第七章 系统发育与进化树
系统发育进化树构建
系统发育进化树构建1. 什么是系统发育进化树？系统发育进化树（Phylogenetic Tree），也称为系统树或进化树，是生物学中常用的一种图形表示方法，用于展示不同物种之间的亲缘关系以及它们的进化历史。
系统发育进化树可以帮助我们理解生物多样性的起源、演化以及物种之间的关系。
2. 构建系统发育进化树的方法2.1 形态学特征比较法形态学特征比较法是构建系统发育进化树最早也是最常用的方法之一。
通过比较不同物种的形态特征，如体型、颜色、器官结构等，来推断它们之间的亲缘关系。
这种方法适用于无法进行分子遗传学研究的古生物学领域。
2.2 分子遗传学方法分子遗传学方法是目前构建系统发育进化树的主要手段之一。
它利用DNA、RNA、蛋白质等分子的序列信息来推断不同物种之间的亲缘关系。
常用的方法包括序列比对、构建进化模型、计算进化距离等。
2.3 组织化石记录法组织化石记录法是通过研究化石中的细胞结构、细胞组织等信息，来推断不同物种之间的亲缘关系。
这种方法适用于无法获取分子遗传学信息的古生物学领域。
3. 构建系统发育进化树的步骤3.1 收集相关数据构建系统发育进化树的第一步是收集相关的数据，包括形态学特征数据、分子序列数据或化石记录数据。
数据的准确性和全面性对于构建准确的进化树非常重要。
3.2 数据处理与分析在收集到数据后，需要对数据进行处理和分析。
对于形态学特征数据，可以通过比较不同物种的特征值来计算相似性矩阵；对于分子序列数据，可以进行序列比对和计算进化距离等操作。
3.3 构建进化模型在数据处理与分析的基础上，需要选择合适的进化模型来描述不同物种之间的进化关系。
常用的进化模型包括NJ（Neighbor-Joining）方法、ML（Maximum Likelihood）方法和Bayesian方法等。
3.4 构建进化树在选择了合适的进化模型后，可以利用计算机软件或在线工具来构建进化树。
常用的软件包括MEGA、PAUP*和MrBayes等。
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。
生物信息学第七章分子进化与系统发育分析2
生物信息学第七章分子进化与系统发育分析（2）同义与非同义的核苷酸替代❒同义替代：编码区的DNA序列，核苷酸的改变不改变编码的氨基酸的组成❒非同义替代：核苷酸改变，从而改变编码氨基酸的组成❒计算方法：进化通径法Kimura两参数法采用密码子替代模型的最大似然法SdS❒Ka/Ks ~ 1: 中性进化❒Ka/Ks << 1: 阴性选择，净化选择❒Ka/Ks >> 1: 阳性选择，适应性进化❒多数基因为中性进化，约1%的基因受到阳性选择->决定物种形成、新功能的产生❒PAML, MEGA等工具：计算Ka/Ks及统计显著性进化通径法：Nei-Gojobori❒首先需要考虑：潜在的同义（S ）和非同义位点数（N ）❒基本假设：所有核苷酸的替代率相等❒用f i 表示某一个密码子第i 位的核苷酸上发生同义替代的比例；(i=1,2,3)❒所有密码子潜在的同义和非同义替代的位点数定义如下：，n=3-s∑==31i i f s潜在的同义和非同义位点数的估计❒例如对于Phe, 密码子TTT, 第三位T变成C时为同义替代，变成A/G为非同义替代❒因此：❒s=0+0+1/3❒n=3-1/3=8/3❒终止密码子忽略不计；如Cys的TGT, s=0.5整个序列的同义与非同义估计❒和N=3C-S; Sj 为第j 位密码子的s 值，C 为所有密码子的总数❒S+N=3C ：所比较的核苷酸的总数∑==C j j S S 1S d 与N d 的计算：进化通径❒当一对密码子仅存在一个差异时，可以立即判断是同义还是非同义，进化通径只有一种可能；例如对于GTT(Val)和GTA(Val),s d =1,n d =0;而对于ATT(I)和ATG(M)，s d =0,n d =1❒一对密码子存在两个差异时：两种进化通径(简约法，即最少需要)。
