OmegaSwitch：用于估计 dN/dS 的贝叶斯马尔可夫调制密码子模型

选择压力可在不同位点和不同进化谱系之间发生变化；然而，大多数密码子模型仅能处理其中一个维度上的异质性，并且需要预先指定选择状态的数量。在此，我们引入 OmegaSwitch，这是一种用于推断非同义替换率与同义替换率之比（dN/dS）在不同位点及进化时间中变化的贝叶斯系统发育软件框架。我们实现了一个马尔可夫调制的密码子模型，其中谱系在离散的 dN/dS 状态之间转换，并采用可逆跳跃马尔可夫链蒙特卡洛方法同时推断状态数量。我们进一步开发了一种狄利克雷过程混合扩展，使得控制这些时间异质性过程的参数能够在不同位点之间变化。祖先抽样生成系统发育树各位点与各节点上 dN/dS 的联合后验分布，从而能够在量化不确定性的基础上给出谱系特异性和位点特异性的总结。模拟分析表明，在这两种模型下，dN/dS 的后验区间以及进化状态数量均具有良好的校准性。我们以脊椎动物 α-和 β-珠蛋白为例展示了 OmegaSwitch 的应用。因此，OmegaSwitch 提供了一个灵活的贝叶斯框架，用于研究蛋白编码序列及其系统发育历史中的选择压力如何变化。

选择压力可在位点之间以及进化谱系之间发生变化；然而，大多数密码子模型仅能处理这两个维度中的一个方向上的异质性，并且要求事先指定选择状态的数量。本文提出 OmegaSwitch，一种用于推断非同义替换率与同义替换率之比（dN/dS）在不同位点及进化时间过程中变化的贝叶斯系统发育软件框架。我们实现了一种马尔可夫调制的密码子模型，其中谱系在离散的 dN/dS 状态之间转换，并采用可逆跳跃马尔可夫链蒙特卡洛方法同时推断状态数量。我们进一步开发了一个 Dirichlet 过程混合扩展，使得支配这些时间异质性过程的参数可在不同位点之间变化。祖先采样生成了跨位点及系统发育树各节点的 dN/dS 联合后验分布，从而能够在量化不确定性的基础上给出谱系特异性和位点特异性的总结。模拟分析表明，在两种模型下，dN/dS 的后验区间以及进化状态数量均具有良好的校准性。我们以脊椎动物 α- 和 β-珠蛋白为例展示了 OmegaSwitch 的应用。因此，OmegaSwitch 为研究蛋白编码序列及系统发育历史中选择压力如何变化提供了一个灵活的贝叶斯框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.14.744968v1?rss=1

🏷️ dN/dS估计 贝叶斯系统发育模型 马尔可夫调制密码子模型 选择压力异质性 可逆跳跃MCMC