系统发育树的构建与分析方法
系统发育树主要的四种构建方法
系统发育树主要的四种构建方法系统发育树（PhylogeneticTree）是生物学中最重要的概念之一，代表着物种的演变和发展关系，因此在基因组学、进化生物学等领域被广泛使用。
系统发育树以树状结构来组织物种之间的关系，这种结构形象地描绘了物种发展演化脉络，以及物种之间的亲缘关系。
通常情况下，系统发育树构建通过收集系统发育记录内容，通过分析物种间的相似性和距离，将这些信息映射到一个空间，以构建一个描述系统发育关系的树状结构。
本文将介绍构建系统发育树的四种主要方法，并结合实例详细说明其原理、优缺点。
第一种方法是基于分支的构建方法。
该方法的原理是从物种之间的共有特性出发，基于一组物种形态上的关系构建树。
该方法对物种之间的亲缘关系比较友好，但是它忽略了物种之间的根源关系，无法从真实的物种演化关系中考虑更多的信息。
以拟南芥（Arabidopsis thaliana）为例，其系统发育树利用了分支的构建方法，以体内的形态特征（如叶片的外形）为基础，把它与附近的物种进行比较，得到了拟南芥系统发育树的结构。
第二种方法是基于遗传标志物的构建方法。
在这种方法中，研究者采集物种的遗传标志物，包括核酸序列和蛋白质序列等，然后从遗传标志物间的相似性出发，计算出物种之间的进化距离，最后构建系统发育树。
此外，通过分析核酸序列的变异情况，也可以得到更准确的系统发育树。
以海岸铃声花（Lobelia cardinalis）为例，在其系统发育树的构建中，研究者采集了它的核酸序列、蛋白质序列，并与附近的物种进行比较，分析其遗传标志物的相似性，从而得到了海岸铃声花系统发育树的结构。
第三种方法是基于表型特征的构建方法。
表型特征是物种形态上可以观察到的特征，而表型比较可以帮助我们更好地分析物种间的进化距离，为物种系统发育树的构建提供依据。
以金星兰（Phalaenopsis amabilis）为例，其系统发育树利用了表型特征的构建方法，以金星兰的叶片形态等特征，与附近的物种进行比较，从而得到了金星兰的系统发育树结构。
系统发育树构建PPT(共10张PPT)
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）
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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
分子进化总结分析—系统发生树的构建要求
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
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。
分子进化分析—— 系统发生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。
• 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
• Clustalx比对结果是构建系统发育树的前提
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
3个基因构建进化树的方法
3个基因构建进化树的方法基因是生物体内部的遗传物质，它们携带着生物体的遗传信息，并且决定了生物体的性状和特征。
在生物学研究中，通过研究基因的变化和演化关系，可以揭示生物种群之间的进化历程和亲缘关系。
构建进化树是研究基因演化的重要方法之一，它可以帮助我们了解不同物种之间的演化关系以及共同祖先的存在。
构建进化树的方法有很多种，其中比较常用的方法之一是基于DNA 或RNA序列的系统发育分析。
DNA和RNA是生物体内的核酸分子，它们携带着基因信息，并且在生物进化过程中会发生变异和演化。
通过比较不同物种之间的DNA或RNA序列差异，可以推断它们之间的亲缘关系和进化历程。
在构建进化树的方法中，一种常用的方法是基于单个基因的系统发育分析。
通过选择一个具有高变异性的基因，如线粒体DNA或核基因的特定区域，可以对不同物种之间的进化关系进行推断。
这种方法的优点是操作简单，成本低廉，但由于只考虑了单个基因的信息，可能会导致结果的不准确性。
为了提高进化树的准确性，还可以使用多个基因进行系统发育分析。
多个基因可以提供更多的信息，从而增加了结果的可靠性。
同时，使用多个基因还可以减少单个基因由于突变等原因引起的误差。
然而，选择哪些基因进行分析是一个关键问题，需要考虑基因的稳定性、变异速率以及在不同物种之间的保守性。
另一种构建进化树的方法是基于基因组数据的系统发育分析。
随着基因组测序技术的发展，我们可以获取到更多物种的基因组序列。
通过比较不同物种的基因组序列，可以揭示它们之间的进化关系。
基因组数据具有更高的分辨率和更全面的信息，可以提供更准确的进化树。
除了基于DNA或RNA序列的系统发育分析，还有其他一些方法可以用于构建进化树。
例如，可以利用蛋白质序列的相似性进行系统发育分析。
