系统发育树构建PPT
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系统发育树构建PPT(共10张PPT)
Unweightedpair group method using arithmetic average (UPGMA) 非加权分组平均法
距离进标尺化：生分物枝体或(序C列la之d间e差)异：的的是数指字尺由度。同一生物进化而来的单一系统群。
序序列列实将 将显显体示示屏屏抽幕幕的的象窗窗口口为中中。。节点，实体间的进化关系抽象为连接 • 研究对象： 系统发育树构建分析步骤
窗口上面的下N拉e菜ig单h可b让o你r 选jo择in传i统n多g重(N比J对)和邻轮位廓比归对需并要的法所有选项。
距窗离口法 上面>最的大下简拉约菜法单可>最让大你似选然择法传统多重比对和轮廓比对需要的所有选项。 将NC序B列I—C—OBPLYA至S记T—事—本输入序列对比——记录好以下几方面：
Character-based methods 基于特征的方法 并系用统系 进统化进树化的树主来要概构括成生：物间的这种亲缘关系。
• PHYLIP
• MEGA
• PHYML
• PAUP
• BEAST
系统发育树构建软件
• Figtree (树形显示软件）
• TreeView （树形显示软件）
6
系统发育树构建的基本方法
Distance-based methods 基于距离的方法
Unweightedpair group method using arithmetic average (UPGMA) 非加 权分组平均法 距系离统法 发育>最树大构简建约分法析步>最骤大似然法
bacterioplankton • 序列长度：353
• 相 似 比： 99%
• 核酸序列 • 分类地位
打开软件clustalx
距离进标尺化：生分物枝体或(序C列la之d间e差)异：的的是数指字尺由度。同一生物进化而来的单一系统群。
序序列列实将 将显显体示示屏屏抽幕幕的的象窗窗口口为中中。。节点，实体间的进化关系抽象为连接 • 研究对象： 系统发育树构建分析步骤
窗口上面的下N拉e菜ig单h可b让o你r 选jo择in传i统n多g重(N比J对)和邻轮位廓比归对需并要的法所有选项。
距窗离口法 上面>最的大下简拉约菜法单可>最让大你似选然择法传统多重比对和轮廓比对需要的所有选项。 将NC序B列I—C—OBPLYA至S记T—事—本输入序列对比——记录好以下几方面：
Character-based methods 基于特征的方法 并系用统系 进统化进树化的树主来要概构括成生：物间的这种亲缘关系。
• PHYLIP
• MEGA
• PHYML
• PAUP
• BEAST
系统发育树构建软件
• Figtree (树形显示软件）
• TreeView （树形显示软件）
6
系统发育树构建的基本方法
Distance-based methods 基于距离的方法
Unweightedpair group method using arithmetic average (UPGMA) 非加 权分组平均法 距系离统法 发育>最树大构简建约分法析步>最骤大似然法
bacterioplankton • 序列长度：353
• 相 似 比： 99%
• 核酸序列 • 分类地位
打开软件clustalx
系统发育树的构建-lxf
2.长枝吸引（Long-branch Attraction,LBA） 克服长枝吸引的方法：
1.排除法
去除序列中受选择压力较少的位点
去除分类群中进化速率较快的长枝分类元
2.打断长枝法 增加与长枝分类元关系较近的分类元进行系统发育分析, 以打断 长枝。多数情况下, 这种方法能够避免形成长枝吸引。
3.使用多种建树方法 NJ 和MP容易造成长枝吸引，改ML或bayesin 可改善。
构树原理：将系统的拓扑结构、分枝长度、进化模型参数等的全部或部分作为 需要估计的参数θ，在给定的数据集和进化模型的基础上，用最大似然法的标 准——似然值最大化来估计这些参数。
用最大似然法建树时，先选择一个适合数据集的进化模型，然后对指定拓扑结 构的一棵树优化分枝长度使其计算的该拓扑结构的似然值最大化。通过计算不 同拓扑结构树的似然值，将具有最大似然值的树看成是指定模型下的能够产生 观测数据的最佳估计。
系统发生树的自举检验
位置
序列 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ⅰ G GGGGGATCA Ⅱ G GGAGT ATCA Ⅲ G GAT AGACAT
Ⅳ G AT CAT GTAT Ⅴ G T T CAT ATCT
Ⅰ
推断树
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
(a)
Ⅴ
自举树1 自举树2
Ⅰ
自举树
Ⅱ
