《生物信息学》分子进化系统分析知识讲稿.pptVIP

分子系统发育分析;;系统发育分析的目的;进化论;怎样确定物种之间的进化关系？;支序分类学派; 同源特征(homology)：后代所具有的起源于共同祖先同一特征的特征。 相似的特征不一定同源（异源同形） 共有祖征(symplesiomorphy)：两个或两个以上分类单位具有某特征起源于比最近的共同祖先更早的祖先 共有衍征(synapomorphy):某一特征起源于最近的共同祖先。 自有新征(autapomorphy):某一支系独有的特征。 姐妹群(sister group): 当两个分类单元共有一个不为第三者所有的祖先时，互为姐妹群，关系最近。;;祖征与衍征的判断：;系统发育关系的推导：必须利用共有衍征;;;;数值分类学派;;分子进化系统;内容提要; 从物种的一些分子特性出发，从而了解物种之间的生物系统发生的关系。 蛋白和核酸序列 通过序列同源性的比较进而了解基因的进化以及生物系统发生的内在规律。;系统发育树??什么？;一个系统发育树;A;分子进化研究的基础（假设）; 在各种不同的发育谱系及足够大的进化时间尺度中，许多序列的进化速率几乎是恒定不变的。（分子钟理论， 1965 ） ; 虽然很多时候仍然存在争议，但是分子进化确实能阐述一些生物系统发生的内在规律。;从一个分歧数据可以推测其他;直系同源(orthologs): 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(paralogs): 同源的基因是由于基因复制产生的. (以上定义源自Fitch, W.M. (1970) Distinguishing homologous from analogous proteins. Syst. Zool. 19, 99–113) ;;; 以上两个概念代表了两个不同的进化事件 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。;;Rooted by outgroup; 系统发生树性质： （1）如果是一棵有根树，则树根代表在进化历史上是最早的、并且与其它所有分类单元都有联系的分类单元； （2）如果找不到可以作为树根的单元，则系统发生树是无根树； （3）从根节点出发到任何一个节点的路径指明进化时间或者进化距离。;; 4.基因树，物种树;系统发育树重建分析步骤;序列对比： 软件： clustal w 序列比对后，核苷酸或氨基酸序列的差异可以通过模型转化成距离 Judes 和 Cautor 假设每一碱基具有同等机率突变为另外 3 种碱基中的任何一种，其频率常数为μ/3，μ为碱基替换频率。提出了序列距离 K;系统发育树重建的基本方法;距离法;计算序列的距离，建立距离矩阵;由进化距离构建进化树的方法有很多，常见有： 1.Fitch-Margoliash Method（FM法） 2. Neighbor-Joining Method (NJ法/邻接法) 3.Unweighted Pair Group Method (UPGMA法);非加权配对法（UPGMA） 算法示意图;;人类（hu），黑猩猩(ch)，猩猩(or），长臂猿（gi），大猩猩（go）;人类（hu），黑猩猩(ch)，猩猩(or），长臂猿（gi），大猩猩（go）;;邻接法（ NJ法）;Mij;or与gi Mij 最小，它们用节点1代替，则新节点(节点 1)到这二个节点的距离为;节点 1 到其它各节点的距离见表;;;特征法构建进化树;最大简约法（MP）;;优点： 最大简约法不需要在处理核苷酸或者氨基酸替代的时候引入假设（替代模型）。 此外，最大简约法对于分析某些特殊的分子数据如插入、缺失等序列有用。;缺点： 在分析的序列位点上没有回复突变或平行突变，且被检验的序列位点数很大的时候，最大简约法能够推导获得一个很好的进化树。 然而在分析序列上存在较多的回复突变或平行突变，而被检验的序列位点数又比较少的时候，最大简约法可能会给出一个不合理的或者错误的进化树推导结果。;最大似然法（ML）; 最大似然法分析中，选取一个特定的替代模型来分析给定的一组序列数据，使得获得的每一个拓扑结构的似然率都为最大值，然后再挑出其中似然率最大的拓扑结构作为最优树。在最大似然法的分析中，所考虑的参数并不是拓扑结构而是每个拓扑结构的枝长，并对似然率求最大值来估计枝长 。 ; 最大似然法的建树过程是个很费时的过程，因为在分析过程中有很大的计算量，每个步骤都要考虑内部节点的所有可能性。 最大似然法是一个比较成熟的参数估计的统计学方法，具有很好的统计学理论基础，在当样本量很大的时候，似然法可以获得参数统计的最小方差。只要使用了一个合理的、正确的替代模型，最大似然法可以推导出