蛋白质是基因的产物，它们在不同物种之间可能存在相似性。
通过比较不同物种的蛋白质序列，可以推断它们之间的亲缘关系。
还可以利用形态学特征进行系统发育分析。
形态学特征是生物体外部的形状、结构和功能等方面的特征。
最大似然法系统发育树原理步骤
一、概述系统发育树是生物学领域中常用的一种分类学方法，通过比较不同物种的遗传信息，构建它们之间的亲缘关系，从而揭示它们的进化历史和演化路径。
而最大似然法则是系统发育树构建的常用方法之一，它基于遗传信息的统计学原理，通过计算各种拓扑结构的概率来确定系统发育树的最优结构。
二、最大似然法的原理在构建系统发育树时，我们首先需要收集物种的遗传信息，比如DNA 序列，蛋白质序列等。
然后我们需要假设一个系统发育树的拓扑结构，即物种之间的亲缘关系，接着利用这些遗传信息来评估这个拓扑结构的合理性。
而最大似然法则就是基于遗传信息的统计学原理，来评估不同拓扑结构的合理性。
三、最大似然法的步骤最大似然法构建系统发育树的步骤通常可以分为以下几个步骤：1. 假设模型：我们需要选择一个适当的进化模型，用来描述物种进化的过程。
比较常用的模型包括Jukes-Cantor模型、Kimura模型、GTR模型等。
这些模型会考虑不同的进化因素，比如碱基替换率、碱基组成偏好等。
2. 构建系统发育树：在选择好模型后，我们需要利用这些遗传信息来构建系统发育树。
通常我们会有多个不同拓扑结构的备选方案，比如三叉结构、四叉结构等。
而最大似然法则会根据已有的遗传信息来评估这些备选方案的合理性。
3. 计算概率：最大似然法则通过计算每个拓扑结构出现的概率来评估其合理性。
这里的概率通常是指给定遗传信息的情况下，某拓扑结构出现的可能性。
而这个概率通常是利用进化模型和统计学原理计算得来的。
4. 确定最优结构：通过比较不同拓扑结构的概率，我们可以确定系统发育树的最优结构。
通常我们会选择概率最大的那个拓扑结构作为最终的系统发育树。
四、总结通过最大似然法则构建系统发育树的步骤，我们可以在遗传信息的基础上，找到最优的物种亲缘关系，从而揭示它们的进化历史和演化路径。
最大似然法则基于遗传信息的统计学原理，通过计算不同拓扑结构的概率来评估其合理性，从而确定系统发育树的最优结构。
MEGA-5软件——系统发育树构建方法
MEGA-5软件——系统发育树构建方法MEGAv5软件——系统发育树构建方法1)序列文本构树之前先将每个样品的序列都分别保存为txt文本文件中，序列只包含序列字母（ATCG或氨基酸简写字母）。
文件名名称可以已经您的想法随意编辑。
2)序列导入MEGA 5首先打开MEGA 5软件，界面如下：然后，导入需要构建系统进化树的序列：点击OK如果是DNA序列，点击DNA，如果是蛋白序列，点击Protein。
出现新的对话框，创建新的数据文件如果是DNA序列，点击DNA，如果是蛋白序列，点击Protein。
导入成功3)序列比对分析点击W，开始比对。
比对完成后删除序列两端不能完全对其的碱基。
系统分析然后，关闭该窗口，在弹出的对话框中选择保存文件，文件名随便去，比如保存为1。
4)系统发育树构建以NJ为例Bootstrap选择1000，点Computer，开始计算计算完毕后，生成系统发育树。
以下“系统发育树树的修饰”方法沿用斑竹brightfuture01的方法5)树的修饰建好树之后，往往需要对树做一些美化。
这个工作完全可以在word中完成，达到发表文章的要求。
点击image，copy to clipboard。
新建一个word文档，选择粘贴。
见下图：在图上点击右键-编辑图片，就可以对文字的字体大小，倾斜等做出修饰。
见下图：这个时候可以通过Adobe professional 对其进行图像导出：先将此word文档打印成PDF，见下图：将打印出来的PDF保存在桌面上，打开，如下图：此时，点击工具，高级编辑工具，裁剪工具，如下图所示：选择需要的区域以删除周围的空白区，双击发育树，会出现下图：点击确定，出现下图 (把空边切掉了)：点击文件，另存为，在保存类型一栏中选择TIFF格式，点击确定后会生成下面这个图片，所生成图片绝对可以满足文章的发表：OK，结束了，自己玩一把吧。
群体基因组系统发育树
群体基因组系统发育树群体基因组系统发育树是一种用于研究不同物种之间的亲缘关系的工具。
通过分析物种的基因组信息，科学家可以构建出一棵描述物种间演化关系的树状图。
这个系统发育树不仅能帮助我们了解不同物种的进化历史，还能为生物分类学、生态学和生物多样性研究提供重要参考。
在群体基因组系统发育树中，物种被分为不同的分支，每个分支代表一个物种或一个物种群体。
树的根部代表最早的共同祖先，而树的枝干则代表物种的进化路径。
通过比较不同物种之间的基因组序列，我们可以确定它们之间的相似性和差异性，并据此构建出系统发育树。
在构建系统发育树时，科学家通常会选择一些共有的基因或DNA片段，比如核糖体RNA或线粒体DNA。
这些基因或片段在不同物种间具有一定的保守性，可以用来比较它们的遗传关系。
通过对这些基因或片段进行序列比对和分析，科学家可以计算出不同物种之间的遗传距离，从而构建系统发育树。