Ⅲ
75 67
Ⅳ
自举树3
Ⅴ
无信号位点； 多型位点 1.简约信号位点； 2.无信号位点；
最大似然法（ Maximum Likelyhood Method ）
最大似然法估计的基本思想是：设函数的总体分布已知，但有未知参数θ， θ可 以有很多值，在θ的一切可能取值中选一个使样本观察值出现的频率为最大的θ 值作为其估计值，称其为θ的最大似然估计值。
浅谈系统发育分析及进化树制作课件
浅谈系统发育分析及 进化树制作课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 系统发育分析简介 • 进化树基本概念 • 进化树的制作方法 • 系统发育分析的挑战与未来发展 • 实践案例分享 • 总结与展望
01
系统发育分析简介
定义与重要性
定义
系统发育分析是一种研究生物种群进化历程和亲缘关系的方法，通过比较不同 物种间的基因、蛋白质等分子序列差异，构建进化树来揭示生物的演化关系。
重复构建
为确保结果的稳定性，对同一数据集进行多次重复构 建进化树。
01
系统发育分析的挑 战与未来发展
当前面临的主要问题
数据获取与整合
系统发育分析需要大量的基因序 列数据，如何高效获取和整合这 些数据是一个挑战。
算法复杂度与计算
资源
随着数据量的增长，传统的系统 发育分析算法面临计算效率和资 源消耗的挑战。
物种间基因序列差
异
不同物种的基因序列存在较大差 异，如何准确识别和比较这些差 异是系统发育分析的关键。
未来发展方向与趋势
Байду номын сангаас
01
大数据技术的应用
利用大数据技术对海量基因序列 数据进行处理和分析，提高系统 发育分析的效率和准确性。
02
算法优化和并行计 算
通过算法优化和并行计算技术， 降低系统发育分析的计算复杂度 ，提高计算效率。
基于已知物种的进化关系 ，构建一棵假设树，常用 软件如RAxML。
贝叶斯法
基于贝叶斯统计理论，模 拟基因序列的进化过程， 常用软件如MrBayes。
参数设置与优化
模型选择
根据基因序列的特点选择合适的进化模型，如GTR、 GTR+I+G等。
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 系统发育分析简介 • 进化树基本概念 • 进化树的制作方法 • 系统发育分析的挑战与未来发展 • 实践案例分享 • 总结与展望
01
系统发育分析简介
定义与重要性
定义
系统发育分析是一种研究生物种群进化历程和亲缘关系的方法，通过比较不同 物种间的基因、蛋白质等分子序列差异，构建进化树来揭示生物的演化关系。
重复构建
为确保结果的稳定性，对同一数据集进行多次重复构 建进化树。
01
系统发育分析的挑 战与未来发展
当前面临的主要问题
数据获取与整合
系统发育分析需要大量的基因序 列数据，如何高效获取和整合这 些数据是一个挑战。
算法复杂度与计算
资源
随着数据量的增长，传统的系统 发育分析算法面临计算效率和资 源消耗的挑战。
物种间基因序列差
异
不同物种的基因序列存在较大差 异，如何准确识别和比较这些差 异是系统发育分析的关键。
未来发展方向与趋势
Байду номын сангаас
01
大数据技术的应用
利用大数据技术对海量基因序列 数据进行处理和分析，提高系统 发育分析的效率和准确性。
02
算法优化和并行计 算
通过算法优化和并行计算技术， 降低系统发育分析的计算复杂度 ，提高计算效率。
基于已知物种的进化关系 ，构建一棵假设树，常用 软件如RAxML。
贝叶斯法
基于贝叶斯统计理论，模 拟基因序列的进化过程， 常用软件如MrBayes。
参数设置与优化
模型选择
根据基因序列的特点选择合适的进化模型，如GTR、 GTR+I+G等。
用PhyML构建系统发育树 PPT课件
2012-11-28
PhyML简介
• PhyML是采用最大似然法估计核苷酸或氨基 酸序列系统发生分析的软件。
PhyML 3.0: new algorithms, methods and utilities
• http://www.atgc-montpellier.fr/phyml/
PhyML可以在线使用了
四个碱基比例键入后，E选项变为user defined
键入K，设置进化模型，为自己定制的模型起名字
根据modeltest结果依次键入碱基替代模型
自定义碱基替代模型成功
这一步设置可变位点的比例。
这一步设置碱基替代的类别数，默认为4，最佳一般为6
*这一步为设置是否优化替代参数，自己订置一定要选为no,否 则最终替代参数会与设置的有差异。
invariable sites (fixed/estimated)默 认为0. The gamma shape
parameter can be
fixed by the user or
estimated via
maximum-likelihood.
