主要作者与发表信息
本研究由北京生命科学研究所的贾国松（Guo‐Song Jia）和杜立林（Li‐Lin Du）领衔，联合法国蒙彼利埃大学CNRS的Dominique Helmlinger团队、中国科学院微生物研究所的白逢彦团队、河北大学的王启明团队以及德国海尔布隆大学的Michael Brysch‐Herzberg等多家国际研究机构共同完成。该研究成果于2026年发表在《Yeast》期刊上（Yeast, 2026; 43:101–111），为裂殖酵母比较基因组学领域提供了一个重要的资源性平台。
研究背景与目的
裂殖酵母（fission yeast）属于子囊菌门外囊菌亚门（Taphrinomycotina）的裂殖酵母属（Schizosaccharomyces），是一支古老的进化分支，其共同祖先存在于2亿多年前。该属目前包含七个正式描述的物种，其中最为人熟知的是粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe），它作为经典模式生物，在细胞周期调控、细胞形态发生、表观遗传学和基因组稳定性维持等领域推动了诸多突破性发现。近年来，日本裂殖酵母（S. japonicus）和八孢裂殖酵母（S. octosporus）也逐渐成为进化发育细胞生物学和杀手减数分裂驱动因子（killer meiotic drivers）研究的比较模型。
为了充分利用裂殖酵母属内广泛的进化差异所提供的比较基因组学机遇，研究团队进行了全球范围的采样和广泛的基因组测序，发现了两个新的亚种级别谱系——S. pombe CN和S. osmophilus CA。本研究旨在基于这些高质量数据，建立一个名为“裂殖酵母直系同源群”（Schizosaccharomyces Orthogroup, SOG）的网络资源，整合多序列比对、基因树、局部共线性图谱和可下载的核苷酸序列等模块，为裂殖酵母研究社群提供一个探索基因跨物种进化保守性和分歧度的综合平台。
研究流程与方法
SOG资源的构建始于基础数据的获取。研究团队为所有九个物种/谱系（七个已知物种加上两个新发现谱系）的代表性菌株生成了高质量的染色体水平基因组组装。其中，S. osmophilus、S. japonicus和S. versatilis的组装为已发表成果，其余六个为新生数据。所有组装均由完整的连续染色体组成，末端终止于端粒重复序列或rDNA阵列。在此基础上，对所有九个基因组进行了蛋白质编码基因注释。对于已有注释的物种（如S. pombe和S. japonicus），注释被保留或转移至新组装；对于新谱系（如S. versatilis和S. pombe CN），则从最近缘物种转移注释并进行基因预测，辅以严格的人工校对。
直系同源群推断（orthogroup inference）是核心分析步骤。研究采用了一套整合流程：首先使用OrthoFinder（v2.5.4）和Proteinortho（v6.1.0）两种互补工具进行初步推断。OrthoFinder擅长描绘包含数十个成员的大型基因家族，而Proteinortho则利用其POFF扩展通过共线性（synteny）信息来检测单纯基于序列相似性无法识别的直系同源关系，例如成功解析了在裂殖酵母共同祖先中复制但在谱系分化后经历序列均一化的核糖体蛋白基因的直系同源关系。研究以OrthoFinder的输出为基础构建直系同源群，并利用Proteinortho的结果进行目标性优化：重新检查OrthoFinder生成的、每个基因组中基因数量相同的多拷贝直系同源群，若Proteinortho将其解析为单拷贝群，则相应地进行拆分。此策略额外产生了142个单拷贝通用直系同源群。此外，为应对S. japonicus和S. versatilis与其他物种间高度进化差异带来的挑战，研究整合了PomBase人工确认的S. japonicus-S. pombe直系同源关系，验证了102对未被初始流程检测到的关系并用于合并直系同源群。最终，经人工逐评估，添加了12个之前遗漏的直系同源群，确定了版本1的SOG数据集，共包含5,322个直系同源群。
在数据可视化与分析工具开发方面，研究构建了一个轻量级的客户端网页应用。使用MAFFT进行氨基酸序列比对，IQ-TREE推断最大似然系统发育树。多序列比对可视化通过JSav库实现，系统发育树可视化则利用phylotree.js。对于单拷贝直系同源群，使用clinker工具生成局部共线性（local synteny）可视化图，展示了每个成员基因上下游各五个基因的基因组区域。整个平台基于标准HTML、CSS和JavaScript构建，通过GitHub Pages静态部署，无需后端服务器，确保了长期可访问性。该资源可免费通过https://www.sogweb.org访问，源代码托管于GitHub。