系统发育树的构建需要借助计算机算法和统计方法。
科学家会使用一些专门的软件程序来处理和分析大量的基因组数据。
通过这些程序，科学家可以根据物种间的遗传距离和相似性，构建出一棵准确的系统发育树。
群体基因组系统发育树的应用非常广泛。
它不仅可以帮助我们研究物种的进化历史，还可以用于确定物种的分类关系、研究物种的适应性和环境适应性、探索生物多样性的演化模式等。
同时，系统发育树还可以帮助我们预测物种的灭绝风险，指导物种保护和生态恢复工作。
群体基因组系统发育树是一种非常重要的工具，它可以帮助我们揭示物种间的演化关系，深入了解生物多样性和生物进化的奥秘。
通过不断改进和完善系统发育树的构建方法，我们可以更好地了解和保护我们共同的地球家园上的生物多样性。
系统发育树构建分析
系统发育树构建分析..实习报告3:系统发育树构建与分析——Phylip方法，MEGA方法，MrBayes方法学号 20090**** 姓名 ****** 专业年级生命生技******实验时间 2012.6.15 时间 2012.6.17实验目的:1. 学会使用Phylip，MEGA和MrBayes构建进化树;2. 学会分析建树结果，体会各种方法差异实验内容:1. 利用系统发育分析软件PHYLIP、MEGA、MrBayes分别对同源核酸序列和同源蛋白质序列构建系统发育树，分析比较建树结果。
2. 完成作业。
作业:1. 利用实习1搜索到的五个以上物种的直系同源核酸和蛋白质序列(给出fasta格式第一行信息),用Phylip软件，分别选择最大简约法，最大似然法和距离法(NJ, UPGMA, FM)构建进化树，要求bootstrap产生500个伪样本，分析核酸和蛋白质序列采用不同建树方法得到的进化树是否存在差异，试分析原因。
答:直系同源核酸序列(calcium binding protein):>Homo_sapiens gi|315221156|ref|NM_002964.4| Homo sapiens S100 calcium binding protein A8 (S100A8), mRNA>Pan_troglodytes gi|114559691|ref|XM_001137986.1| PREDICTED: Pan troglodytes S100 calcium binding protein A8, transcript variant 3(S100A8), mRNA >Macaca_mulatta gi|388453998|ref|NM_001266907.1| Macaca mulatta S100 calcium binding protein A8 (S100A8), mRNA>Canis_lupus_familiarisgi|225784824|ref|NM_001146144.1| Canis lupus familiaris S100 calcium binding protein A8 (S100A8), mRNA >Mus_musculus gi|113930764|ref|NM_013650.2| Mus musculus S100 calcium binding protein A8 (calgranulin A) (S100a8), mRNA >attus_norvegicus gi|281485599|ref|NM_053822.2| Rattus norvegicus S100 calcium binding protein A8 (S100a8), mRNA直系同源蛋白质序列(calcium binding protein):>Homo_sapiens gi|21614544|ref|NP_002955.2| protein S100-A8 [Homo sapiens] >Pan_troglodytes gi|114559692|ref|XP_001137986.1| PREDICTED: protein S100-A8 isoform 3 [Pan troglodytes]>Macaca_mulatta gi|109016347|ref|XP_001110530.1| PREDICTED: protein S100-A8 isoform 3 [Macaca mulatta]>Canis_lupus_familiaris gi|225784825|ref|NP_001139616.1| proteinS100-A8 [Canis lupus familiaris]>Bos_taurus gi|165973998|ref|NP_001107197.1| protein S100-A8 [Bos taurus] ...>Mus_musculus gi|7305453|ref|NP_038678.1| protein S100-A8 [Mus musculus]>Rattus_norvegicus gi|16758672|ref|NP_446274.1| S100 calcium binding protein A8 [Rattusnorvegicus](1)最大简约法同源核酸序列建树结果如图所示:由系统发育树可以看出，Homo sapiens，Pan troglodytes的具有较近的亲缘关系，Pan troglodytes与Macaca mulatta的亲缘关系较远，Canis lupus familiaris和Bos taurus亲缘关系较近，Mus musculus和Rattus norvegicus的亲缘关系较近。