这一步设置进化模型。 phyML3.0可直接提供数种模型，每一个 模型均代表一种碱基替代类型。除GTR外，其它模型均可设置 其中的具体参数。同时还可以自已订置替代模型。其中自己订 置替代模型一般为通过modeltest3.7获得的最佳模型。
此选项为序列信息：包括DNA或蛋白序列以有序列为交互或 连续（？）。不用设置，输入tution model界面
Ts/tv ratio （fixed/estimated） 只在K80, HKY85 or TN93 models中选择 才有意义。
Proportion of
PhyML简介
• PhyML是采用最大似然法估计核苷酸或氨基 酸序列系统发生分析的软件。
PhyML 3.0: new algorithms, methods and utilities
• http://www.atgc-montpellier.fr/phyml/
PhyML可以在线使用了
四个碱基比例键入后，E选项变为user defined
键入K，设置进化模型，为自己定制的模型起名字
根据modeltest结果依次键入碱基替代模型
自定义碱基替代模型成功
这一步设置可变位点的比例。
这一步设置碱基替代的类别数，默认为4，最佳一般为6
*这一步为设置是否优化替代参数，自己订置一定要选为no,否 则最终替代参数会与设置的有差异。
invariable sites (fixed/estimated)默 认为0. The gamma shape
parameter can be
fixed by the user or
estimated via
maximum-likelihood.
这一步设置进化模型。 phyML3.0可直接提供数种模型，每一个 模型均代表一种碱基替代类型。除GTR外，其它模型均可设置 其中的具体参数。同时还可以自已订置替代模型。其中自己订 置替代模型一般为通过modeltest3.7获得的最佳模型。
此选项为序列信息：包括DNA或蛋白序列以有序列为交互或 连续（？）。不用设置，输入tution model界面
Ts/tv ratio （fixed/estimated） 只在K80, HKY85 or TN93 models中选择 才有意义。
Proportion of
构建系统发育树的方法课件PPT
2021/3/10
12
构建发育树
再点击phylogency----construct/test neighborjioning tree-----然后选择上述保存的文件.mas 然后参数选择Bootstrap method 1000 其他默 认，点击compute
2021/3/10
13
得到系统发育树
系统发育树构建
赵慧
2021/3/10
1
16SrRNA片段获取
细菌培养液 DNA提取
基因组DNA
PCR扩增 16SrRNA
2021/3/10
测序
2
序列比对
1.使用DNAstar中的SeqMan对未知菌测序得到 的两条序列进行组装连接 SeqMan使用方法：1.打开软件如图
2021/3/10
3
2.点击Add Sequence 然后选择侧得的序列 （带有图的）
6.Blast DAN
2021/3/10
8
7.输入组装的DNA序列
2021/3/10
9
8.选择相似的菌种
2021/3/10
10
9.下载FASTA格式
2021/3/10
11
10.MEGA7比对
1.打开软件点击Align-Edit/Build Alignment 然后 OK-DNA 再然后是Edit ---insert sequence from file----选择序列（相似菌和目的菌，fasta 格式）----选中序列---点击Alignment ---Align by clustalW----保存（mas格式）
打开软件点击aligneditbuildalignment然后okdna再然后是editinsertsequencefromfile选择序列相似菌和目的菌fasta格式选中序列点击alignmentalign构建发育树再点击phylogencyconstructtestneighborjioningtree然后选择上述保存的文件
系统发育树构建
目的
系统发育树的主要目的是揭示物种的进化历程，帮助科学家理解生物多样性的 起源、物种的演化路径以及生物进化的规律。
系统发育树的基本组成
01
02
03
04
节点
代表物种或共同祖先，节点间 的连线表示物种间的亲缘关系
。
分支
连接节点间的线段，代表物种 间的进化关系。
叶节点
代表可观测的物种，是系统发 育树的末端节点。
WENKU DESIGN
树的解读与注释
根部的位置
系统发育树的根部通常代表进化关系中最为原始的物种。
分支长度
分支长度可以反映物种之间的进化距离，较长的分支表示较大的 进化距离。
节点注释
节点注释包括该节点的物种名称、化石记录等信息，有助于理解 该节点在进化历史中的位置。
系统发育关系推断
同源性分析
通过比较不同物种的基因或蛋白质序 列，确定它们之间的同源性，进而推 断它们之间的进化关系。
03
通过比较不同物种在特定环境下的适应性特征，可以分析这些
