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1、分子进化常用方法华大基因：华大基因：郑洪坤郑洪坤大纲l l理论背景理论背景 分子进化简介分子进化简介n n物种基因组数据物种基因组数据n n比较基因组学发展比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法n nNJNJ邻接法邻接法n nMPMP最大简约法最大简约法n nMLML最大似然法最大似然法 选择压力选择压力Ka/KsKa/Ksn nKa,KsKa,Ks的概念的概念n nKa,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义l常用软件系统进化树构建软件列表：nPhylipnClustalwnPAMLCodmln其他选择压力ka/ks计算软件列表：nPAMLyn00nKaks_calc
2、ulatornK-estimatorn其他snp搜索软件列表：npolyphrednSNPdetectornBGI-Variation analysis packagen其他大纲l l理论背景理论背景 分子进化简介分子进化简介分子进化简介分子进化简介n n物种基因组数据物种基因组数据n n比较基因组学发展比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法n nNJNJ邻接法邻接法n nMPMP最大简约法最大简约法n nMLML最大似然法最大似然法 选择压力选择压力Ka/KsKa/Ksn nKa,KsKa,Ks的概念的概念n nKa,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义l常用软件系
3、统进化树构建软件列表：nPhylipnClustalwnPAMLCodmln其他选择压力ka/ks计算软件列表：nPAMLyn00nKaks_calculatornK-estimatorn其他snp搜索软件列表：npolyphrednSNPdetectornBGI-Variation analysis packagen其他Picturecomeform:http:/物种基因组数据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。比较基因组学发展比较基因组学发展大纲l l理论背景理论背景 分子进化简介分子进化简介n
4、n物种基因组数据物种基因组数据n n比较基因组学发展比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法n nNJNJ邻接法邻接法n nMPMP最大简约法最大简约法n nMLML最大似然法最大似然法 选择压力选择压力Ka/KsKa/Ksn nKa,KsKa,Ks的概念的概念n nKa,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义l常用软件系统进化树构建软件列表：nPhylipnClustalwnPAMLCodmln其他选择压力ka/ks计算软件列表：nPAMLyn00nKaks_calculatornK-estimatorn其他snp搜索软件列表
5、：npolyphrednSNPdetectornBGI-Variation analysis packagen其他理论背景之理论背景之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。ACDB134652理论背景理论背景常用系统进化树构建方法之常用系统进化树构建方法之(1,2),3),(4,(5,6)MP 最大简约法（maxim
6、al 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。C1T2T3A5A6T4CTTATATTabcde理论背景理论背景常用系统进化树构建方法之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
7、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。1234v1v2v3v4v5v6650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.理论背景理论背景常用系统进化树构建方法之常用系统进化树构建方法之较好数学理论支持大纲l l理论背景理论背景 分子进化简介分子进化简介n n物种基因组数据物种基因组数据n n比较基因组学发展比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法n nNJNJ邻接法邻接法n nMPMP最大简约法最大简约法n nMLML最大似然法最大似然法 选择压力选择压力选择压力选择压力Ka/KsKa/Ksn nKa,KsKa,Ks的概念的
8、概念n nKa,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义l常用软件系统进化树构建软件列表：nPhylipnClustalwnPAMLCodmln其他选择压力ka/ks计算软件列表：nPAMLyn00nKaks_calculatornK-estimatorn其他snp搜索软件列表：npolyphrednSNPdetectornBGI-Variation analysis packagen其他进化选择压力Ka/Ks理论背景之理论背景之 Ka,KsKa,Ks的概念的概念 Ka,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义n nSNPSNP的分类的分类n n位点的分类位点的分类Ka,Ks的概念TCG(Ser)
9、ACG(Thr)CCG(Pro)GCG(Ala)TAG(stop)TTG(Leu)TGG(Trp)TCC(Ser)TCT(Ser)TCA(Ser)Phase0Phase2Phase1S0=0S1=0S2=1N0=1N1=1N2=0TCG(Ser)GCG(Ala)非同义TCG(Ser)TCA(Ser)同义理论背景理论背景进化选择压力进化选择压力Ka/Ks之之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的概念理论背景理论背景进化选择压力进化选择压力Ka/Ks
10、之之检测序列的功能性（检测序列的功能性（funcionalfuncionalorpseudoorpseudo）筛选正在快速进化的基因（筛选正在快速进化的基因（rapidevolutionrapidevolution）KsKs可以反映事件发生的时间（可以反映事件发生的时间（ageage）uKaKs或者Ka/Ks 1，基因受正选择(positive selection)uKaKs或者Ka/Ks 1，基因中性进化(neutral evolution)uKaKs或者Ka/Ks 1时，序列受到强烈正选择（positiveselection），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
11、要的意义。我们可以根据ka/ksratio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nature，science等杂志发表。水稻segmentalduplication时间的定义：根据水稻的中性突变率10-9，当ks为时，事件发生的年代是大约53Mya。KsKs可以反映事件发生的时间可以反映事件发生的时间Ka,Ks的作用和意义理论背景理论背景进化选择压力进化选择压力Ka/Ks之之大纲l l理论背景理论背景 分子进化简介分子进化简介n n物种基因组数据物种基因组数据n n比较基因组学发展比较基因组学发展 常用系统进化树构建方法常用系统进化树构建方法
12、n nNJNJ邻接法邻接法n nMPMP最大简约法最大简约法n nMLML最大似然法最大似然法 选择压力选择压力Ka/KsKa/Ksn nKa,KsKa,Ks的概念的概念n nKa,KsKa,Ks的作用和意义的作用和意义l常用软件常用软件系统进化树构建软件列表：nPhylipnClustalwnPAMLCodmln其他选择压力ka/ks计算软件列表：nPAMLyn00nKaks_calculatornK-estimatorn其他snp搜索软件列表：npolyphrednSNPdetectornBGI-Variation analysis packagen其他分子进化领域常用软件分子进化领域常用
13、软件系统进化树构建软件列表：系统进化树构建软件列表：PhylipClustalwPAMLCodml其他选择压力ka/ks计算软件列表：PAMLyn00Kaks_calculatorK-estimator其他snp搜索软件列表：polyphredSNPdetectorBGI-Variation analysis package其他简介：Phylip程序包是常用的进化树计算软件,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:/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
14、提示操作即可。Phylip使用说明使用说明系统进化树构建软件之系统进化树构建软件之输入格式 5 13Alpha AACGTGGCCAAATBeta AAGGTCGCCAAACGamma CATTTCGTCACAADelta GGTATTTCGGCCTEpsilon GGGATCTCGGCCCPhylip使用说明使用说明系统进化树构建软件之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。Settings
15、 for this run: U Search for best tree? Yes T Transition/transversion F Use 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 sequenc
16、es? No. Use input order O Outgroup root? No, use as outgroup species 1 M 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 changePhylip使用说明使用说明系统进化树构建软件之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