例如：比较TTT(Phe)和GTA(Val): (1) TTT(Phe)<->GTT(Val)<->GTA(Val)(2) TTT(Phe)<->TTA(Leu)<->GTA(Val)❒s d =1/2=0.5,n d =3/2=1.5❒同样，终止密码子不予考虑一对密码子存在三个差异时：六种进化通径。
系统发育进化树作用-概述说明以及解释
系统发育进化树作用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述系统发育进化树是生物学领域一个重要的概念和工具。
它通过对物种之间的遗传关系和演化历史进行系统分析和分类，构建出一颗树状结构，用以揭示物种之间的进化关系。
这种树状结构可以帮助我们更好地理解物种之间的演化历史以及它们之间的亲缘关系。
系统发育进化树的构建方法经历了长期的发展和完善，目前主要包括分子系统学和形态系统学两种方法。
分子系统学通过比对物种之间的DNA 或蛋白质序列，来推断它们之间的遗传关系；而形态系统学则是通过对物种的形态、生理学特征等进行比较和分类。
这些方法的结合可以更准确地揭示物种之间的演化关系。
系统发育进化树在生物学领域有着广泛的应用，不仅可以帮助我们解答物种起源、分化等基础科学问题，还可以指导生物分类学、生物地理学等实际应用领域的研究。
因此，系统发育进化树的建立和应用具有重要的理论和实践价值。
1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨系统发育进化树的作用。
首先，我们将在引言部分对本文的内容进行概述，介绍系统发育的基本概念以及文章的目的。
接下来，在正文部分，我们将详细介绍系统发育和进化树的构建方法，以及系统发育进化树在生物学研究中的应用。
最后，在结论部分，我们将强调系统发育进化树的重要性，并展望未来其在科学研究中的发展前景。
通过以上结构的安排，我们希望读者能够更全面地了解系统发育进化树的作用及其在生物学领域的重要性。
1.3 目的在本文中，我们的主要目的是探讨系统发育进化树在生物学研究中的重要作用。
我们将首先介绍系统发育的概念，探讨进化树的构建方法，然后详细讨论系统发育进化树在生物学领域中的应用。
通过对这些内容的分析和探讨，我们旨在揭示系统发育进化树在生物学研究中的重要性，为今后更深入的研究提供参考和启示。
同时，我们也将展望未来系统发育进化树在生物学领域的发展潜力，希望能为相关研究提供一定的借鉴和指导。
最终，我们将对本文进行总结，强调系统发育进化树在生物学研究中的重要性和必要性。
系统发育进化树构建
系统发育进化树构建【实用版】目录一、什么是系统发育进化树二、系统发育进化树的构建方法三、系统发育进化树的应用四、总结正文一、什么是系统发育进化树系统发育进化树是一种用来表示物种或基因间亲缘关系的树状图，它可以利用树状分支图形来展示生物之间的进化关系。
系统发育进化树主要用于研究物种或序列的进化和系统分类，其研究对象通常包括碱基序列或氨基酸序列。
二、系统发育进化树的构建方法系统发育进化树的构建过程被称为分支系统发育分析，或分子系统发育分析。
该过程主要通过数理统计算法来计算生物间的进化距离，并以此为基础构建进化树。
具体的构建方法包括以下步骤：1.选择合适的分析方法：根据研究对象的特性和研究目的，选择合适的分析方法，如最大似然法、贝叶斯法等。
2.构建初始树：基于分子数据，通过计算不同物种或基因间的进化距离，构建初始的系统发育进化树。
3.优化树结构：通过比较不同树的结构和分支，利用统计学方法优化树结构，得到更准确的系统发育进化树。
4.评估树可靠性：通过评估树的分支稳定性和树顶角度等指标，判断树的可靠性和精度。