特征的进化起源和演化过程。
PART 05
系统发育树的应用
REPORTING
WENKU DESIGN
物种分类与系统发生学研究
物种鉴定
系统发育树可以帮助确定物种间的亲缘关系，从而对未知物种进 行鉴定和分类。
生物多样性研究
通过构建系统发育树，可以了解生物多样性的起源、演化和分布， 为保护和利用生物资源提供科学依据。
分子钟假设
基于分子钟假设，通过比较不同物种 基因或蛋白质序列的进化速率，可以 推断它们之间的相对进化时间。
物种进化历史分析
物种起源与分化
01
系统发育树揭示了物种的起源和分化过程，有助于理解物种多
系统发育树的主要目的是揭示物种的进化历程，帮助科学家理解生物多样性的 起源、物种的演化路径以及生物进化的规律。
系统发育树的基本组成
01
02
03
04
节点
代表物种或共同祖先，节点间 的连线表示物种间的亲缘关系
。
分支
连接节点间的线段，代表物种 间的进化关系。
叶节点
代表可观测的物种，是系统发 育树的末端节点。
WENKU DESIGN
树的解读与注释
根部的位置
系统发育树的根部通常代表进化关系中最为原始的物种。
分支长度
分支长度可以反映物种之间的进化距离，较长的分支表示较大的 进化距离。
节点注释
节点注释包括该节点的物种名称、化石记录等信息，有助于理解 该节点在进化历史中的位置。
系统发育关系推断
同源性分析
通过比较不同物种的基因或蛋白质序 列，确定它们之间的同源性，进而推 断它们之间的进化关系。
03
通过比较不同物种在特定环境下的适应性特征，可以分析这些
特征的进化起源和演化过程。
PART 05
系统发育树的应用
REPORTING
WENKU DESIGN
物种分类与系统发生学研究
物种鉴定
系统发育树可以帮助确定物种间的亲缘关系，从而对未知物种进 行鉴定和分类。
生物多样性研究
通过构建系统发育树，可以了解生物多样性的起源、演化和分布， 为保护和利用生物资源提供科学依据。
分子钟假设
基于分子钟假设，通过比较不同物种 基因或蛋白质序列的进化速率，可以 推断它们之间的相对进化时间。
物种进化历史分析
物种起源与分化
01
系统发育树揭示了物种的起源和分化过程，有助于理解物种多
分子进化与系统发育.ppt[兼容模式]_图文(精)
![分子进化与系统发育.ppt[兼容模式]_图文(精)](https://img.taocdn.com/s3/m/2a354ac8c1c708a1284a4477.png)
第 6 讲分子进化与系统发育生化与分子生物学教研室郭俣第一节进化的分子基础第二节分子系统发育分析第三节系统发育树的构建及应用第一节进化的分子基础 1.1 物种进化树 Tree of Life重建所有生物的进化历史并以系统树的形式加以描述。
研究生物进化历史的途径Ø最确凿证据:生物化石缺点:零散、不完整大猩猩、直立人与智人头骨的比较图。
Ø比较形态学、比较解剖学和生理学等缺点:细节存很多的争议生物进化理论n 达尔文进化论:物竞天择,适者生存。
–进化:变异的遗传–自然选择:解释为何演变发生的机制生物是通过遗传、变异和自然选择,从低级到高级,从简单到复杂,种类由少到多地进化着、发展着。
n 中性进化论:并非所有种群中保留下来的突变都由自然选择所形成。
大多数突变是中性或接近中性,不妨碍种群的生存与繁衍。
n 分子进化论Ø1964年 , Linus Pauling 提出分子进化理论; Ø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。
Ø发生在分子层面的进化过程 :DNA, RNA和蛋白质分子。
Ø基本假设 :核苷酸和氨基酸序列中含有生物进化历史的全部信息。
1.2 分子进化 Molecular Evolution主要指在生物进化过程中, 构成生物体的大分子物质 , 如蛋白质、核酸的演变过程。
n 机制基因突变n 特点1. 进化速率的相对恒定性。
2. 进化的保守性。
DNA 突变基本类型缺插入 (insertion失 (deletion倒位 (inversion替代 (substitution转换颠换(transvertion 基因突变A G T CA/GC/TDNA 突变的模式替代插入缺失倒位核苷酸替代:转换 & 颠换转换 :嘌呤替代嘌呤 ,或嘧啶替代嘧啶。
颠换 :嘌呤替代嘧啶 ,或嘧啶替代嘌呤。
Ø转换发生的频率一般比颠换高。
1.2.1 中性突变 (neutral mutation 1968, , 提出分子Kimura 进化中性学说。
MEGA5构建系统发育树
实验原理
• 系统发生树（英文：Phylogenetic tree）又 称为演化树（evolutionary tree），是表明 被认为具有共同祖先的各物种间演化关系 的树。是一种亲缘分支分类方法。 （cladogram）。在树中，每个节点代表其 各分支的最近共同祖先，而节点间的线段 长度对应演化距离（如估计的演化时间）。
MEGA5可以识别 fasta格式文件 将
17-RNASE1.fasta.txt
重命名为
17-RNASE1.fasta
