第七章 系统发育与进化树
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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
猩
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
一个单位
分支 长度 狒 狒
距离标尺
外群
系统发育进化树示例
4
系统发育树构建的相关软件
• ClustBiblioteka BaidulX （序列比对软件）
• Modeltest&MrModeltest(碱基替换模型筛选软件)
• PHYLIP
• MEGA
• PHYML
• PAUP
系统发育树构建软件
• BEAST
• Figtree (树形显示软件）
• TreeView （树形显示软件）
6
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：
• 名 称： Uncultured bacterium clone YU201H10 • 序列号： FJ694683 /FJ694514 • 文 献： TITLE Circumpolar synchrony in big river
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
猩
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
一个单位
分支 长度 狒 狒
距离标尺
外群
系统发育进化树示例
4
系统发育树构建的相关软件
• ClustBiblioteka BaidulX （序列比对软件）
• Modeltest&MrModeltest(碱基替换模型筛选软件)
• PHYLIP
• MEGA
• PHYML
• PAUP
系统发育树构建软件
• BEAST
• Figtree (树形显示软件）
• TreeView （树形显示软件）
6
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：
• 名 称： Uncultured bacterium clone YU201H10 • 序列号： FJ694683 /FJ694514 • 文 献： TITLE Circumpolar synchrony in big river
系统发育树构建
• 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
• 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
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。
Maximum parsimony(MP)最大简约法
C文相系h统结进a似r发献ac点化育：比te分r：-：支b析Ta9sI9是T：表e%Ld研Em两示究Ce物tihr种一co种udm进s以个p基化o于l上分和ar特系s生类y征统nc的分h物单r方类on法（元的y i一n。D种bigN方ri法vAe，r序研究对象为携带结遗传信点息的生物大分子序列，采用特定的数理人统计算法来计算
分支 长度 狒 狒
分子系统发育的核心是——构建系统发育进化树
一个单位
系统发育树构建的基本方法
NCCluBstIa—l X—为B进LA行ST多—重—序输列入和序轮列廓对比比对—和—分记析录结好果以提下供几一方个面整：体的环0境.5。
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
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。
Maximum parsimony(MP)最大简约法
C文相系h统结进a似r发献ac点化育：比te分r：-：支b析Ta9sI9是T：表e%Ld研Em两示究Ce物tihr种一co种udm进s以个p基化o于l上分和ar特系s生类y征统nc的分h物单r方类on法（元的y i一n。D种bigN方ri法vAe，r序研究对象为携带结遗传信点息的生物大分子序列，采用特定的数理人统计算法来计算
分支 长度 狒 狒
分子系统发育的核心是——构建系统发育进化树
一个单位
系统发育树构建的基本方法
NCCluBstIa—l X—为B进LA行ST多—重—序输列入和序轮列廓对比比对—和—分记析录结好果以提下供几一方个面整：体的环0境.5。
第七章分子系统发育分析进化树
Eukaryote 4
系统进化树的种类
——物种树、基因树
Biblioteka Baidu
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
系统进化树的种类
——标度树、非标度树
标度树：分支的 长度表示变化的 程度
Bacterium 1
Bacterium 2
一个单位
Bacterium 3
Eukaryote 1
Eukaryote 2
Eukaryote 3
Eukaryote 4
非标度树：分支 只表示进化关系， 支长无意义
Bacterium 1 Bacterium 2 Bacterium 3 Eukaryote 1 Eukaryote 2 Eukaryote 3
分子进化的模式
1、核苷酸替代、插 入/缺失、重组 2、基因复制
基因变异
遗传漂变 自然选择
固定在生物个体 以及物种内
产生新的形态、性状
传递给后代
分子进化的模式
1. DNA突变：替代，插入，缺失，倒位
核苷酸替代：转换 (Transition) & 颠换 (Transversion)
系统进化树的种类
——物种树、基因树
Biblioteka Baidu
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
系统进化树的种类
——标度树、非标度树
标度树：分支的 长度表示变化的 程度
Bacterium 1
Bacterium 2
一个单位
Bacterium 3
Eukaryote 1
Eukaryote 2
Eukaryote 3
Eukaryote 4
非标度树：分支 只表示进化关系， 支长无意义
Bacterium 1 Bacterium 2 Bacterium 3 Eukaryote 1 Eukaryote 2 Eukaryote 3
分子进化的模式
1、核苷酸替代、插 入/缺失、重组 2、基因复制
基因变异
遗传漂变 自然选择
固定在生物个体 以及物种内
产生新的形态、性状
传递给后代
分子进化的模式
1. DNA突变：替代，插入，缺失，倒位
核苷酸替代：转换 (Transition) & 颠换 (Transversion)
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。
第七章分子系统发育分析 进化树
3、获得生物大分子一级结构的资料
4、获得有关的代表性进化事件发生的地质时间数据
5、通过比较大分子一级结构，选择合适的数学模型，计算 得到进化产生的分子差异d，通过回归分析等统计方法得到 大分子的进化速率r(t)
6、由此可以推断未知进化事件的发生时间
Example: Molecular clock for 17 mammal species
Inferred pairwise nucleotide substitutions among 17 mammal species from seven gene products, as estimated from protein studies, plotted against date of divergence, as estimated from the fossil record. The line is drawn from the origin through the oldest point (marsupial / placental divergence at 125 MYBP). The strong linear relationship suggests that molecular differences between pairs of species are proportional to the time of their separation, rather than the degree of organismal difference. Therefore, measures of genetic divergence can be used to date the time of divergence for species pairs for which no fossil data are available: genes function as Molecular Clocks. (from A. C. Wilson 1976)
