同的物种在适应相近的生态位过程中发展了具有相似功能性状的进化过程，是生物适应性进化的重要证据。通过基因组数据来研究趋同进化的分子机制已成为进化基因组学研究的热点。白菜官网施苏华教授课题组总结了近年来发表的趋同进化基因组学研究论文，发现过往分析方法的假阳性导致了研究人员对分子水平的趋同进化进行了过高的估计。课题组发展了准确估计分子水平趋同进化的方法，以多种红树植物为研究对象，阐明了红树基因组水平的趋同进化机制。相关成果以观点文章和原创研究论文的形式背靠背发表在最新一期National Science Review期刊上，并以当期封面故事展示。

National Science Review 2020年第6期封面（生长在海岸潮间带环境的两种代表性红树植物：一株红树属植物幼树与一株海桑属植物的呼吸根）

趋同进化一直以来都是进化遗传学领域的核心问题。近年来随着基因组数据的快速产出，越来越多的研究试图在全基因组上检测趋同的氨基酸替代。然而在全基因组上同时存在着大量中性进化条件下产生的趋同氨基酸替代，因此设置合适的对照组来估计中性趋同进化的水平是检测全基因组适应性趋同进化的必要前提。该观点文章首先总结了目前已发表的在全基因组水平检测趋同进化的研究，发现这些研究虽然检测到了一定水平的趋同进化信号，但是由于缺乏合适的对照组，无法区分这些信号是中性的还是趋同适应性的。文章进一步以海洋哺乳动物为例，重新计算了其趋同进化水平，发现相比于作为对照组的陆生哺乳动物，海洋哺乳动物发生适应性趋同进化的氨基酸位点数量并没有以往估计的那么高。全基因组上的趋同氨基酸替代数量实际上相当少，低于可显著检测出的水平。文章建议在检测全基因组趋同进化时，设置合适的实证对照以及选择生境相同的生物类群十分必要。

红树植物是生长在海岸潮间带环境的木本植物，包含了不同分类类群的数十个物种，是研究适应性趋同进化的极佳对象。课题组选择了三个主要的红树植物类群共16种代表性的红树物种，进行了全基因组或转录组测序组装，在全基因组水平检测趋同进化。通过系统发育分析发现三个红树植物类群起源的时间十分接近，共同经历了历史上海平面的升降，并逐步适应潮间带环境。论文进一步发展了准确估计分子水平趋同进化的方法，以陆生植物为对照，通过检测趋同氨基酸替代的方法，成功收集到70多个在红树植物中趋同进化的基因。此外还发现红树植物更多的趋同进化发生在氨基酸组成和氨基酸替代模式的改变。相比于陆生植物，红树植物趋同地改变了9种氨基酸的使用频率，更多地发生了平常少见的氨基酸替代模式。这种氨基酸组成的趋同进化有助于红树植物适应高盐、动荡且营养贫瘠的海岸潮间带环境。这项研究通过合适的物种选取、大量的基因组数据和完备的对照组设置，首次真正在基因组水平上准确地检测出趋同氨基酸替代位点。

白菜官网施苏华教授为论文通讯作者，何子文副教授与徐绍华、张璋博士后研究员为论文共同第一作者，我校600全讯白菜官方网站为第一和通讯作者单位。该研究获得了国家自然科学基金重点和面上项目、科技部国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金等项目资助。

论文链接：

He Ziwen, Xu Shaohua, Shi Suhua. Adaptive convergence at the genomic level—prevalent, uncommon or very rare? Natl Sci Rev. 2020, 7(6):947–951. https://academic.oup.com/nsr/article/7/6/947/5824675

He Ziwen, Xu Shaohua, Zhang Zhang, et al., Shi Suhua. Convergent adaptation of the genomes of woody plants at the land–sea interface. Natl Sci Rev. 2020, 7(6):978–993. https://academic.oup.com/nsr/article/7/6/978/5741706

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