•选择打开方式为MEGA5，打开17-RNASE1.fasta，自动跳 出序列窗口 •用ClustalW做多序联配
ClustalW参数设置
多序列联配后结果
以.meg格式保 存结果
mega5可以识别fasta格式文件17rnase1fastatxt重命名为17rnase1fasta?选择打开方式为mega5打开17rnase1fasta自动跳出序列窗口?用clustalw做多序列联配clustalw参数设置多序列联配后结果以
实验五 进化树分析
实验目的 1.理解系统发育分析的基本原理 2.学会使用MEGA5.1软件包构建系统发育树。
回到MEGA主窗口 打开所保存的文件（.meg）
点击按钮打开文件窗口
显示保守位点 显示变异位点
回到MEGA主窗口构建进化树
选择邻接法建树
当前打开的文件
选择Bootstrap 检验
作业
1.使用MEGA5.05软件包构建蛋白质进化树的 具体使用顺序，并写出具体步骤。 2.以下面的序列为材料构建系统进化树，并将 进化树抓图。 附序列：花生SAMDC蛋白质进化树分析，见 SAMDC ms.txt文档。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• • • •
打开软件clustalx
• CLUSTALX－是CLUSTAL多重序列比对程序的 Windows版本。Clustal X为进行多重序列和轮廓比 对和分析结果提供一个整体的环境。 序列将显示屏幕的窗口中。采用多色彩的模式可 以在比对中加亮保守区的特征。窗口上面的下拉 菜单可让你选择传统多重比对和轮廓比对需要的 所有选项。 • Clustalx比对结果是构建系统发育树的前提
分子进化分析—— 系统发生树的构建
分子系统发育分析
• 系统发育分析是研究物种进化和系统分类的一种 方法，研究对象为携带遗传信息的生物大分子序 列，采用特定的数理统计算法来计算生物间的生 物系统发生的关系。并用系统进化树来概括生物 间的这种亲缘关系。
2
分子系统发育分析
• 系统发育进化树（ Phylogenetic tree) 用一种类似树状分支的图形来概括各种生物之间的亲缘关系。 • 系统进化树的主要构成： 结点（node)：每个结点表示一个分类单元（属、种群）。 进化分枝(Clade)： 是指由同一生物进化而来的单一系统群。 实体抽象为节点，实体间的进化关系抽象为连接 • 研究对象： 包括基因序列，基因组的排列方式，二级结构，编码的蛋白序列 及高级结构等
7
系统发育树构建的基本方法
Distance-based methods 基于距离的方法
Unweightedpair group method using arithmetic average (UPGMA) 非加权分组平均法 Minimum evolution(ME)最小进化方法 Neighbor joining(NJ)邻位归并法
名 称： Uncultured bacterium clone YU201H10 序列号： FJ694683 /FJ694514 文 献： TITLE Circumpolar synchrony in big river bacterioplankton 序列长度：353 相 似 比： 99% 核酸序列 分类地位
结 点
人
进化支
猩 猩
分支 长度
一个单位
狒 狒
0.5
距离标尺
外 群
系统发育进化树示例
4
系统发育树构建分析步骤
找到建树目的基因（基因组） 进行多序列比对
选择建树方法
建立进化树
进化树评估
6
系统发育树构建的相关软件
• • • • • • • • • ClustalX （序列比对软件） Modeltest&MrModeltest(碱基替换模型筛选软件) PHYLIP MEGA PHYML 系统发育树构建软件 PAUP BEAST Figtree (树形显示软件） TreeView （树形显示软件）
具体步骤
• 根据需要，选定要比对的菌株及相应的序 列。将序列COPY至记事本 • 1）File Load sequences 找序列 • 2）Alignment Do complete alignment Align 自动生成文件于桌面（序列所 在文件夹）. • . aln是所需文件
分子系统发育的核心是——构建系统发育进化树
3
系统进化树
结点：表示一个分类单元。 进化支：两种以上生物（DNA序列 ）及其祖先组成的树枝。 进化分支长度：用数值表示的进 化枝的变化程度（遗传距离） 距离标尺：生物体或序列之间差 异的的数字尺度。 根：所有分类的共同祖先。 外群：一个或多个无可争议的同 根 源物种,与分析序列相关且具有适 当的亲缘关系
Character-based methods 基于特征的方法
Maximum parsimony(MP)最大简约法 Maximum likelihood method(ML)最大似然法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ算速度
距离法 >最大简约法 >最大似然法
8
系统发育树建立方法
•
• • •
NCBI——BLAST——输入序列对比—— 记录好以下几方面：