三、系统发育进化树的应用系统发育进化树在生物学领域具有广泛的应用，包括：1.物种分类和进化关系研究：通过构建系统发育进化树，可以揭示物种之间的亲缘关系和进化历史，为生物分类和系统演化研究提供重要依据。
2.基因功能和调控关系分析：在基因组学研究中，可以通过构建基因序列的系统发育进化树，揭示基因之间的功能和调控关系。
3.病原体演化研究：对于病原微生物的研究，可以通过构建系统发育进化树，揭示病原体的演化过程和传播路径，为传染病防控提供重要信息。
4.生物多样性保护策略制定：通过对不同物种的系统发育进化树分析，可以评估物种的演化地位和保护价值，为生物多样性保护策略的制定提供参考。
四、总结系统发育进化树作为一种重要的生物学研究方法，可以帮助我们揭示生物之间的亲缘关系和进化历史。
系统发育进化树构建
系统发育进化树构建系统发育进化树（Phylogenetic tree）是一种用于描述物种或群体之间进化关系的图形表示。
通过构建系统发育进化树，我们可以了解不同物种之间的亲缘关系，以及它们的共同祖先。
本文将介绍系统发育进化树的构建方法和其在生物学领域中的应用。
一、系统发育进化树的构建方法1. 选择合适的基因或序列：构建系统发育进化树需要选择适当的基因或序列进行分析。
常用的基因包括核糖体RNA（rRNA）和线粒体DNA（mtDNA）等。
2. 收集物种样本：从不同物种中收集样本，并提取相应的基因或序列。
3. 序列比对：将收集到的序列进行比对，找出它们之间的相同和差异。
4. 构建进化模型：根据序列比对的结果，选择适当的进化模型，如最大似然法或贝叶斯推断等。
5. 构建进化树：利用选定的进化模型，根据序列的相似性和差异性，构建系统发育进化树。
二、系统发育进化树的应用1. 物种分类：系统发育进化树可用于物种分类，帮助我们理解不同物种之间的亲缘关系。
通过比较进化树上的分支长度和节点位置，我们可以判断物种之间的相似性和差异性。
2. 进化研究：系统发育进化树可用于研究物种的进化历史和进化速率。
通过比较不同物种之间的进化树，我们可以了解它们的共同祖先以及它们之间的演化路径。
3. 分子演化研究：系统发育进化树在分子演化研究中起着重要的作用。
通过比较不同物种的基因或序列，我们可以推断它们的演化历史和演化速率。
4. 物种保护：系统发育进化树可用于指导物种保护工作。
通过研究物种的进化关系，我们可以了解哪些物种是濒危物种或有特殊保护需求的物种。
5. 药物开发：系统发育进化树可用于药物开发。
通过比较不同物种的基因或序列，我们可以了解它们之间的差异，并找到可能具有药用潜力的物种。
总结：系统发育进化树是一种重要的工具，用于描述物种或群体之间的进化关系。
通过构建系统发育进化树，我们可以了解不同物种之间的亲缘关系，以及它们的共同祖先。
系统发育进化树在物种分类、进化研究、分子演化研究、物种保护和药物开发等领域都有着广泛的应用。
第七章分子系统发育分析进化树
D C F GA B E†
系统进化树的概念
直系同源(orthol。
旁系同源(paralogs): 同源的基因是由于基因复制产生的。 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。
旁系同源
直系同源
系统进化树的种类
Eukaryote 4
系统进化树的种类
——物种树、基因树
物种树：代表一个物种或 群体进化历史的系统进化 树，两个物种分歧的时间 为两个物种发生生殖隔离 的时间
基因树：由来自各个物种 的一个基因构建的系统进 化树（不完全等同于物种 树），表示基因分离的时 间。
基因分裂
基因分裂 基因分裂 物种分裂
关于分子钟的讨论和争议
1、对长期进化而言，不存在以恒定速率替换的生物大分子 一级结构；（基因功能的改变、基因数目的增加）
2、不存在通用的分子钟；
3、争议： 分子钟的准确性 中性理论（分子钟成立的基础）
第一节 生物进化的分子机制
分子途经研究生物进化的可行性 分子进化的模式 分子进化的特点 研究分子进化的作用
末端节点：代表最终分类， 可以是物种，群体，或者蛋 白质、DNA、RNA分子等
A
B
C
D 祖先节点/树根
内部节点/分歧点，该
E
分支可能的祖先节点
系统进化树的概念
进化树分支的图像称为进化的拓扑结构 理论上，一个DNA序列在物种形成或基因复制时，
分裂成两个子序列，因此系统进化树一般是二歧 的。
A BC D F G E†
氨基酸
例：血红蛋白分子的外区的功能要次于内区的功能，外区的进化速率 是内区进化速率的10倍。
核苷酸
例：DNA密码子的同义替代频率高于非同义替代频率；内含子上的核 苷酸替代频率较高。
第七章分子系统发育分析进化树演示文稿
狒狒
人
第18页，共113页。
（2）基因复制：基因组复制
S. Cerevisiae (酿酒酵母) K. Waltii (克鲁雄酵母)
研究结果： 克鲁雄酵母 中的同源基 因数量与酿 酒酵母相比 为1：2
第19页，共113页。
分子进化的特点
生物大分子进化速率相对恒定
分子进化速率 生物大分子随时间的改变而变化，主要表现为核苷酸、蛋白质的
组氨酸H
CGT CGC
TGG TGC
色氨酸W 半胱氨酸C
第21页，共113页。
研究分子进化的作用
从物种的一些分子特性出发，构建系统发育树， 进而了解物种之间的生物系统发生的关系 —— tree of life; 物种分类
大分子功能与结构的分析：同一家族的大分子， 具有相似的三级结构及生化功能，通过序列同源 性分析，构建系统发育树，进行相关分析；功能 预测
第七章分子系统发育分析进化树演示文稿
第1页，共113页。
本章内容
引言 生物进化的分子机制 系统进化树及其构建 分子系统发育分析软件及应用
第2页，共113页。
引言
生物学家：We have a dream…
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
第3页，共113页。
旁系同源(paralogs): 同源的基因是由于基因复制产生的。
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。
旁系同源
直系同源
第30页，共113页。
系统进化树的种类
——有根树、无根
树
bacteria outgroup外围支
拓扑结构：
archaea
archaea
第七章 系统发育与进化树
物竞天择 适者生存
达尔文进化论主要观点
共同祖先 自然选择
达尔文《物种起源》
所有不同生物来自同一祖先 生物种并非永久不变 “后代渐变”
适者生存 所有生物必须繁殖 所有生物都表现可遗传的变异 对繁殖有利的变异必定成功, 反之则必定失败, 因此生物产生改变
什么是系统生物学？
1985年首先推动基因组计划的科学家之一的Leroy Hood博士是最早提出“系统生物学”
系统生物学是研究一个生物系统内所有 组成份的构成,以及在特定条件下这些组成 份相互关系的学科。
系统发育（phylogeny）
• 系统发育（phylogeny）是与个体发育相对而言的，它 是指某一个类群的形成和发展过程。
马尔萨斯
反达尔文学说-理论上
智慧设计理论 • 詹腓力 Philip Johnson • 《Darwin on Trial》 • 仅适用于生物种范围之内 • 能否制造新的物种? • 复杂的器官如何进化而来?
• 英国天文学家 弗雷德.霍伊尔 • ……相当于一阵旋风吹到一片充满各种 破铜烂铁的废物堆之后, 突然组成了一架波 音747客机.
用生物大分子序列分析生物进化
分子生物学进展，进化到分子水平。依赖 蛋白质核酸序列分析方法。包括遗传密码 起源、基因结构形成与演化、进化动力， 分析进化，从物种的分子序列研究其进化 关系 • 核酸（DNA） • 蛋白质 • 蛋白质结构
细胞色素C在不同物种间的差别
