Przedstawiamy pierwszą analizę na skalę genomową dotyczącą pozycji filogenetycznej żółwi, wykorzystując ponad 1000 loci od przedstawicieli wszystkich głównych linii gadów, w tym linii gadów, w tym tuatara. Wcześniejsze badania cech morfologicznych pozycjonowały żółwie albo u podstawy drzewa gadów, albo razem z jaszczurkami, wężami i tuatarami (lepidozaurami), podczas gdy analizy molekularne zazwyczaj łączyły z krokodylami i ptakami (archozaurami). Niedawna analiza wspólnych rodzin mikroRNA wykazała, że żółwie są bliżej spokrewnione z lepidozaurami. Aby przetestować tę hipotezę z danymi z wielu jednokopijnych loci jądrowych rozproszonych w całym genomie, wykorzystaliśmy przechwytywanie sekwencji, sekwencjonowanie o wysokiej przepustowości i opublikowane genomy, aby uzyskać sekwencje z 1145 ultra-zachowanych elementów (UCE) i ich zmiennego flankującego DNA. Wynikowa filogeneza zapewnia przytłaczające poparcie dla hipotezy, że żółwie wyewoluowały od wspólnego przodka ptaków i krokodyli. i krokodyli, odrzucając hipotezę o pokrewieństwie żółwi i lepidozaurów. lepidozaurami. --- Ewolucyjne relacje między ptakami w Neoaves, kladzie obejmującym zdecydowaną większość ptasiej różnorodności większość ptasiej różnorodności, irytowały systematyków ze względu na starożytną, szybką promieniowanie wielu linii. Zastosowaliśmy nowe podejście filogenomiczne do rozwiązać relacje w Neoaves przy użyciu wzbogacania celu (przechwytywanie sekwencji) i sekwencjonowanie o wysokiej przepustowości elementów ultra-zachowawczych (UCE) w genomach ptaków. Zebraliśmy dane sekwencyjne z loci UCE dla 32 członków Neoaves i jednej (kurczaka) i przeanalizowaliśmy zestawy danych, które różniły się ilością brakujących danych. brakujących danych. Wyrównanie 1,541 loci, które uwzględniało brakujące dane, było w 87% kompletne i zaowocowało wysoce rozdzieloną filogenezą z szeroką zgodnością między drzewami Bayesa i maksymalnego prawdopodobieństwa (ML). Chociaż wyniki z w 100% kompletnej macierzy 416 loci UCE były podobne, drzewa Bayesa i ML różniły się w większym stopniu w tej analizie, co sugeruje, że zwiększenie z 416 do 1541 loci doprowadziło do zwiększenia stabilności i rozdzielczości drzewa. Nowość wyniki naszego badania obejmują zaskakująco bliskie relacje między fenotypowo rozbieżnymi rodzinami ptaków, takimi jak ptaki tropikalne (Phaethontidae) i (Eurypygidae), a także między drozdami (Otididae) i turami (Musophagidae). (Musophagidae). Filogeneza ta wzmacnia wsparcie dla monofiletycznych kladów ptaków wodnych i i ptaków lądowych, a także silnie wspiera kontrowersyjne wyniki z poprzednich badań, w tym siostrzane relacje między wróblowatymi i papugami oraz niemonofiletyzm ptaków szponiastych z rodzin jastrzębiowatych i sokołowatych. Chociaż pozostają znaczące wyzwania, aby w pełni rozwiązać niektóre z głębokich relacji w Neoaves, zwłaszcza wśród linii poza ptakami wodnymi i lądowymi, to sugeruje, że zwiększona ilość danych przyniesie coraz bardziej szczegółową filogenezę ptaków. filogenezę ptaków. --- Chociaż masowo równoległe sekwencjonowanie ułatwiło sekwencjonowanie DNA na dużą skalę sekwencjonowanie DNA, porównania między daleko spokrewnionymi gatunkami opierają się na małych porcjach genomu, które można łatwo dopasować. Potrzebne są metody skutecznego uzyskiwania porównywalnych fragmentów DNA przed masowym równoległym sekwencjonowaniem, szczególnie dla biologów pracujących z organizmami niemodelowymi. Przedstawiamy nową klasę markerów molekularnych markerów molekularnych, zakotwiczonych przez ultra-zachowane elementy genomowe (UCE), które uniwersalnie umożliwiają docelowe wzbogacanie i sekwencjonowanie tysięcy ortologicznych loci między gatunkami oddzielonymi setkami milionów lat ewolucji. Nasze analizy koncentrują się na wykorzystaniu markerów UCE w Amniota, ponieważ UCE i relacje filogenetyczne są dobrze znane u niektórych owodniowców. Przeprowadzamy eksperyment in silico, aby wykazać, że sekwencja flankująca 2030 UCE zawiera informacje wystarczające do jednoznacznego odtworzenia ustalonej filogenezy naczelnych. filogenezy naczelnych. Rozszerzamy ten eksperyment, wykonując wzbogacenie in vitro 2386 loci zakotwiczonych w UCE z dziewięciu niemodelowych gatunków ptaków. Następnie używamy wyrównania 854 z tych loci, aby jednoznacznie odzyskać ustalone ewolucyjne w obrębie i pomiędzy trzema starożytnymi liniami ptaków. Ponieważ wiele linii organizmalnych ma UCE, ten typ markera genetycznego i ramy analityczne, które przedstawiamy ramy analityczne, które przedstawiamy, mogą być stosowane w całym drzewie życia, potencjalnie zmieniając nasze rozumienie filogenezy na wielu poziomach taksonomicznych. --- Porównawcze badania genetyczne organizmów niemodelowych szybko się zmieniają dzięki dzięki znacznemu postępowi w technologii sekwencjonowania. Czynnikiem ograniczającym w tych badaniach była identyfikacja i badanie ortologicznych loci w ewolucyjnie odległych taksonach. ewolucyjnie odległych taksonów. Tutaj oceniamy skuteczność markerów genomowych markerów ukierunkowanych na ultra-zachowane elementy DNA (UCE) do analiz w płytkich ewolucyjnych skalach czasowych. ewolucyjnych skalach czasowych. Wykorzystując przechwytywanie sekwencji i masowo równoległe sekwencjonowanie w celu wygenerowania danych UCE dla pięciu współdzielonych neotropikalnych lasów deszczowych gatunków ptaków, odzyskaliśmy 776-1516 loci UCE u wszystkich pięciu gatunków. Przez gatunków, 53-77% loci było polimorficznych, zawierających od 2,0 do 3,2 zmiennych miejsc na każdy polimorficzny locus. Wykonaliśmy drzewo gatunków drzewo gatunków, modelowanie koalescencyjne i delimitację gatunków, i stwierdziliśmy, że pięć współwystępujących gatunków wykazywało rozbieżne historie filogeograficzne. Stwierdziliśmy również, że drzewa gatunków i czasy dywergencji oszacowane na podstawie UCE były podobne do parametrów uzyskanych z mtDNA. Gatunki zamieszkujące miały starsze czasy rozbieżności między barierami, zawierały większą liczbę gatunków kryptycznych i wykazywały gatunków kryptycznych i wykazywały większe efektywne rozmiary populacji w stosunku do gatunków zamieszkujących koronę drzew. Ponieważ ortologiczne UCE można uzyskać z z szerokiej gamy taksonów, są polimorficzne w płytkich ewolucyjnych skalach czasowych i mogą być generowane szybko przy niskich kosztach, są one skutecznym markerem genetycznym dla badań ewolucyjnych wzorców i procesów w płytkich skalach czasowych. --- Filogenomika oferuje potencjał do pełnego rozwiązania drzewa życia, ale rosnący zasięg genomiczny ujawnia również sprzeczne historie ewolucyjne wśród genów, wymagając nowych strategii analitycznych w celu wyjaśnienia pojedynczej historii życia. Tutaj przedstawiamy podejście filogenomiczne wykorzystujące nową klasę markerów filogenetycznych pochodzących z markerów filogenetycznych pochodzących z ultra-zachowanych elementów i flankującego DNA. Korzystając z analizy drzewa gatunków, która uwzględnia niezgodność między setkami niezależnych loci, pokazujemy, że ta klasa markerów jest przydatna do odzyskiwania filogenezy na głębokim poziomie u ssaków łożyskowych. W ogólnym zarysie, nasza filogeneza zgadza się z ostatnimi badaniami filogenomicznymi ssaków, w tym z kilkoma wcześniej kontrowersyjnych relacji. Nasze wyniki odpowiadają również na dwa nierozstrzygnięte pytania w filogenezie ssaków łożyskowych obejmujących szybką specjację, gdzie metody drzewa gatunkowego są szczególnie potrzebne. są szczególnie potrzebne. W przeciwieństwie do większości badań filogenomicznych, nasze badanie wspiera pierwszą rozbieżną linię ssaków łożyskowych, która obejmuje słonie i tenreki (Afrotheria). Poziom konfliktu między historiami genów jest zgodny z tą podstawową rozbieżnością występującą w filogenetycznej "strefie anomalii" lub w jej pobliżu. "strefa anomalii", w której brak uwzględnienia stochastyczności koalescencyjnej będzie wprowadzi w błąd wnioskowanie filogenetyczne. Rozwiązywanie długotrwałej zagadki filogenetycznej, znajdujemy pewne wsparcie z zestawu danych o wysokim pokryciu genomowym dla tradycyjnego umieszczenia nietoperzy (Chiroptera) jako siostry kladu zawierającego Perissodactyla, Perissodactyla, Cetartiodactyla i Carnivora, a nie zagnieżdżone w tym ostatnim kladzie, jak ostatnio sugerowano ostatnio, chociaż inne wyniki były sprzeczne. Jednym z najbardziej niezwykłych odkryć naszego badania jest to, że ultrakonserwowane elementy i ich DNA są bogatym źródłem informacji filogenetycznych o dużym potencjale do zastosowania u Amniota.
Jaka jest przydatność ultra-zachowanych elementów w filogenezie?
Ponieważ ortologiczne UCE można uzyskać z szerokiej gamy taksonów, są polimorficzne w płytkich ewolucyjnych skalach czasowych i można je szybko wygenerować przy niskich kosztach, są one skutecznym markerem genetycznym do badań badających wzorce i procesy ewolucyjne w płytkich skalach czasowych