主要研究结果
SOG推断共得到5,322个直系同源群，根据成员基因的数量和分布，其被划分为五类：（1）4,271个单拷贝通用直系同源群（每个基因组有一个基因）；（2）753个单拷贝不完整直系同源群（在部分基因组中存在，在另一些中缺失）；（3）112个多拷贝通用直系同源群（存在于所有基因组，且至少在一个基因组中有旁系同源基因）；（4）136个多拷贝不完整直系同源群；（5）50个多拷贝基因组特异性直系同源群（仅存在于一个基因组中，且有旁系同源基因）。
分析显示，在每个基因组中，超过80%的蛋白质编码基因属于单拷贝通用直系同源群，这反映了裂殖酵母在超过2亿年的演化历史中，基因内容和拷贝数的高度保守性。含有最多成员的是SOG_5586（90个成员），它对应于属于Tf1/Sushi组的反转录转座子（retrotransposons），其“复制-粘贴”的移动机制可能是高拷贝数的原因。排名第二和第三的分别是SOG_5587（编码小热休克蛋白的hsp16基因，70个成员）和SOG_5588（编码己糖转运蛋白，55个成员）。
为展示平台功能，研究提供了两个使用案例。案例一以高度保守的cdc2基因为例，展示了如何利用该平台进行单拷贝直系同源群的进化探索。用户通过搜索基因名或系统ID定位至SOG_1840页面，可以：（1）查看基因组位置图谱，发现cdc2在大多数物种中位于着丝粒附近；（2）下载编码序列及上下游1kb侧翼序列；（3）通过交互式比对页面检查蛋白质序列保守性，比对结果揭示了高水平的整体序列保守性，与强纯化选择一致；（4）查看中根最大似然基因树，其拓扑结构基本重现了物种系统发育关系；（5）评估微共线性，发现cdc2周围基因在所有九个基因组中表现出完全保守的顺序和方向，显示了极强的微共线性保守。
案例二深入探讨了hsp16基因家族的复杂进化动态。该家族成员数量在不同物种间差异巨大：S. pombe和S. pombe CN各有一个拷贝，S. japonicus和S. versatilis各有2个，而其余五个基因组出现显著扩张（例如S. cryophilus有24个拷贝）。平台的基因组位置图揭示了一个显著相关性：在低拷贝数基因组中，hsp16基因位于染色体臂内部；而在拷贝数扩张的谱系中，许多基因富集于亚端粒区（subtelomeric regions），S. cryophilus则独特地拥有着丝粒区（centromeres）的拷贝。系统发育树显示了复杂的拓扑结构。S. japonicus和S. versatilis的基因遵循垂直遗传和谱系特异性复制模式，其共同祖先发生了一次复制，两个旁系同源基因在物种形成前已发生显著分化。S. octosporus和S. lindneri的基因各自形成单系群，表明在物种分化后发生了独立的拷贝数扩张。然而，树木也揭示了网状进化的迹象：S. cryophilus的hsp16基因并未形成独立分支，而是与S. osmophilus和S. osmophilus CA的部分基因交错分布，强烈暗示可能发生了跨物种的水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT）或基因渗入。在S. cryophilus中，着丝粒区的hsp16基因嵌入在两种含有5S rDNA的重复序列中，且其在基因树上形成了与重复序列类型相关的两个不同分支，表明了重复序列介导的均一化（repeat-mediated homogenization）。
研究结论与价值
SOG资源为探索裂殖酵母属的基因进化建立了一个全面、互动的框架。研究通过对九个高质量基因组的分析，分类了超过五千个直系同源群，揭示了裂殖酵母分支以高度保守的核心蛋白质组为特征：每一个物种超过80%的蛋白质编码基因都属于单拷贝通用直系同源群。同时，该分类也识别出那些经历了谱系特异性丢失、获得或扩张的基因亚群，为研究进化创新和适应提供了靶点。
该平台的科学价值在于它将基因组数据转化为研究者可及的便捷工具，集成了直系同源群分配与序列比对、系统发育、共线性和染色体图谱的可视化。正如cdc2和hsp16两个案例所展示的截然不同的进化轨迹，该平台既支持对稳定基因家族进行稳健的直系同源验证，也能为涉及拷贝数变异、水平转移和旁系同源基因均一化等复杂进化场景生成假说。其客户端架构确保了不依赖于专用后端基础设施的长期可访问性，使其成为一个可持续的社群资产。该资源已与PomBase和JaponicusDB的基因页面链接，将赋能从单个基因功能研究到基因组进化、适应和遗传冲突等多样化的研究方向。