中性学说或中性漂移学说
1. 进化过程中置换绝大部分是中性或近似 中性的突变随机固定的结果，而非达尔文 选择的结果。
系统发育进化树构建
系统发育进化树构建
系统发育进化树是一种用来表示生物种类和它们之间进化关系的图表。
它基于共有衍征和演化关系的分析，可以帮助我们理解物种的起源和演化过程。
下面是一个示例的系统发育进化树构建过程：
1. 收集数据：我们需要收集关于不同物种的特征和遗传信息的数据。
这些数据可以包括形态特征、分子序列等。
2. 数据处理：接下来，将收集到的数据进行处理，例如进行序列比对、计算相似性指数等。
这些处理会将数据转化为可以进行系统发育树分析的形式。
3. 构建系统发育树：通过使用系统发育树构建软件，如MEGA、PHYLIP等，我们可以利用处理后的数据构建系统发育树。
这些软件通常使用一些统计模型和算法来计算物种之间的相似性和进化关系。
4. 评估树的可靠性：构建系统发育树后，还需要对树的可靠性进行评估。
这可以通过计算支持值或进行自举分析等方法来实现。
支持值表示构建树的数据集中的信息支持树的某个分支。
5. 进行树的修正：如果评估发现树的某些分支的可靠性较低，我们可以根据需要进行进一步的分析，例如添加更多的数据或调整分析的参数。
6. 结果解读：在构建了系统发育树之后，可以通过对树的结构和分支进行解读，了解物种的起源和演化过程。
树的结构可以显示物种之间的近缘关系和进化路径。
注意：以上只是一个概括的系统发育进化树构建过程，具体的步骤和方法可能会因不同的研究目的和数据类型而有所不同。
在实际研究中，还需要根据具体情况选择适合的分析方法和工具。
系统发育进化树构建
系统发育进化树构建【实用版】目录一、什么是系统发育进化树二、系统发育进化树的构建方法三、系统发育进化树的应用四、总结正文一、什么是系统发育进化树系统发育进化树是一种用来表示物种或基因间亲缘关系的树状图，它可以利用树状分支图形来展示生物之间的进化关系。
系统发育进化树主要用于研究物种或序列的进化和系统分类，其研究对象通常包括碱基序列或氨基酸序列。
二、系统发育进化树的构建方法系统发育进化树的构建过程称为分支系统发育分析，它通过数理统计算法来计算生物间的进化距离，并以此为基础构建进化树。
以下是构建系统发育进化树的主要步骤：1.选择研究对象：首先需要选择合适的研究对象，例如碱基序列或氨基酸序列。
2.获取数据：搜集研究对象的相关数据，这通常需要通过实验或数据库获取。
3.计算进化距离：利用数理统计算法（如距离法、最大似然法等）计算不同生物间的进化距离。
4.构建进化树：根据进化距离构建树状分支图，通常使用聚类方法或最小生成树算法。
5.检验树状图：对构建好的进化树进行检验，以确保其符合生物学实际情况。
三、系统发育进化树的应用系统发育进化树在生物学研究中有广泛的应用，主要包括：1.物种分类和演化关系研究：通过构建进化树，可以了解不同物种之间的亲缘关系和演化历史。
2.基因功能预测：根据基因在进化树上的位置，可以推测基因的功能和作用。
3.基因调控关系分析：进化树可以帮助研究者了解基因之间的调控关系，从而揭示生物过程的调控机制。
4.病原体演化研究：对于病原体，进化树可以揭示其演化历程，有助于疫苗设计和疾病防治。
四、总结系统发育进化树是一种重要的生物学研究方法，它可以帮助研究者揭示物种或基因间的亲缘关系和演化历史。
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马尔萨斯
反达尔文学说-理论上
智慧设计理论 • 詹腓力 Philip Johnson • 《Darwin on Trial》 • 仅适用于生物种范围之内 • 能否制造新的物种? 复杂的器官如何进化而来?
• 英国天文学家 弗雷德.霍伊尔 • ……相当于一阵旋风吹到一片充满各种 破铜烂铁的废物堆之后, 突然组成了一架波 音747客机.
