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做网站设计怎么进企业,广州网站制作哪家专业,中小型企业网搭建,湛江建站公司模板在进化基因组学研究中#xff0c;直系同源共线性区块的精准识别是解析物种进化、全基因组加倍#xff08;WGD#xff09;、染色体重排的核心步骤。传统方法往往单独依赖共线性检测或同源性推断#xff0c;容易将旁系同源区块误判为直系同源#xff0c;导致后续分析偏差。 …在进化基因组学研究中直系同源共线性区块的精准识别是解析物种进化、全基因组加倍WGD、染色体重排的核心步骤。传统方法往往单独依赖共线性检测或同源性推断容易将旁系同源区块误判为直系同源导致后续分析偏差。而OrthoIndex简称 OI同源性指数工具巧妙整合了共线性检测与同源性推断的优势通过量化共线性区块中直系同源基因对的比例实现了直系同源共线性区块的精准识别与筛选。同时它还提供了可视化、聚类、系统发育树构建等一站式功能成为进化基因组学研究的高效工具。01 OrthoIndex 是什么OrthoIndexOI是一个集共线性分析、同源性筛选、可视化、系统发育分析于一体的工具包核心是计算同源性指数—— 即一个共线性区块中直系同源基因对占所有同源基因对的比例。它的优势在于兼容性强支持 MCscanX、WGDI、JCVI 等主流共线性工具的输出以及 OrthoFinder、OrthoMCL、Proteinortho 等同源性分析工具的结果功能全面从共线性筛选、可视化到直系同源基因聚类、系统发育树构建覆盖进化基因组学分析的关键环节结果直观通过 Ks/OI 着色的点阵图可直接区分不同进化事件如 WGD、物种分化产生的共线性区块。02 快速安装多种方式适配不同环境OrthoIndex 支持 conda/mamba、容器Apptainer/Singularity两种安装方式其中 conda/mamba 是最常用的方式。方式 1通过源码安装推荐最新版本# 克隆仓库 git clone https://github.com/zhangrengang/orthoindex.git cd orthoindex # 方式1直接用yaml文件创建环境推荐mamba速度更快 mamba env create -f OrthoIndex.yaml mamba activate OrthoIndex pip3 install . # 验证安装 soi -h # 方式2若yaml文件冲突手动安装依赖 mamba create -n orthoindex python3.8.8 -y mamba install -y -n orthoindex biopython networkx matplotlib wgdi orthofinder mafft iqtree trimal pal2nal mcl -c conda-forge -c bioconda mamba activate orthoindex pip3 install . soi -h方式 2通过 conda 直接安装稳定版本mamba create -n OrthoIndex mamba install -n OrthoIndex -c conda-forge -c bioconda soi mamba activate OrthoIndex soi -h方式 3容器化安装无需配置环境适合集群# 添加SylabsCloud源 apptainer remote add --no-login SylabsCloud cloud.sylabs.io apptainer remote use SylabsCloud # 拉取镜像 apptainer pull orthoindex.sif library://shang-hongyun/collection/orthoindex:1.2.0 # 验证 ./orthoindex.sif soi -h03 快速上手_example 数据一键运行OrthoIndex 提供了示例数据可一键运行体验核心功能# 进入示例数据目录 cd orthoindex/example_data/ # 运行示例脚本 sh example.sh示例脚本会完成4 种点阵图绘制和共线性筛选生成的结果文件可直接查看不同参数下的共线性可视化效果。04 核心功能OrthoIndex 的子命令详解OrthoIndex 的核心功能通过子命令实现输入soi -h可查看所有子命令usage: soi [-h] {dotplot,filter,cluster,outgroup,phylo,stats} ...主要子命令功能子命令核心功能dotplot绘制 Ks/OI 着色的共线性点阵图支持染色体聚类、对角线对齐、倍性分析filter根据 OI 值筛选直系同源共线性区块默认阈值 0.6cluster将直系同源共线性基因聚类为共线性同源群SOGsoutgroup为 SOGs 添加外类群基因完善系统发育分析phylo基于 SOGs 构建单拷贝 / 多拷贝基因树支持蛋白 / CDS 序列集成 MAFFT、IQ-TREEstats统计 SOGs 的相关信息用于系统发育分析功能 1dotplot—— 可视化共线性最常用dotplot是 OrthoIndex 最常用的功能可绘制Ks 着色、OI 着色、筛选后的共线性点阵图还能同时输出 Ks/OI 直方图、倍性分析图。核心参数说明必看参数作用-s输入共线性文件MCscanX/WGDI 的.collinearityJCVI 的.anchors-g基因注释文件GFF/BED 格式需与共线性工具输入一致-c染色体配置文件CTL 格式与 MCscanX dotplotter 一致--kaksKs 值文件KaKsCalculator/WGDI 输出--ks-hist输出 Ks 直方图--ofdirOrthoFinder 输出目录 / OrthoMCL 同源对文件--of-color按 OI 值着色点阵图--of-ratio按 OI 值筛选共线性区块如 0.6 表示保留 OI≥0.6 的区块--diagonal将共线性区块对齐到对角线优化可视化效果--gene-axis用基因数量而非碱基对作为坐标轴--plot-ploidy绘制相对倍性共线性深度分析图实战案例4 种常见的点阵图绘制AKs 着色的原始共线性点阵图soi dotplot -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.gz \ -g Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.gff.gz -c Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.ctl \ --kaks Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ks.gz \ --xlabel $Populus~trichocarpa$ --ylabel $Salix~dunnii$ \ --ks-hist --max-ks 1.5 -o Populus_trichocarpa-Salix_dunnii \ --plot-ploidy --gene-axis --number-plots该命令会生成Ks 着色的点阵图 Ks 直方图 倍性分析图可观察到不同进化事件的 Ks 峰如 Ks≈1.5、0.27、0.13。