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同源基因与基因家族

同源基因鉴定、基因家族分析与共线性分析是植物比较基因组学的常用流程。平台把它们封装成工具目录里的一键流程工具:一次填好物种序列与注释,平台自动串起多步任务链,中间文件自动衔接(见 手动模式)。

同源基因鉴定:3 种方式

方式工具原理适用场景
一键流程homolog_one_step自动串起序列搜索 + RBH/cRBH + OrthoFinder 直系同源组 + MCScanX 共线性想一次拿到全套同源关系与共线性证据
RBH 双命中homolog_rbh两个物种互为最佳命中(BLAST/DIAMOND),cRBH 增加次优约束双物种、快速直接地拿直系同源对
orthogroup 直系同源组homolog_orthogroupOrthoFinder 多物种聚类推断直系/旁系同源组3 个及以上物种的系统比较

输入与产出

方式输入产出
RBH两个物种的蛋白 FASTA;e-value / 覆盖度阈值;可选 cRBH alphaorthologs.tsv(同源对)、rbh_detail.tsv(双向命中明细)、rbh_scatter.png(e-value 散点图)、summary.json
orthogroup≥2 个物种的蛋白 FASTA(文件名作为物种名);可选物种树 Newick(-s)orthogroups.tsv(长表)、orthogroups_wide.tsv(物种 × 组矩阵)、单拷贝基因集、OrthoFinder 结果目录
一键流程各物种蛋白/CDS FASTA + 基因组 FASTA + GFF 注释(共线性步骤需要)上述 RBH + orthogroup 产出 + 物种间共线性区块

[截图整理中:homolog_one_step 的表单与结果文件清单]

基因家族分析:多阶段任务链

基因家族分析(如 WRKY、NBS-LRR 等家族的 members 鉴定与下游进化分析)以任务链形式执行,一次提交自动跑完各阶段:

输入准备 → 家族定义解析 → 候选搜索(HMM / 相似度搜索)
→ 结构域验证 → 异构体解析 → 成员确定
→ 蛋白性质分析 → 序列比对 → Motif 分析 → 进化树 → 汇总报告
  • 输入:目标物种的蛋白 FASTA(必需);家族定义(HMM profile、结构域组成或已知成员列表,视家族类型而定);
  • 结构域验证 stage:候选并集对全库 Pfam 运行 hmmscan —cut_ga;异形体代表按确定性规则链选择,E 值不做二次阈值;
  • 产出:家族成员列表(含结构域验证结果)、蛋白性质表(分子量 / 等电点等)、多序列比对、Motif 图式、进化树图与汇总报告,按阶段子目录归档;
  • 单阶段重跑:每个阶段也是独立的 stage 工具,指定已完成的阶段目录即可单独重跑某一步(如只重新画进化树),不必整条链重跑。

[截图整理中:基因家族任务链的阶段进度与 Motif / 进化树结果]

共线性分析(MCScanX)

共线性分析用于鉴定物种间(或物种内)的复制区块与基因组结构变异:

  • 输入:两个(或多个)物种的 CDS/蛋白序列 + GFF 注释(一键流程会自动准备 MCScanX 所需的 .blast 与 .gff 输入);
  • 执行:全蛋白对全蛋白比对 → 按染色体位置配对 anchor → MCScanX 识别共线性区块;
  • 产出:共线性区块文件(.collinearity,含配对基因与区块分类:直系 / 旁系)、anchor 配对表;可用于 Ka/Ks 计算(复制时间估计)与基因组进化叙述。

在 深度用例 的同源基因案例中,共线性常与 RBH / orthogroup 结果互相印证。共线性流程的 DupGen 默认参考为 B73v4-NCBI RefSeq 成对资源。

[截图整理中:物种间共线性圈图或点图]

实操建议

  1. 先统一注释版本:参与比较的物种务必使用同一 release 的 FASTA + GFF,混用版本会导致 ID 对不上;
  2. 蛋白序列优先:RBH 与 orthogroup 建议用蛋白 FASTA(比 CDS 更能容忍密码子偏好差异);共线性步骤才需要 CDS 与基因组坐标;
  3. 多物种选 orthogroup,双物种选 RBH:追求速度与直观选 RBH/cRBH;需要完整直系/旁系结构选 OrthoFinder;要全套证据直接用一键流程;
  4. 结果可再加工:同源对、单拷贝基因集都是标准表格,可下载后用于进化树构建、候选基因证据整合或 GWAS 候选基因的跨物种迁移。
更新时间: 2026年10月18日