系統(tǒng)發(fā)育分析方法課件

1、2015.12.11系統(tǒng)發(fā)育分析方法大家好1系統(tǒng)發(fā)育分析常用方法一、基于距離方法 Distance based (Algorithmic) methods二、基于特征符方法 Character based (Tree searching) methodsMaximum parsimony (MP)Maximum likelihood (ML)Bayesian inference (BI)unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA)Neighbor-Joining Method (NJ)Minimum Evolution (M

2、E) Fitch-Margoliash Method (FM)大家好2方法基本特征適用范圍優(yōu)點缺點NJ不需要分子鐘假設，是基于最小進化原理，進行類的合并時，不僅要求待合并的類是相近的，而且要求待合并的類遠離其他的類。遠緣序列，進化距離不大，信息位點少的短序列假設少，樹的構(gòu)建相對準確，計算速度快，只得一顆樹，可以分析較多的序列，運行速度優(yōu)于最大簡約法序列上的所有位點等同對待，且所分析的序列的進化距離不能太大MP基于進化過程中堿基替代數(shù)目最少這一假說，不需要替代模型，對所有可能的拓撲結(jié)構(gòu)進行計算，并計算出所需替代數(shù)最小的那個拓撲結(jié)構(gòu)，作為最優(yōu)樹近緣序列物種序列的數(shù)目12.善于分析某些特殊的分子數(shù)據(jù)

3、如插入、缺失等序列有用。只適于序列數(shù)目N12。存在較多回復突變或平行突變時，結(jié)果較差。變異大的序列會出現(xiàn)長枝吸引而導致建樹錯誤。ML依賴于某一個特定的替代模型來分析給定的一組序列數(shù)據(jù)，使得獲得的每一個拓撲結(jié)構(gòu)的似然率都為最大值，然后再挑出其中似然率最大的拓撲結(jié)構(gòu)作為最優(yōu)樹。特定的替代的模，遠緣序列很好的統(tǒng)計學基礎，大樣本時似然法可以獲得參數(shù)統(tǒng)計的最小方差，在進化模型確定的情況下，ML法是與進化事實吻合最好的建樹算法.所有可能的系統(tǒng)發(fā)育樹都計算似然函數(shù)，計算量大，耗時時間長。依賴于合適的替代模型，BI基因進化模型的統(tǒng)計推論法，通過后驗概率直觀反映出各分支的可靠性而不需要自檢法檢驗大而復雜的數(shù)據(jù)集

4、具有堅實的數(shù)學和統(tǒng)計學基礎，可以處理復雜和接近實際情況的進化模型對進化模型比較敏感，后驗概率是建立在許多假說上，在現(xiàn)實中可能不成立大家好3系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的軟件大家好4常見軟件軟件名稱用途DNAMAN序列分析的綜合工具BioEdit 序列分析的綜合工具DNASTAR序列分析的綜合工具MAFFT多重序列比對工具Muscle多重序列比對工具ClustalX圖形化的多序列比對工具;構(gòu)建N-J系統(tǒng)樹Gblocks冗余序列處理工具jModelTest, ModelTest, ModelGenerator進化模型選擇工具PHYLIP集成的進化分析工具MEGA圖形化、集成的進化分析工具PAUP集成的進化分析工

5、具PHYML, PAML, RAxMLML建樹工具MrBayes基于貝葉斯方法的建樹工具TreeView進化樹顯示工具FigTree, Adobe Illustrator進化樹顯示和編輯工具大家好5系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的過程多序列比對 (MAFFT)進化模型的選擇 (ModelTest)系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建 (RAxML, MrBayes, PAUP)系統(tǒng)發(fā)育樹顯示和編輯 (FigTree, Adobe Illustrator）序列拼接 (Mega)大家好6序列拼接BioEditMegaSeqmanContigSequencer大家好7多序列比對大家好8速度： MuscleMAFFTClustal比對準

6、確性：MAFFTMuscleClustal大家好9比對前大家好10MAFFT 7.0 online alignment大家好11大家好12大家好13大家好14大家好15PAUP軟件使用流程 （系統(tǒng)樹構(gòu)建）大家好161. 將比對后的fasta格式文件轉(zhuǎn)換成Nexus格式2. 將paup命令粘貼到Nexus文件下方，在命令程序中指定外群，保存。begin paup; log ; pset collapse=minbrlen; ctype 1.5_1:all; set maxtrees=5000 increase=no; outgroup *; set criterion=parsimony; hs

7、earch addseq=random nreps=1000; roottrees outroot=monophyl; savetrees brlens=yes ; pscores ALL/ci=yes tl=yes hi=yes rc=yes ri=yes khtest=yes; bootstrap nreps=1000 Keepall=yes / AddSeq=random nreps=10; roottrees outroot=monophyl; savetrees from=1 to=1 savebootp=both maxdec=0; end;轉(zhuǎn)換文件格式大家好17.大家好183.打