细胞色素C在不同物种间的差别
• 从序列保守性上可以用生物分子序列进行 进化树分析 • 从序列变异性分析其变异性是否跟时间相 关
分子钟！！！！！！！
• 某一蛋白在不同物种间的取代数与所研 究物种间的分歧时间接近正线性关系， 有很好的相关性，分子中这种恒速变异 成为“分子钟”
• 分子进化速率在不同种系中恒定
共同祖先进化
• • • • • 系统分类 生物地理 比较解剖 比较胚胎 古生物
共同祖先学说
• 第一，物种是可变的，生物是进化的。当时绝大 部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受 了这个事实，进化论从此取代神创论，成为生物 学研究的基石。即使是在当时，有关生物是否进 化的辩论，也主要是在生物学家和基督教传道士 之间，而不是在生物学界内部进行的。 • 第二，自然选择是生物进化的动力。当时的生物 学家对接受这一点犹豫不决，因为自然选择学说 在当时存在着几大难题。
进化树
• 在研究生物进化和系统分类中，常用一种类似 树状分支的图形来概括各种（类）生物之间的 亲缘关系，这种树状分支的图形成为系统发育 树(phylogenetic tree)。 • 通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系 统树称为分子系统树(molecular phylogenetic tree)。
第四章 系统发育分析与进化树
什么是系统生物学？
1985年首先推动基因组计划的科学家之一的Leroy Hood博士是最早提出“系统生物学”
系统生物学是研究一个生物系统内所有 组成份的构成,以及在特定条件下这些组成 份相互关系的学科。
系统发育（phylogeny）
• 系统发育（phylogeny）是与个体发育相对而言的，它 是指某一个类群的形成和发展过程。
Phylogenetic Tree
进化树种类 1、序列进化树，序列类似性比较，基于 氨基酸相对突变率矩阵计算不同序列差 异性记分。 2、结构进化树，在构建序列树的基础上， 通过蛋白质比较，多结构特征比较建立 结构进化树。
应用
分析物种间的进化关系 粗略估计各种属生物的分歧时间 分析某蛋白家族或基因家族各成员间的 进化关系 预测同一家族中功能相当的成员
达尔文自己把《物种起源》称为 “一部长篇争辩”，它论证了两个 问题：
自然选择
1、生存斗争 事实一：生活资源是有限事实 事实二：生物繁殖力过剩 推论一：生物后代的绝大部分必须灭亡 2、自然选择 事实三：生物后代之间存在可遗传的变异 事实四：不同的变异可以有不同的生存能 力和繁殖能力 推论二：在生存斗争中，劣势的变异将逐 渐被淘汰，优势的变异获得生存并留下后 代
• 研究整个植物界的发生与发展，便称之为植物界的系统发育。 • 也可以研究某个门、纲、目、科、属的系统发育，甚至亚种，变 种中也存在种的系统发育问题。
物竞天择 适者生存
达尔文进化论主要观点
共同祖先 自然选择
达尔文《物种起源》
所有不同生物来自同一祖先 生物种并非永久不变 “后代渐变”
适者生存 所有生物必须繁殖 所有生物都表现可遗传的变异 对繁殖有利的变异必定成功, 反之则必定失败, 因此生物产生改变
进化树
拓扑图形 基于分子钟理论 相关的核酸或蛋白 反映一系列相关分子或生物如何演化或 进化
• 分支的末端和分支的联结点成为结（node），代表生物类群，分 支末端的结代表仍生存的种类。
• 树可分为[[有根树]]和[[无根树]]两类。有根树是具有方向的树， 包含唯一的节点，将其作为树中所有物种的最近共同祖先。有根
• 距离矩阵法(distance matrix method)是根据每对物种之间 的距离，其计算一般很直接，所生成的树的质量取决于距 离尺度的质量。距离通常取决于遗传模型。������ • 最大简约(maximum parsimony)法较少涉及遗传假设，它 通过寻求物种间最小的变更数来完成的。 ������ • 对于模型的巨大依赖性是最大似然(maximum likelihood) 法的特征，该方法在计算上繁杂，但为统计推断提供了基 础。
化时间。进化树的理论意义是在于它有助于了解物种的进化历史，
为生物学中物种的分类提供可靠依据；实际应用价值在于它在预 测DNA分子的高级结构、蛋白质、基因的表达过程、辅助药物设 计、结构多序列比对等方面均有重要作用
SARS病毒新在哪里
构建进化树的步骤
序列进化树的建立方法
1 建立数据模型（比对） 2 决定取代模型 3 建树方法 三种建树方法：距离树、最大节约法、最大似 然法 4 进化树搜索 5 确定树根 6 评估进化树和数据
