比较基因组学 · 统计方法 · 动物遗传学

吴佳齐 Jiaqi Wu · 呉佳齊

广岛大学 助理教授
综合生命科学研究科、生物生产学部(应用动植物科学) · 日本东广岛

我利用哺乳动物、家禽家畜、野生动物和病毒的大规模基因组数据,研究性状、育种与适应是如何形成的;同时开发方法,让大规模比较基因组分析可比较、可复现——确保跨基因比较时,比的确实是「同一条分支」。

01

简介

目前我在广岛大学生物生产学部应用动植物科学专业从事进化基因组学研究,并讲授动物遗传育种学。我的工作位于比较基因组学、分子进化、统计遗传学和生物信息学的交叉点,从哺乳动物、鸟类与家禽、家畜、昆虫和病毒的大规模基因组数据中,提炼共通的进化规律。

贯穿我研究的一个核心问题是:大规模分析所比较的,是否真的是「同一个进化对象」?围绕这个问题,我开发相应的方法、基准和可复现的分析流程来加以保证。我本科学医(山东大学),硕士转向生物信息学(复旦大学,师从已故的钟扬教授和长谷川政美教授),博士主攻统计遗传学(东京大学,师从岸野洋久教授),此后先后在东京工业大学(JSPS 特别研究员)、东海大学医学部(JST CREST)和广岛大学工作。

在我看来,动物育种基因组学和进化基因组学并不是两个领域,而是同一套框架。用来推断哺乳动物生活史演化历程的那套统计基因组学工具,同样可以用于家禽与家畜育种——例如本地鸡和山羊的起源、群体结构与遗传多样性——也可以用于面向保护和种群管理的野生哺乳动物基因组监测(亚洲黑熊、日本狼、蝙蝠等)。我的目标,是把物种分化的深层历史与种内、品种内的多样性、适应和选择,放在同一个基准上来理解。

02

研究

从动物遗传育种到方法开发——把物种分化的深层历史与品种内的多样性、适应和选择,放在同一个可审计的基准上来理解。

系统发育基因组方法

跨基因的分支可比性

当类群缺失或基因树之间存在冲突时,物种树上原本不同的分支可能会合并甚至消失。我开发基于分裂(split)的坐标系统,让分支的身份——以及每一种「缺失」的类型——都变得明确且可复现。

分子进化

速率、生活史与约束

以分子进化速率为切入点,研究哺乳动物生活史的演化、功能约束和种内多态性——其中包括我们提出的「有胎盘类在 K–Pg 界线之后经历夜行性瓶颈」的假说。

病毒基因组学

基因组监测与变异动态

为 Genotype-to-Phenotype Japan(G2P-Japan)联盟设计并分析病毒基因组变异数据库——涵盖 SARS-CoV-2 变异株的出现与传播,以及 HCV 耐药性和 KSHV 的传播。

动物遗传育种

家禽、家畜与野生哺乳动物

面向育种与保护的群体基因组学和比较基因组学——本地鸡和山羊的起源与群体结构,野生哺乳动物(亚洲黑熊、日本狼、蝙蝠)的基因组监测,并延伸到家蚕、夜蛾类害虫、平胸鸟类等。

当前重点 — SplitAligner

一个为「类群缺失、基因树冲突」情形设计的分支身份坐标系统。它通过投影到物种树上的分裂(split)来定义分支身份,并把「分支缺失」拆分为几类明确、可审计的情况;配套一个确定性的图论 oracle 基准(Catnip10)和一个带 C++ 核心的 R 实现(SplitAlignerR)。分支坐标由规范化的无根 split 定义,不依赖显示用的根位置或节点的排列顺序,因此同一棵加权无根树的各种等价表示,都会保留相同的生物学分支身份。

当前重点 — Catnip10

一个确定性的 10 叶一致性基准,面向那些把数值记录在固定或共享参考分支坐标轴上的分支级工作流。由独立的图论 oracle 提供真值对象,并从两个维度对工作流打分:一是坐标资格是否正确考虑了剪枝,二是坐标的身份与可用性在树的不同表示之间是否稳定。SplitAligner 负责构建坐标,Catnip10 负责检验坐标。

03

软件

我开发并维护的开源工具。方法、验证数据和可复现流程一并发布。

SplitAligner

Perl系统发育基因组学2026

一个分支身份坐标系统:在每个基因位点各自的类群覆盖范围内,把基因树映射到物种树的分裂上,并对每一类分支缺失(结构性缺失、融合、拓扑导致)逐一命名。内置确定性的 Catnip10 审计基准。