BOrthoFinder 推断的同源性点阵图soi dotplot -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.orthologs.gz \ -g Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.gff.gz -c Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.ctl \ --kaks Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ks.gz \ --xlabel $Populus\ trichocarpa$ --ylabel $Salix\ dunnii$ \ --ks-hist --max-ks 1.5 -o Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.o \ --plot-ploidy --gene-axis --number-plots可观察到 OrthoFinder 识别的同源性中隐藏的旁系同源区块如 Ks≈0.27 的峰。COI 着色的共线性点阵图soi dotplot -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.gz \ -g Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.gff.gz -c Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.ctl \ --xlabel $Populus\ trichocarpa$ --ylabel $Salix\ dunnii$ \ --ks-hist -o Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.io \ --plot-ploidy --gene-axis --number-plots \ --ofdir OrthoFinder/OrthoFinder/Results_*/ --of-color按 OI 值着色后可清晰区分三种进化事件对应的共线性区块OI≈0、0.1、0.9。DOI 阈值筛选后的 Ks 着色点阵图soi dotplot -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.gz \ -g Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.gff.gz -c Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.ctl \ --kaks Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ks.gz \ --xlabel $Populus~trichocarpa$ --ylabel $Salix~dunnii$ \ --ks-hist --max-ks 1.5 -o Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.io \ --plot-ploidy --gene-axis --number-plots \ --ofdir OrthoFinder/OrthoFinder/Results_*/ --of-ratio 0.6筛选 OI≥0.6 的区块后可得到干净的 1:1 直系同源共线性点阵图符合物种进化史的预期。功能 2filter—— 筛选直系同源共线性区块filter子命令根据 OI 值筛选共线性区块默认阈值为 0.6输出筛选后的共线性文件。实战案例# 方式1输入OrthoFinder输出目录 soi filter -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.gz -o OrthoFinder/OrthoFinder/Results_*/ \ -c 0.6 Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ortho.test # 方式2输入OrthoMCL同源对文件 soi filter -s Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.gz -o Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.orthologs.gz \ -c 0.6 Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ortho.test # 验证结果与预期输出对比无差异则说明正确 diff Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ortho Populus_trichocarpa-Salix_dunnii.collinearity.ortho.test功能 3clusterphylo—— 构建直系同源基因树通过cluster将筛选后的共线性基因聚类为 SOGs再通过phylo构建基因树是系统发育分析的关键步骤。实战案例# 1. 聚类SOGs soi cluster -s collinearity.ortho -prefix cluster -outgroup XXX YYY可选排除外类群 # 2. 为SOGs添加外类群若聚类时排除了外类群 soi outgroup -s collinearity.ortho -og cluster.mcl -outgroup XXX YYY cluster.mcl.plus # 3. 构建基因树单拷贝多拷贝支持蛋白/CDS soi phylo -og cluster.mcl.plus -pep pep.faa -cds cds.fa -both -root Vitis_vinifera -pre sc-sog -sc -concat -p 8005 输入 / 输出格式兼容主流工具OrthoIndex 的一大优势是兼容主流工具的输入格式无需额外转换数据降低了使用门槛。1. 共线性格式支持 MCscanX、WGDI 的.collinearity文件JCVI 的.anchors文件。2. 同源性格式支持 OrthoFinder输出目录、OrthoMCL同源对文件、Proteinortho6、Broccoli、InParanoid 等工具的输出。3. 其他格式基因坐标GFF/BED 格式兼容 MCscanX、WGDI、JCVIKs 值KaKsCalculator、WGDI 的输出格式染色体配置MCscanX 的 CTL 格式。关键注意事项基因 ID 需包含物种 ID如Angelica_sinensis|AS01G00001且所有输入文件中的基因 / 染色体 ID 需唯一、一致否则会导致分析失败。06 参考文献Zhang RG, Shang HY, Milne RI et al. SOI: robust identification of orthologous synteny with the Orthology Index and broad applications in evolutionary genomics [J]. Nucleic Acids Res., 2025, 53 (7):gkaf320. https://doi.org/10.1093/nar/gkaf320