8、開paup軟件，打開Nexus文件然后運行即可。 大家好194. 運行界面。MP樹運行完后，點擊“Stop”，繼續(xù)運行BT樹。大家好20運行結(jié)果文件：大家好21MP樹大家好22BT樹大家好23P-buffer 文件大家好24RAxML建樹大家好2526 程序自帶的文件： raxmlHPC、 raxmlHPC-PTHREADS、 run 三個 準備文件兩個：phy格式的比對好的序列， txt格式的partition文件Run 文件基因的名字和序列所在位置跑多少次比對好序列的文件名字輸出結(jié)果的的名字Partition文件的名字Partition 文件大家好MrBayes建樹(Mrmodeltest

9、 2.3和Mrbayes 3.2.2)大家好27Version 3.2.2 fixes a number of bugs in previous releases of version 3.2. mrbayes_x86.exe for 32 bit system, mrbayes_x64.exe for 64 bit system大家好28操作步驟1. Fasta文件轉(zhuǎn)換成Nexus格式的文件2. 把Mrmodelblock文件夾中對應的MrModelblock*loci文件中的內(nèi)容粘貼到Nexus文件最下方（幾個基因即對應幾個loci的文件，比如4個基因，則需要復制MrModelblock4

10、loci 中的內(nèi)容）大家好293. 修改剛剛粘貼的命令參看文件紅色框中是要修改的地方大家好304. Paup運行剛剛修改好的Nexus文件，得到SCORES文件5. 將SCORES文件復制到MrModeltest2.3文件夾中，此時該文件夾包含以下文件：大家好316. 運行cmd大家好32得到txt文件大家好337. 打開剛剛得到的txt文件，從每一個txt文件中找到如下Bayes的模型：大家好348. 把得到的models復制到一個text文本中9. 打開之前的NEXUS文件，刪掉mrmodeltest命令, 粘貼bayes命令:大家好35begin mrbayes;This block s

11、ets up several different partitions that could be used in the analysis of this dataset outgroup M_infuscans_CBS_869_96; replace fungusX with your outgroup taxonWhen defining your charsets below, the characters must follow each other directly, e.g. 1-300, 301-500, 501-600 and not 5-300, 325-500, 530-

12、600. You will excluded everything you do not want to include in the analysis (e.g. 1-4, 301-324 and 501-529 in the charset excludedcharacters line.charset locus1 = 1-286; replace the xxs with numbers reflecting the character spanning of your gene 1charset locus2 = 287-605; replace the xxs with numbe

13、rs reflecting the character spanning of your gene 2charset locus3 = 606-1159; replace the xxs with numbers reflecting the character spanning of your gene 3 charset locus4 = 1160-1678; replace the xxs with numbers reflecting the character spanning of your gene 4 charset excludedchars = 282-286 601-60

14、5 1155-1159 1674-1678; list here all of the characters that you do not want to include. e.g. the bits between the lociexclude excludedchars;partition AllLoci = 4: locus1, locus2, locus3, locus4;log start ;end;begin mrbayes;outgroup M_infuscans_CBS_869_96;set partition= AllLoci;prset applyto=(1,2,4)

15、statefreqpr=dirichlet(1,1,1,1); This means locus1 and locus3 are sameprset applyto=(3) statefreqpr=fixed(equal); This is the model of locus2lset applyto=(1,2) nst=2 rates=gamma;lset applyto=(3,4) nst=2 rates=propinv;unlink shape=(all) pinvar=(all) statefreq=(all) revmat=(all);mcmcp ngen= 10000000 re

16、lburnin=yes burninfrac=0.25 printfreq=1000 samplefreq=1000 nchains=4 savebrlens=yes stoprule=yes stopval=0.01;mcmc;sumt conformat=simple; using Mrbayes3.2.1 should add conformat=simpleend;紅色字體文字是需要修改的地方；藍色字體視情況修改，也可不修改。大家好3610. 把修改好的NEXUS文件放在Mrbayes文件夾中，打開Mrbayes，輸入命定 : exe NEXUS的文件名.nex11. Over大家好37CIPRES在線建樹大家好38CIPRES 在線建ML樹（RAxML）大家好39Create new folder 大家好40Upload data大家好41大家好42Create new task大家好43大家好44Select tools大家好45Set parameters最開始可以先輸入=0.5大家好46大家好47Result大家好48CIPRES 在線建貝葉斯樹大家好49如果上傳的NEXUS文件中不包含貝葉斯的命令，按照上圖紅色方框的內(nèi)容設置。點擊“Advance Parameters”，然后設置其他的命令（類似我們用的貝葉斯命令，只是將命令程