基于正则化系统发育线性模型的跨物种差异基因表达分析

root 提交于 周六, 07/04/2026 - 12:47
比较转录组数据正日益被用于研究跨物种表型多样化的分子基础。然而,寻找谱系之间差异表达(DE)的基因仍然具有挑战性,主要有两个原因。首先,随机进化漂变会模糊谱系特异性平均表达变化所留下的信号,并诱导系统发育相关性;如果忽略这种相关性,就会大幅提高假发现率(FDR),即错误检测到的基因数量。其次,基于 RNA-Seq 数据的 DE 分析需要在大量基因上进行多重检验,而个体测量数量较少且噪声较高,因此需要专门的统计工具。传统的 DE 工具,如 limma,以及经典的系统发育比较方法(PCMs),如表达方差与进化(Expression Variance and Evolution, EVE)模型,分别仅针对这两项挑战中的一项而设计,但二者在跨物种 RNA-Seq 数据背景下都无法胜任。 在本研究中,我们提出了 phyloDE,这是一种用于跨物种 DE 分析的新工具,旨在结合上述两类方法的优点。基于一个近期发表的四物种啮齿动物数据集所进行的模拟结果表明,与其他方法不同,phyloDE 在所有设定下都能正确控制 FDR,同时保持合理的统计功效。在对经验数据集进行重新分析时,与 EVE 相比,phyloDE 在所有实验设定中都发现了更多 DE 基因,并且这些基因在其顺式调控图景中表现出一致的变化。该方法以 R 语言实现,并提供了继承自 limma 的接口。

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利用正则化系统发育线性模型进行种间差异基因表达分析

Mélina Gallopin, Maëlle Daunesse, Olivier Lespinet, Arnaud Liehrmann, Paul Bastide

doi: https://doi.org/10.64898/2026.06.30.734542

Mélina Gallopin 1 细胞整合生物学研究所(I2BC),巴黎-萨克雷大学,法国原子能委员会(CEA),法国国家科学研究中心(CNRS),91198 Gif-sur-Yvette,法国;

Maëlle Daunesse 2 巴斯德研究所,巴黎大学,法国国家科学研究中心 UMR 3525,法国国家健康与医学研究院 UA12,比较功能基因组学研究组,F-75015 巴黎,法国;

Olivier Lespinet 1 细胞整合生物学研究所(I2BC),巴黎-萨克雷大学,法国原子能委员会(CEA),法国国家科学研究中心(CNRS),91198 Gif-sur-Yvette,法国;

Arnaud Liehrmann 3 计算、定量与合成生物学系(CQSB),IBPS,索邦大学,法国国家科学研究中心(CNRS),F-75005 巴黎,法国;

Paul Bastide 4 巴黎西岱大学,法国国家科学研究中心(CNRS),MAP5,F-75006 巴黎,法国

通讯作者: paul.bastide{at}cnrs.fr

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摘要

比较转录组数据集正日益用于研究物种间表型多样化的分子基础。然而,寻找谱系之间差异表达(DE)的基因仍然具有挑战性,主要有两个原因。首先,随机进化漂变会模糊谱系特异性平均表达变化所留下的信号,并引入系统发育相关性;如果忽略这种相关性,将大幅提高假发现率(FDR),即虚假检出的基因数量。其次,基于 RNA-Seq 数据的差异表达分析涉及在大量基因上进行多重检验,而个体测量数量较少且噪声较高,因此需要专门的统计工具。传统的差异表达工具,如 limma,以及经典的系统发育比较方法(PCM),如表达方差与进化(EVE)模型,分别仅被设计用于解决这两类挑战中的一类,但在种间 RNA-Seq 数据的背景下都无法胜任。在持有人为作者/资助方,其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议发布。

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发布于 2026 年 7 月 3 日。

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Mélina Gallopin, Maëlle Daunesse, Olivier Lespinet, Arnaud Liehrmann, Paul Bastide

bioRxiv 2026.06.30.734542; doi: https://doi.org/10.64898/2026.06.30.734542

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利用正则化系统发育线性模型进行种间差异基因表达分析

Mélina Gallopin, Maëlle Daunesse, Olivier Lespinet, Arnaud Liehrmann, Paul Bastide

bioRxiv 2026.06.30.734542; doi: https://doi.org/10.64898/2026.06.30.734542


📄 原文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.30.734542v1?rss=1

🏷️ 差异基因表达 跨物种转录组 系统发育模型 RNA-seq 正则化统计方法