Catnip10

Python / RMIT一致性基准

一个确定性的 10 叶一致性基准,面向把数值记录在固定或共享参考分支坐标轴上的分支级工作流。由独立的图收缩 oracle 提供真值对象,从两个维度打分:坐标资格是否正确考虑了剪枝,以及坐标身份在树的不同表示之间是否稳定。在 SplitAligner 的验证体系中开发。

SplitAlignerR

R / C++17GPL-3v0.1.0 · 通过 Pro RECERT 认证

SplitAligner 的 R 接口与独立基准分支。v0.1.0 包含一个生产级的 C++17 graph-first 映射器(严格的有限范围枝长校验、显式的结构性/拓扑性状态、复合坐标溯源);一个独立的 fixed/free 配对 finalize 层,把字面 NA 保留为 residual NA;以及一个纯 R 的节点-边 oracle,可独立重算整个 Catnip10 基准(272 个格子、19 个融合事件)。不可变的 v0.1.0 版本已通过独立的 Pro RECERT 审核;默认分支为发布后的开发线。

La Terra

RMIT2026开发中

一个以矩阵为起点的 R 框架,面向枝级比较基因组学。它从 SplitAlignerR 的交换对象(基因 × 枝矩阵、物种树、枝坐标键、格子状态与溯源信息)出发,把基因级的性状关联筛查、带分组验证的稀疏预测模型和诊断图整合进同一条可追溯的流程。当前版本支持二元性状,并固定依赖一个指定的 SplitAlignerR 后端预发布版本(0.1.0.9002,经 SHA-256 校验),以便在两个包各自演进时保持结果可复现。

SGV-Caller

PerlMIT2025

一个 SARS-CoV-2 基因组变异检测工具(caller),基于 GISAID 数据,在核苷酸、密码子和氨基酸三个层面构建本地变异数据库。为 G2P-Japan 联盟开发,是日本监测病毒变异的底层数据来源之一。

RRAA

Perl2025群体遗传学

简化代表性混合分析(Reduced-Representation Admixture Analysis)。一个 Perl 流程,用来检验目标群体内的近交如何影响 ADMIXTURE 推断出的群体结构的稳定性:反复从该群体随机抽取个体,在指定的 K 下重跑 ADMIXTURE,并汇总祖先成分的变化。基于 vcftools 与 ADMIXTURE,附带山羊 SNP 示例数据。

