The Impact of Species Tree Estimation Error on Cophylogenetic Reconstruction
The Impact of Species Tree Estimation Error on Cophylogenetic Reconstruction
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物种树估计误差对共系统发育重建的影响
DOI：
10.1145/3584371.3612964
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Liu, Kevin J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zheng, Julia;Nishida, Yuya;Okrasinska, Alicja;Bonito, Gregory M.;Heath-Heckman, Elizabeth A.;Liu, Kevin J.
正如系统发育编码了一组生物体之间的进化关系一样，共系统发育代表了共生伙伴之间的共同进化关系。两者主要是利用生物分子序列数据的计算分析来重建的。最广泛使用的共系统发育重建方法利用了一个重要的简化假设：每组共同进化类群的物种系统发育都需要作为输入，并假设是正确的。许多研究表明，这一假设很少（如果有的话）得到满足，并且对共系统发育研究的后果知之甚少。为了解决这一差距，我们进行了一项全面的性能研究，量化了物种树估计误差与下游共系统发育估计准确性之间的关系。我们使用基于硅模型的模拟研究了最先进的共系统发育重建方法的性能。我们的研究还包括使用从两个重要的共生模型中采样的基因组序列数据集来评估共系统发育的再现性：土壤相关真菌及其内共生细菌，以及短尾鱿鱼及其生物发光细菌共生体。我们的研究结果最终证明了上游系统发育估计误差对下游共系统发育重建质量的主要影响。相对于其他实验因素（例如共系统发育估计方法选择和共同进化事件成本），基于随机森林的变量重要性评估，系统发育估计误差的重要性排名最高。最后我们给出了实践指导和未来的研究方向。特别是，在准确的共系统发育重建所需的众多考虑因素中——共系统发育重建方法和方法设置的选择、抽样设计等——必须同样重视使用现代最佳实践进行仔细的物种系统发育估计。
Just as a phylogeny encodes the evolutionary relationships among a group of organisms, a cophylogeny represents the coevolutionary relationships among symbiotic partners. Both are primarily reconstructed using computational analysis of biomolecular sequence data. The most widely used cophylogenetic reconstruction methods utilize an important simplifying assumption: species phylogenies for each set of coevolved taxa are required as input and assumed to be correct. Many studies have shown that this assumption is rarely - if ever - satisfied, and the consequences for cophylogenetic studies are poorly understood.To address this gap, we conduct a comprehensive performance study that quantifies the relationship between species tree estimation error and downstream cophylogenetic estimation accuracy. We study the performance of state-of-the-art methods for cophylogenetic reconstruction usingin silicomodel-based simulations. Our investigation also includes assessments of cophylogenetic reproducibility using genomic sequence datasets sampled from two important models of symbiosis: soil-associated fungi and their endosymbiotic bacteria, and bobtail squid and their bioluminescent bacterial symbionts.Our findings conclusively demonstrate the major impact that upstream phylogenetic estimation error has on downstream cophylogenetic reconstruction quality. Relative to other experimental factors such as cophylogenetic estimation method choice and coevolutionary event costs, phylogenetic estimation error ranked highest in importance based on a random forest-based variable importance assessment. We conclude with practical guidance and future research directions. In particular, among the many considerations needed for accurate cophylogenetic reconstruction - choice of cophylogenetic reconstruction method and method settings, sampling design, and others - just as much attention must be paid to careful species phylogeny estimation using modern best practices.
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