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1、分子进化常用方法,华大基因：郑洪坤 ,大纲,理论背景 分子进化简介 物种基因组数据 比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法 NJ 邻接法 MP 最大简约法 ML 最大似然法 选择压力Ka/Ks Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,常用软件 系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表： PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 snp搜索软件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,大纲,理论背景 分子
2、进化简介 物种基因组数据 比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法 NJ 邻接法 MP 最大简约法 ML 最大似然法 选择压力Ka/Ks Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,常用软件 系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表： PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 snp搜索软件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,Picture come form: http:/www.ensembl.or
3、g/index.html,物种基因组数据,相关数据可以参考公共数据库NCBI，UCSC或者ensembl等,随着基因组数据的不断丰富，比较基因组学也在蓬勃发展。,比较基因组学发展,大纲,理论背景 分子进化简介 物种基因组数据 比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法 NJ 邻接法 MP 最大简约法 ML 最大似然法 选择压力Ka/Ks Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,常用软件 系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表： PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 snp搜索软
4、件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,理论背景之,NJ 邻接法(neighbour joining) MP 最大简约法(maximal parsimony) ML 最大似然法(maximal likelihood),常用系统进化树构建方法,NJ 邻接法（neighbour joining）,是距离法中的一种，这种方法并不检验所有可能的拓朴结构，但在物种聚合时要应用最小进化原则。,A,C,D,B,1,3,4,6,5,2,理论背景 常用系统进化树构建方法之,(1,2),3),(4,(5,6),MP 最大简约法（ma
5、ximal parsimony）,假设4种核苷酸或者20中氨基酸可以突变为与其自身不同的任何一种，这样对于任何一个给定的拓朴结构，可以推断每个位点的祖先状态。对这一拓朴结构，可以计算出用来解释整个进化过程所需核苷酸或者氨基酸的最小替代数。对所有可能正确的拓朴结构进行这种计算，并挑选出所需替代数最小的拓朴结构作为最优系统树。,理论背景 常用系统进化树构建方法之,在该拓朴结构下，最小的替代数是3。,ML 最大似然法（ maximal likelihood ）,在ML法中，以一个特定的替代模型分析既定的一组序列数据，使所获得的每一个拓朴 结构的拟自然率最大，挑选出其中拟自然率最大的拓朴结构作为最终树
6、。,1,2,3,4,v1,v2,v3,v4,v5,v6,6,5,0,把每个节点变成其他节点的概率分别相乘,取概率最大的拓朴结构和枝长.,理论背景 常用系统进化树构建方法之,较好数学理论支持,大纲,理论背景 分子进化简介 物种基因组数据 比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法 NJ 邻接法 MP 最大简约法 ML 最大似然法 选择压力Ka/Ks Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,常用软件 系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表： PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 s
7、np搜索软件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,进化选择压力Ka/Ks,理论背景之,Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,SNP的分类,位点的分类,Ka,Ks的概念,TCG (Ser),TAG (stop),TTG (Leu),TGG (Trp),TCC (Ser),TCT (Ser),TCA (Ser),Phase 0,Phase 2,Phase 1,S0=0 S1=0 S2=1,N0=1 N1=1 N2=0,TCG (Ser),GCG (Ala),非同义,TCG (Ser),TCA (Ser),同义,理
8、论背景 进化选择压力Ka/Ks之,Ks = 同义突变SNP数/同义位点数 Ka = 非同义突变SNP数/非同义位点数,同义突变SNP数 = 同义SNP 非同义突变SNP数 = 非同义SNP 同义位点数 = 同义位点 非同义位点数 = 非同义位点,Ka,Ks的概念,理论背景 进化选择压力Ka/Ks之,检测序列的功能性（funcional or pseudo） 筛选正在快速进化的基因（rapid evolution） Ks可以反映事件发生的时间（age）,KaKs或者Ka/Ks 1，基因受正选择(positive selection) KaKs或者Ka/Ks 1，基因中性进化(neutral ev
9、olution) KaKs或者Ka/Ks 1，基因受纯化选择(purify selection),Ka,Ks的作用和意义,理论背景 进化选择压力Ka/Ks之,检测序列的功能性,Ka,Ks的作用和意义,理论背景 进化选择压力Ka/Ks之,筛选快速进化的基因,Ka,Ks的作用和意义,理论背景 进化选择压力Ka/Ks之,当Ka/Ks1时，序列受到强烈正选择（positive selection），这样的基因即为近期正在快速进化的基因，对于物种的进化有着非常重要的意义。我们可以根据ka/ks ratio筛选部分基因，然后做后期的功能研究，这种方法已经普遍的被应用到分子进化领域，已有多篇文章在natur
10、e，science等杂志发表。,水稻segmental duplication时间的定义：根据水稻的中性突变率6.510-9 ， 当ks为0.69时，事件发生的年代是大约53Mya。,Ks可以反映事件发生的时间,Ka,Ks的作用和意义,理论背景 进化选择压力Ka/Ks之,大纲,理论背景 分子进化简介 物种基因组数据 比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法 NJ 邻接法 MP 最大简约法 ML 最大似然法 选择压力Ka/Ks Ka,Ks的概念 Ka,Ks的作用和意义,常用软件 系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表：
11、PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 snp搜索软件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,分子进化领域常用软件,系统进化树构建软件列表： Phylip Clustalw PAMLCodml 其他 选择压力ka/ks计算软件列表： PAMLyn00 Kaks_calculator K-estimator 其他 snp搜索软件列表： polyphred SNPdetector BGI-Variation analysis package 其他,简介： Phylip程序包是常用
12、的进化树计算软件,有华盛顿大学,美国科学院院士loe felsenstein编写,其中包括30个左右的程序,详细说明书和下载信息见:http:/evolution.genetics.washington.edu/phylip.html 程序运行： 各个独立的程序多为交互式操作模式，如要运行某个程序可以直接键入程序名称，然后按照程序的提示操作即可。,Phylip使用说明,系统进化树构建软件之,输入格式,5 13 Alpha AACGTGGCCAAAT Beta AAGGTCGCCAAAC Gamma CATTTCGTCACAA Delta GGTATTTCGGCCT Epsilon GGGATC
13、TCGGCCC,Phylip使用说明,系统进化树构建软件之,常用程序说明： Dnaml：基于dna序列，应用最大似然法（maximal likelihood），构建系统发育树。 portml：基于protein序列，应用最大似然法（maximal likelihood），构建系统发育树。,Nucleic acid sequence Maximum Likelihood method, version 3.6 Settings for this run: U Search for best tree? Yes T Transition/transversion ratio: 2.0000 F U
14、se empirical base frequencies? Yes C One category of sites? Yes R Rate variation among sites? constant rate W Sites weighted? No S Speedier but rougher analysis? Yes G Global rearrangements? No J Randomize input order of sequences? No. Use input order O Outgroup root? No, use as outgroup species 1 M
15、 Analyze multiple data sets? No I Input sequences interleaved? Yes 0 Terminal type (IBM PC, ANSI, none)? ANSI 1 Print out the data at start of run No 2 Print indications of progress of run Yes 3 Print out tree Yes 4 Write out trees onto tree file? Yes 5 Reconstruct hypothetical sequences? No Y to accept these or type the letter for one to change,Phylip使用说明,系统进化树构建软件之,Dnapars：基于dna序列，应用最大简约法（maximal parsimony），构建系统发育树。 Protpars：基于protein序列，应用最大简约法（maximal parsimony），构建系统发育树。,DNA parsimony algorithm, version 3.6 Setting for this run: U Search for best tree? Yes S