动物系统发育树
动物系统发育树动物系统发育树是一种图形化的表示动物进化关系的工具。
它通过分析动物的形态、生理和分子特征，将不同物种之间的关系呈现出来。
这些特征包括外部形态、内部解剖、生殖方式、代谢途径、遗传物质等。
通过构建动物系统发育树，我们可以了解不同物种之间的相似性和差异性，揭示它们的进化历史。
动物系统发育树可以分为两个主要部分：树干和树枝。
树干代表了物种的共同祖先，而树枝则代表了物种之间的分化和多样性。
树干的分支越高，代表物种之间的共同祖先越早。
树干上的分支点称为节点，节点之间的距离代表了物种进化的时间。
树枝的长度和角度反映了物种之间的相似性和差异性。
动物系统发育树的构建是基于一种叫做系统发育学的科学方法。
系统发育学通过对物种进行分类、比较和分析，揭示它们之间的进化关系。
这种方法使用了多种技术和工具，包括形态学、生理学、生物化学和分子生物学等。
通过收集大量的数据，如形态特征、基因序列和蛋白质结构等，研究人员可以确定物种之间的相似性和差异性，从而构建动物系统发育树。
动物系统发育树的构建是一个复杂而艰巨的过程。
首先，研究人员需要选择合适的物种作为研究对象，并收集相关的数据。
然后，他们需要对这些数据进行分析和比较，以确定物种之间的相似性和差异性。
最后，他们使用这些数据构建系统发育树，并对其进行验证和修正。
动物系统发育树的构建对于了解动物的进化历史和生物多样性具有重要意义。
通过研究不同物种之间的进化关系，我们可以揭示它们的共同祖先和进化途径。
这有助于我们理解动物的起源、演化和适应环境的能力。
此外，动物系统发育树还可以用于研究物种的分类和系统学，为生物学研究和保护生物多样性提供重要参考。
动物系统发育树是一种重要的工具，可以帮助我们了解动物的进化关系和生物多样性。
通过构建和分析系统发育树，我们可以揭示不同物种之间的相似性和差异性，了解它们的进化历史和适应环境的能力。
动物系统发育树的研究对于生物学研究和保护生物多样性具有重要意义。
系统发育树构建
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
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系统发育树的构建与分析方法概述
系统发育树是生物学中重要的研究工具，通过构建系统发育树可以探究生物之间的关系，研究进化过程和生物多样性。
本文将介绍系统发育树的构建和分析方法。
系统发育树的构建方法
系统发育树的构建方法可以分为以下几种：
1. 相似性分析法
相似性分析法是最简单和常用的构建系统发育树的方法之一。
该方法通过比较不同物种的形态、行为、生理等特征的相似性，判断它们之间的亲缘关系。
这种方法的局限性在于很多特征可能出现多次独立进化，而不是从共同祖先继承的。
2. 分子序列分析法
由于DNA或蛋白质序列的进化是按照分子钟模型进行的，因
此分子序列分析成为当前构建系统发育树的最常用和最准确的方
法之一。
该方法通过比较生物体DNA或蛋白质序列的差异，建立
相似度矩阵，并在此基础上运用数学模型进行树的构建。
3. 基因组分析法
基因组分析法通过直接比较不同生物体的基因组，从而确定它
们之间的进化关系。
这种方法包括全基因组比较和重构古基因组。
4. 形态-分子组合分析法
形态-分子组合分析法是将形态特征和分子特征结合起来分析生物之间的进化关系。
在这种方法中，形态特征通常用于解决分子
序列存在误差的问题。
系统发育树的分析方法
系统发育树的分析方法包括静态分析和动态分析两种。
静态分析
静态分析是指对系统发育树形态和拓扑关系的分析，这种方法主要依靠人工分析和软件分析两种方式。
1. 人工分析法
人工分析法主要是通过比较不同树之间的拓扑结构和相应的节点值，判断它们之间的相关性。
人工分析法需要手动绘制树，并用统计方法比较不同树之间的相似性。
2. 软件分析法
软件分析法主要是应用多种专业软件进行计算和模拟，比如molecular evolution software suite (MEGA)、PAUP和PhyML等。
这种方法可以减少人力工作，提高分析准确性。
动态分析
动态分析是指以时间序列为基础，考察系统发育树演化的过程
和趋势。
这种方法主要依靠统计分析方法，如马尔科夫链蒙特卡
罗(MCMC)、Bayesian标记链蒙特卡罗（MCMC）等。
结论
系统发育树的构建和分析方法很多，在实际应用中需要根据具
体问题和所用材料选择恰当的方法。
相对来说，分子序列分析法
比相似性分析法和形态-分子组合分析法更准确，但也比较复杂。
在分析时，可以采用静态分析或动态分析方法，也可以结合两者，从多个角度分析树的拓扑结构和演化过程。