Ikhtisar
Filogenomik memperluas filogenetik tradisional dengan menganalisis data dari ratusan atau ribuan gen di seluruh genom secara bersamaan. Dengan memanfaatkan informasi skala genom, filogenomik mengatasi keterbatasan filogeni gen tunggal, yang sering kali mengalami kekurangan sinyal, variasi laju evolusi spesifik garis keturunan, dan kesalahan stokastik. Peningkatan volume data secara dramatis meningkatkan kekuatan statistik, memungkinkan resolusi bahkan terhadap radiasi evolusioner yang paling menantang dan cepat sekalipun. Filogenomik juga mengungkap ketidaksesuaian antara pohon gen dan pohon spesies yang disebabkan oleh penyortiran garis keturunan yang tidak lengkap, duplikasi gen, dan transfer gen horizontal.
Konsep Utama
Tantangan utamanya adalah rekonsiliasi pohon gen-pohon spesies. Karena gen individu dapat memiliki sejarah evolusi yang berbeda dari pohon spesies, metode filogenomik harus memperhitungkan proses seperti penyortiran garis keturunan yang tidak lengkap (dimodelkan oleh penggabungan multispesies) dan duplikasi dan hilangnya gen. Pendekatan Penggabungan menyelaraskan semua gen ke dalam supermatriks, sedangkan metode berbasis penggabungan menganalisis setiap gen secara independen dan kemudian merangkum hasilnya. Penugasan ortologi - membedakan ortolog dari paralog - adalah langkah pra-pemrosesan penting yang mengandalkan anotasi genom yang akurat.
Alur Kerja Praktis
Analisis filogenomik dimulai dengan pengurutan genom dan anotasi spesies target. Identifikasi ortolog adalah langkah komputasi pertama yang penting: alat seperti OrthoFinder atau OrthoMCL mengelompokkan protein ke dalam ortogroup berdasarkan kesamaan urutan, menggunakan pencarian BLAST all-versus-all dan pengelompokan Markov. Untuk setiap ortogroup, rangkaian protein diselaraskan menggunakan MAFFT atau Muscle, dan penyelarasan tersebut dipangkas dengan trimAl untuk menghilangkan daerah yang tidak selaras. Peneliti kemudian menghadapi pilihan metodologi mendasar antara pendekatan penggabungan dan penggabungan. Dalam pendekatan penggabungan (metode supermatriks), semua penyelarasan gen digabungkan menjadi satu penyelarasan besar, dan pohon filogenetik disimpulkan menggunakan kemungkinan maksimum dengan RAxML atau IQ-TREE dalam model terpartisi di mana setiap gen dapat memiliki parameter model substitusinya sendiri. Pendekatan ini efisien secara komputasi tetapi mengasumsikan semua gen memiliki topologi pohon yang sama. Pendekatan berbasis koalesen malah menyimpulkan pohon gen terpisah untuk setiap ortogroup menggunakan metode pembentukan pohon cepat, kemudian merangkum ribuan pohon gen individu menjadi pohon spesies menggunakan metode seperti ASTRAL, yang menjelaskan penyortiran garis keturunan yang tidak lengkap dengan menemukan pohon spesies yang memaksimalkan jumlah pohon kuartet bersama. Membandingkan hasil penggabungan dan penggabungan merupakan diagnostik yang berharga, perbedaan topologi sering kali menyoroti gen yang sedang diseleksi atau dipengaruhi oleh transfer horizontal. Bootstrapping (biasanya 100 ulangan) memberikan nilai dukungan pada setiap node, dan analisis tambahan seperti skor kepastian pohon dapat mengidentifikasi konflik di antara pohon gen.
Aplikasi
Filogenomik telah menyelesaikan perdebatan lama dalam filogeni metazoa, evolusi tumbuhan, dan sistematika mikroba. Penting untuk mempelajari evolusi adaptif melalui identifikasi gen yang diseleksi secara positif di seluruh garis keturunan. Bidang ini bergantung pada pengurutan generasi berikutnya untuk menghasilkan data seluruh genom yang diperlukan, berdasarkan pendekatan pengurutan DNA klasik. Analisis filogenomik genom bakteri telah mengubah pemahaman kita tentang genetika bakteri, mengungkap transfer gen horizontal yang luas dan sifat dinamis genom prokariotik.