树表示树上物种的进化顺序
• 无根树是没有方向的，其中线段的两个演化方向都有可能，树枝 长短表示两个物种之间进化距离的远近。
进化树的种类
构建进化树的目的
构建进化树的目的是重塑物种（分类群）之间的进化关系，并以 进化树的形式描述和展现：树的结点代表某个序列的来源物种， 数的拓扑结构表现了各物种间亲缘关系的远近，树的分枝长度刻 画了进化树距离的大小。根据进化树的拓扑结构可以研究生物蛋 白质分子以及病毒、细菌以至大型哺乳动物等各种有机体之间的 生物进化关系。通过进化树的支长长度可以近似估计分类群的分
日本遗传学家木村资生 （Motoo Kimura，19241994）
2. 许多蛋白质多态性必须在选择上为中性 或近中性，并在群体中由突变引入与随机 灭绝间两者的平衡维持。
村资生
《自私的基因》 道金斯
• 基因。而我们眼中的形形色色的生命形式 都是由它们所创造用来延续它们自己的生 存、繁衍的机器，包括我们自己。
用生物大分子序列分析生物进化
分子生物学进展，进化到分子水平。依赖 蛋白质核酸序列分析方法。包括遗传密码 起源、基因结构形成与演化、进化动力， 分析进化，从物种的分子序列研究其进化 关系 • 核酸（DNA） • 蛋白质 • 蛋白质结构
细胞色素C在不同物种间的差别
中性学说或中性漂移学说
1. 进化过程中置换绝大部分是中性或近似 中性的突变随机固定的结果，而非达尔文 选择的结果。
例子：细胞色素，免疫抗血清，白蛋白等。
• 分子钟的发现对于进化研究有十分重要的意义。 不仅能用于粗略估计各类群的进化时间，也可以 用于构建进化树。
• 进化树
用来描述系统发育分析所推断出来的进化关系 的分支图表称为进化树, 包括分子进化, 物种进化 以及两者的综合
分子钟与进化树
• 我们已完全可以在分子水平上，通过比较 蛋白质的氨基酸序列和基因的核苷酸序列， 不仅在总体上肯定了传统生物学的结果， 而且使种系发生树的描绘更精确，达到了 定量化的程度。
• 细胞色素C是动植物细胞的线粒体中普遍存在的一种呼吸 色素,在呼吸作用中起着电子转移作用。它是一种含亚铁 卟啉环的球蛋白,由含有100多个氨基酸残基的一条多肽链 组成。这种蛋白质很容易从细胞中抽提出来,因而受到广 泛的重视。通过对许多物种的细胞色素C的测定表明:对不 同种的生物来说,氨基酸序列的差异越小,它们的亲缘关系 越近；差异越大,则亲缘关系越远。例如,人与黑猩猩的细 胞色素C的氨基酸序列完全相同,差异数为0；人与马相比, 差异数为12；与龟相比,差异数为15；与天蚕蛾相比,差异 数为31；与小麦相比,差异数为43；与红色螺菌相比,差异 数为65。
总结
本章要点
• • • • • • 分子钟概念 进化树概念 进化树类型 进化树构建方法 进化树的基础
• 分子钟理论
在不同的发育谱系或者在足够大的时间尺度中， 许多序列进化速度几乎是不变的
• 同源性
直系同源：同源的基因是共同祖先进化而来的 旁系同源：同源的基因是基因复制而成的
创造论 创造者----神 选择论 分子进化钟与中性理论 完全自然的演进 达尔文主义 新达尔文主义
分析不同物种中同一分子同异
反达尔文学说-道德上
• 达尔文进化论的核心是自然选择理论,而达 尔文最初理解的自然选择是个体选择,即生 物个体是选择的单位。但如果生物个体是 选择单位,那么生物界普遍存在的牺牲个人 利益帮助他人的利他主义就不可能得到进 化,因为,利他行为增加其他生物的适合度,减 少了自己的适合度。这就是所谓的"达尔文 难题"。
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• • • • • • • • Cytochrome C oxidase P00395 human P00397 mouse P48659 horse P18943 chick P20386 yeast O78681 goldfish P20374 honybee
进化树建立软件
结构进化树的构建
DNA双螺旋结构确定，生物学从此 进入了分子时代
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分子生物学揭示了生物界在分子水平上的一致性，在
所有的生物体中遗传密码以及基本的分子机制都是相同的，
证明了进化论关于“所有的生物由同一祖先进化而来”的 命题。 假基因等所谓“垃圾DNA”的发现表明生物体内存在 “分子化石”，这是生物进化的一条极其重要的证据。 分子遗传学的“中心法则”表明遗传信息是单向的， 只能从核酸传向蛋白质，而不能从蛋白质传回核酸，从而 从根本上否定后天获得性遗传的可能性。