04

论文

精选的同行评审论文;完整列表见 Google Scholar ↗。

2026
2025
2024
2023
  • 13Multiple mutations of SARS-CoV-2 Omicron BA.2 orchestrate its virological characteristics共同一作
    Kimura I, Yamasoba D, Nasser H, Ito H, Zahradnik J, Wu J, Fujita S, Uriu K, … Sato K. 2023. Journal of Virology 97(10):e0101123.
  • 14Virological characteristics of the SARS-CoV-2 XBB variant derived from recombination of two Omicron subvariants
    Tamura T, Ito J, Uriu K, … Genotype to Phenotype Japan Consortium (Wu J), … Sato K. 2023. Nature Communications 14(1):2800.
  • 15Convergent evolution of SARS-CoV-2 Omicron subvariants leading to the emergence of BQ.1.1
    Ito J, Suzuki R, Uriu K, … Genotype to Phenotype Japan Consortium (Wu J), … Sato K. 2023. Nature Communications 14(1):2671.
  • 16SARS-CoV-2 Haplograph: visualization of SARS-CoV-2 haplotype spread in Japan
    Nakagawa S, Katayama T, Jin L, Wu J, Kryukov K, Oyachi R, et al.. 2023. Genes & Genetic Systems 98(5):221.
2022
  • 17Molecular evolutionary rate predicts intraspecific genetic polymorphism and species-specific selection通讯作者
    Wu J, Yonezawa T, Kishino H. 2022. Genes 13(4):708.
  • 18Massive loss of transcription factors promotes the initial diversification of placental mammals共同一作
    Zhao X, Wu J, Kishino H, Chen L. 2022. International Journal of Molecular Sciences 23(17):9720.
  • 19The SARS-CoV-2 Lambda variant exhibits enhanced infectivity and immune resistance共同一作
    Kimura I, Kosugi Y, Wu J, Zahradnik J, … Sato K. 2022. Cell Reports 38:110218.
  • 20SARS-CoV-2 spike P681R mutation, a hallmark of the Delta variant, enhances fusogenicity and pathogenicity
    Saito A, Irie T, Suzuki R, … Wu J, … Kawaoka Y, Sato K. 2022. Nature 602:300.
  • 21Attenuated fusogenicity and pathogenicity of the SARS-CoV-2 Omicron variant
    Suzuki R, Yamasoba D, Kimura I, … Genotype to Phenotype Japan (Wu J), … Sato K. 2022. Nature 603:700.
  • 22Altered TMPRSS2 usage by SARS-CoV-2 Omicron impacts infectivity and fusogenicity
    Meng B, Abdullahi A, … Genotype to Phenotype Japan Consortium (Wu J), … Gupta RK. 2022. Nature 603:706.
  • 23Paleogenomics reveals independent and hybrid origins of two wolf lineages endemic to Japan
    Segawa T, Yonezawa T, Mori H, … Wu J, … Nishihara H. 2022. Current Biology 32(11):2494.
2021
  • 24Evolution of reproductive life history in mammals and the associated change of functional constraints通讯作者
    Wu J, Yonezawa T, Kishino H. 2021. Genes 12(5):740.
  • 25World-wide prevalence of substitutions in the HCV genome associated with resistance to direct-acting antivirals共同一作
    Liu Z, Mao X, Wu J, Yu K, … Chen X. 2021. Clinical Gastroenterology and Hepatology 19:1906.
  • 26SARS-CoV-2 B.1.617.2 (Delta) variant replication and immune evasion
    Mlcochova P, Kemp SA, … Genotype to Phenotype Japan Consortium (Wu J), … Gupta RK. 2021. Nature 599:114.
  • 27SARS-CoV-2 spike L452R variant evades cellular immunity and increases infectivity
    Motozono C, Toyoda M, … Genotype to Phenotype Japan Consortium (Wu J), … Sato K. 2021. Cell Host & Microbe 29:1124.
2020
  • 28Comparative genomic analyses illuminate the distinct evolution of megabats within Chiroptera
    Nikaido M, Kondo S, Zhang Z, Wu J, … Kai C. 2020. DNA Research 27:1.
2018
  • 29A single pheromone receptor gene conserved across 400 My of vertebrate evolution
    Suzuki H, Nishida H, … Wu J, … Nikaido M. 2018. Molecular Biology and Evolution 35:2928.
2017
  • 30Rates of molecular evolution suggest natural history of life-history traits and a post-K–Pg nocturnal bottleneck of placentals通讯作者
    Wu J, Yonezawa T, Kishino H. 2017. Current Biology 27:3025.
  • 31Genomic adaptation to polyphagy and insecticides in a major East Asian noctuid pest共同一作
    Cheng T, Wu J, Wu Y, … Goldsmith MR, Feng Q, Xia Q, Mita K. 2017. Nature Ecology & Evolution 1:1747.
  • 32Phylogenomics and morphology of extinct paleognaths reveal the origin and evolution of the ratites
    Yonezawa T, Segawa T, … Wu J, … Willerslev E, Hasegawa M. 2017. Current Biology 27:68.
  • 33Expression map of a complete set of gustatory receptor genes in chemosensory organs of Bombyx mori
    Guo H, Cheng T, … Wu J, … Xia Q, Mita K. 2017. Insect Biochemistry and Molecular Biology 82:74.
2015
  • 34Phylogeographic and demographic analysis of the Asian black bear (Ursus thibetanus) based on mitochondrial DNA第一作者
    Wu J, Kohno N, Mano S, Fukumoto Y, Tanabe H, Hasegawa M, Yonezawa T. 2015. PLoS ONE 10:e0136398.
2014
  • 35Importance of synonymous substitutions under dense taxon sampling and appropriate modeling in reconstructing the mitogenomic tree of Eutheria第一作者
    Wu J, Hasegawa M, Zhong Y, Yonezawa T. 2014. Genes & Genetic Systems 89:237.
2013
  • 36High-altitude adaptation of the schizothoracine fishes (Cyprinidae) revealed by mitochondrial genome analyses
    Li Y, Ren Z, Shedlock AM, Wu J, … Yonezawa T, Zhong Y. 2013. Gene 517:169.
05

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