“ 2024年11月《Genomics》杂志发表了一篇题为“

Genomic evolution and patterns of horizontal gene transfer in Papilio”的比较基因组文章。文章研究了11个凤蝶物种间的进化关系，分析物种中的HGT事件，揭示不同种之间存在的显著差异。”

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基因组获取与注释

从 NCBI Assembly 数据库获取11个凤蝶属不同物种的基因组，并以P.bianor基因组为参考，去提升其它10个物种基因组的完整性。

从NCBI数据库获取来自凤蝶物种的134个RNA-seq数据集，针对物种基因组的重复序列和基因结构进行重新注释，结果表明11个凤蝶属基因组之间存在显著差异，并且基因组的大小不一定与基因数量变化相关。

从SilkDB数据库获取家蚕的蛋白序列和cds序列、从文献中获取棉铃虫的蛋白序列和cds序列用于后续比较基因组分析。

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结果

2.1 基因组进化分析

文章对11个凤蝶属基因组以及家蚕、棉铃虫物种基因组借助OrthoFinder工具进行基因家族聚类分析，共鉴定出23528个基因家族、2398个单拷贝基因。

以家蚕、棉铃虫为外类群，通过单拷贝基因序列构建系统发育树，并估算了物种的分化时间，如图所示：图中为最终得到的超度量树，树枝上的数字表示分歧时间。

利用KaKs Calculator计算11个凤蝶属基因组内旁系同源基因的Ks值，以及P.xuthus与其它10个凤蝶属基因组间直系同源基因的KS值。如图所示：图C为11个物种组内旁系同源基因的Ks值分布，每个物种中有两个峰表明每个物种经历了两次全基因组复制WGD事件。图D为P.xuthus与其它10个物种直系同源基因的Ks值分布图，图中峰在x轴上数值越大表明P.xuthus与其它Papilio物种之间的进化关系越远。

利用cafe进行13个物种间基因家族的收缩扩张分析，如图所示：最右侧数字为每个分支上物种基因家族的收缩扩张数量，红色代表扩张数量、绿色代表收缩数量、蓝色代表显著收缩扩张数量。

针对凤蝶属物种中扩张的基因家族分别进行KEGG富集分析，多数基因富集到与解毒和外来化合物代谢相关的通路上。

之后对凤蝶属物种的基因家族进行数目统计，如图所示：图C为每个物种的基因家族数量柱状图，图D为共有及特有基因家族数目柱状图，其中11个物种共有的基因家族数目为6549个。

2.2 凤蝶属基因组的HGT获得性基因 

2.2.1HGT-acquired基因鉴定

HGT（horizontal gene transfer）水平基因转移，指生物从近缘、远缘甚至没有亲缘关系的生物中获得基因，能够增强生物体适应环境和繁殖的能力。例如，昆虫通过 HGT 获得了植物基因，以代谢有害的酚苷，增强了它们对各种宿主植物的适应性。

在Papilio中，共鉴定出来自76个微生物种群的199个HGT获得性基因。如图所示：图D圆环最外层是76个微生物种群的分布与占比，图E是每个物种中HGT-acquired基因来源不同种群的占比柱状图。

2.2.2 HGT-acquired基因的富集分析

针对11物种所有基因进行GO富集分析，发现HGT-acquired基因在半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径中富集。如图A-C所示：

针对不同物种的HGT-acquired基因分别进行KEGG富集分析，发现11物种均富集在硫代谢途径，在该途径中的HGT-acquired基因来自于甲基杆菌(Methylobacterium)，该基因翻译的蛋白有助于植物对氰化物的解毒。

针对11物种中的HGT-acquired基因进行GO富集分析，显著富集的物种中大多数表现出在酰胺代谢过程和细胞质翻译中的富集。

结合基因家族聚类分析结果查看11物种中HGT-acquired基因的同源关系，发现有些HGT-acquired基因在11个物种中均存在，有些HGT-acquired基因是某个物种特有的。

2.3 凤蝶属基因组中ABC基因家族的进化

文章在11个凤蝶属物种中鉴定出555个ABC转运蛋白家族成员，通过构建进化树将家族成员分为8个亚家族（其中ABCB又分为ABCBF\ABCBH两个小亚家族），如图：

针对不同亚家族进行分析，文章发现不同亚家族在保守性和功能多样化上表现出明显差异。

图A为9个亚家族的数量分布小提琴图。

图B为11物种中各亚家族数量堆叠柱状图。

图C为直系同源ABC转运蛋白基因家族的Ka/Ks分布图，所有峰的Ka/Ks值均远低于1，表明11个物种间ABC转运蛋白受到了纯化选择。

图D为OG与物种间ABC基因的存在与否矩阵图，根据图D气泡的深浅可以看出，ABC转运蛋白家族在不同物种间从存在/缺失差异明显。

根据图C图D结果，表明某些物种在分化后经历过ABC转运蛋白基因家族独特的进化事件。

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