分子系统发育分析 - abc

分 子 系 统 发 育 分 析2008 级 生 物 信 息 学 一 班 C 队张 学 才

系 统 发 育 分 析 相 关 基 本 知 识系 统 发 育 分 析 是 研 究 物 种 进 化 和 系 统 分 类 的 一 种 方 法 , 其 常用 一 种 类 似 树 状 分 支 的 图 形 来 概 括 各 种 ( 类 ) 生 物 之 间 的亲 缘 关 系 , 这 种 树 状 分 支 的 图 形 成 为 系 统 发 育 树 。节 点分支

系 统 发 育 分 析 相 关 基 本 知 识• 系 统 进 化 树 可 以 分 为 有 根 树 和 无 根 树 , 有 根 树 是 有 方向 的 树 , 具 有 一 个 唯 一 的 根 节 点 , 代 表 树 中 所 有 物 种的 共 同 祖 先 。

系 统 发 育 分 析 相 关 基 本 知 识分 子 系 统 发 育 树 通 过 比 较 生 物 大 分 子 序 列 差 异 的 数 值 构建 的 系 统 发 育 树 , 常 用 的 生 物 大 分 子 为 蛋 白 质 序 列 和核 酸 序 列 。基 于 Cyt b 基 因 序 列 构 建 的 分 子 系 统 树 ( 重 复 次 数 为 1 000 次 )图 中 数 字 为 自 举 置 信 水 平 (BCL) 值 ; A: NJ 树 ; B: MP 树 。

分 子 系 统 发 生 分 析 的 主 要 步 骤2. 构 建 系 统 发 育 树3. 检 验 结 果

分 子 序 列 或 特 征 数 据 的 分 析基 本 原 理 : 以 分 子 钟 假 说 为 基 础 , 在 进 化 过 程 中 , 相 似功 能 位 点 的 分 子 进 化 速 率 则 几 乎 完 全 一 致 。 根 据 核 酸和 蛋 白 质 的 序 列 信 息 , 可 以 推 断 物 种 之 间 的 系 统 发 生关 系 , 准 确 测 定 序 列 分 化 发 展 的 时 间 。 其 主 要 过 程 为利 用 软 件 进 行 多 序 列 比 对 。

系 统 发 生 树 的 构 造按 照 某 种 方 法 , 算 出 代 表 序 列 两 两 之 间 的 差异 度 , 基 于 这 些 差 异 度 , 绘 制 系 统 发 生 树 。分 类 名 称 简 称Distance Matrixmethods(DM)平 均 连 接 聚 类 法最 小 进 化 法邻 接 法UPGMAMENJcharacters最 大 简 约 法最 大 似 然 法进 化 简 约 法MPMLEP

常 用 方 法 的 基 本 信 息名 称 基 本 特 征 适 用 范 围 优 点 缺 点不 需 要 分 子 钟 假 设 , 是假 设 少 , 树 的 构 建 序 列 上 的 所 有基 于 最 小 进 化 原 理 , 进 行 类 远 缘 序 列 , 进 化 相 对 准 确 ,, 计 算 速 度 位 点 等 同 对 待 ,邻 接 法 的 合 并 时 , 不 仅 要 求 待 合 并 距 离 不 大 , 信 息 位 快 , 只 得 一 颗 树 , 可 以 且 所 分 析 的 序 列的 类 是 相 近 的 , 而 且 要 求 待 点 少 的 短 序 列合 并 的 类 远 离 其 他 的 类 。分 析 较 多 的 序 列 , 运 行速 度 优 于 最 大 简 约 法的 进 化 距 离 不 能太 大最 大 简 约 法基 于 进 化 过 程 中 碱 基 替代 数 目 最 少 这 一 假 说 , 不 需要 替 代 模 型 , 对 所 有 可 能 的拓 扑 结 构 进 行 计 算 , 并 计 算出 所 需 替 代 数 最 小 的 那 个 拓扑 结 构 , 作 为 最 优 树近 缘 序 列物 种 序 列 的 数 目≤12善 于 分 析 某 些 特 殊的 分 子 数 据 如 插 入 、 缺失 等 序 列 有 用 。只 适 于 序 列 数目 N≤12。 存 在 较多 回 复 突 变 或 平行 突 变 时 , 结 果较 差 。 变 异 大 的序 列 会 出 现 长 枝吸 引 而 导 致 建 树错 误 。最 大 似 然 法很 好 的 统 计 学 基 础 ,依 赖 于 某 一 个 特 定 的 替所 有 可 能 的 系大 样 本 时 似 然 法 可 以 获代 模 型 来 分 析 给 定 的 一 组 序统 发 育 树 都 计 算得 参 数 统 计 的 最 小 方 差 ,列 数 据 , 使 得 获 得 的 每 一 个 特 定 的 替 代 的 模似 然 函 数 , 计 算在 进 化 模 型 确 定 的 情 况拓 扑 结 构 的 似 然 率 都 为 最 大 型 , 远 缘 序 列量 大 , 耗 时 时 间下 ,ML 法 是 与 进 化 事 实值 , 然 后 再 挑 出 其 中 似 然 率长 。 依 赖 于 合 适吻 合 最 好 的 建 树 算 法最 大 的 拓 扑 结 构 作 为 最 优 树 。的 替 代 模 型 ,

分 子 进 化 与 系 统 发 育 分 析 软 件

MEGA 软 件INS GORGO Lowland gorillaINS MACFA Crab eating macaque22359INS CERAE Green monkeyINS PONPY Bornean orangutanINS HUMANINS PANTR ChimpanzeeINS RABIT RabbitINS CANFA Dog9 38INS PIGINS PHYCA Sperm whaleINS HORSE87INS STRCA OstrichCommon squirrel monkey691INS CHICKINS CROAT Western diamondback rattles...614433283652 INS ANSAN Western graylag gooseINS BALBO Pollack whale59 INS SHEEPINS CAPHI GoatINS FELCA CatINS CAMDR Arabian camelINS ELEMA Indian elephantINS SAISC Common squirrel monkeyINS CAVPO Guinea pig0.05• 胰 岛 素 蛋 白 NJ 法 的 系 统 发 育 树

PHLIP 软 件 -1

PHLIP 软 件 -2

网 络 资 源 的 利 用提 供 网 上 应 用 软件 下 载 的 链 接 :•Phylogenysoftware提 供 网 上 应 用 程序 的 网 站 :•Weblab•EMBOSS•EBC•ExPASy

网 络 资 源 的 利 用

Weblab 中 可 利 用 邻 近 法 和 最 大 简 约 法 构 建 系 统 发 育 树

运 行 结 果

• ExPASy 中 利 用 PHYLIP 构 建 系 统 发 育 树

可 信 度 检 验常 用 的 三 种 方 法 :• 1. The bootstrap• 2. Delete-half-jackknifing• 3. Permuting species within characters

分 子 系 统 发 育 分 析需 要 注 意 的 问 题特 征 分 子 的 选 择 : 既 可 以 用 核 酸 序 列 又 可 以 用 蛋 白序 列 , 用 核 酸 序 列 还 是 蛋 白 序 列 主 要 取 决 于 序 列的 性 质 和 研 究 的 目 的 。‣ 对 于 具 有 很 近 亲 缘 关 系 的 生 物 来 说 , 选 择 核 酸 序列 研 究 要 比 选 择 蛋 白 序 列 更 快 的 推 断 出 结 果‣ 在 大 多 数 情 况 下 , 以 蛋 白 质 为 基 础 的 发 生 树 比 以DNA 为 基 础 的 发 生 树 更 恰 当 。1 蛋 白 质 序 列 含 有 更 多 相 对 保 守 的 序 列 。2 蛋 白 质 序 列 的 比 对 比 DNA 序 列 的 比 对 更 灵 敏 。

分 子 系 统 发 育 分 析需 要 注 意 的 问 题‣ 直 系 同 源 : 同 源 的 基 因 是 由 于 共 同 的 祖 先 基 因进 化 而 产 生 的 ;‣ 旁 系 同 源 : 同 源 的 基 因 是 由 于 基 因 复 制 产 生 的 。‣ 用 于 分 子 进 化 分 析 中 的 序 列 , 必 须 是 直 系 同 源的 , 才 能 真 实 反 映 进 化 过 程

分 子 系 统 发 育 分 析需 要 注 意 的 问 题系 统 发 生 树 的 可 靠 性‣ 系 统 发 生 的 推 断 分 析 中 , 很 难 准 确 地 建立 一 个 发 生 树 , 一 定 要 根 据 序 列 信 息 的特 点 及 目 的 选 择 适 当 的 方 法 与 分 析 软 件 。‣ 用 不 同 的 方 法 分 析 同 一 组 数 据 , 如 果 能够 产 生 相 似 的 系 统 发 生 树 , 这 样 的 树 可以 认 为 是 可 靠 的

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