4、获得有关的代表性进化事件发生的地质时间数据
5、通过比较大分子一级结构，选择合适的数学模型，计算 得到进化产生的分子差异d，通过回归分析等统计方法得到 大分子的进化速率r(t)
6、由此可以推断未知进化事件的发生时间
Example: Molecular clock for 17 mammal species
Inferred pairwise nucleotide substitutions among 17 mammal species from seven gene products, as estimated from protein studies, plotted against date of divergence, as estimated from the fossil record. The line is drawn from the origin through the oldest point (marsupial / placental divergence at 125 MYBP). The strong linear relationship suggests that molecular differences between pairs of species are proportional to the time of their separation, rather than the degree of organismal difference. Therefore, measures of genetic divergence can be used to date the time of divergence for species pairs for which no fossil data are available: genes function as Molecular Clocks. (from A. C. Wilson 1976)
系统发育树构建
• PAUP
系统发育树构建软件
• BEAST
• 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 Minimum evolution(ME)最小进化方法 Neighbor joining(NJ)邻位归并法
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
计算速度
距离法 >最大简约法 >最大似然法
7
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：
3
系统进化树 打开软件clustalx
系统发育进化树（ Phylogenetic tree)
结点（node)：每个结点表示一个分类单元（属、种群）。
外群：一个或多个无可争议的同源物种,与分析序列相关且具有适当的亲缘关系
2）Alignment Do complete alignment
打开软件clustalx
第七章分子系统发育分析 进化树 ppt课件
PPT课件
9
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）
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10
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
3、获得生物大分子一级结构的资料
4、获得有关的代表性进化事件发生的地质时间数据
5、通过比较大分子一级结构，选择合适的数学模型，计算 得到进化产生的分子差异d，通过回归分析等统计方法得到 大分子的进化速率r(t)
6、由此可以推断未知进化事件的发生时间
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8
Example: Molecular clock for 17 mammal species
Inferred pairwise nucleotide substitutions among 17 mammal species from seven gene products, as estimated from protein studies, plotted against date of divergence, as estimated from the fossil record. The line is drawn from the origin through the oldest point (marsupial / placental divergence at 125 MYBP). The strong linear relationship suggests that molecular differences between pairs of species are proportional to the time of their separation, rather than the degree of organismal difference. Therefore, measures of genetic divergence can be used to date the time of divergence for species pairs for which no fossil data are available: genes function as Molecular Clocks. (from A. C. Wilson 1976)
第七章分子系统发育分析进化树
启发式算法构建系统进化树的方法最大似然法ml构建系统进化树的原则一般采用两种及以上方法构建进化树无显著区别可接受构建系统进化树的原则选择一个或多个已知与分析序列关系较远的序列作为外围支外围支序列必须与剩余序列关系较近但外围支序列与其他序列间的差异必须比其他序列之间的差异更显著构建系统进化树的原则选择外围支bacteriaoutgroupeukaryoteeukaryoteeukaryoteeukaryotearchaeaarchaeaarchaea进化树的可靠性分析进化树的可靠性分析单纯由预先获得的多序列比对结果数据所推导出的进化树有时并不一定可靠
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
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
白质的一级结构的改变，即分子序列中核苷酸、氨基酸的替换
不同物种同源大分子的分子进化速率大体相同 例子：比较不同物种血红蛋白氨基酸序列差异
a bc
de f
系统进化树的构建
构建系统进化树的步骤 构建系统进化树的方法 构建进化树的一般原则
构建系统进化树的步骤
多序列比对（自动比对，手工校正） 选择建树方法以及替代模型 建立进化树 进化树评估
构建系统进化树的方法
1. 最大简约法 (maximum parsimony, MP)
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
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
白质的一级结构的改变，即分子序列中核苷酸、氨基酸的替换
不同物种同源大分子的分子进化速率大体相同 例子：比较不同物种血红蛋白氨基酸序列差异
a bc
de f
系统进化树的构建
构建系统进化树的步骤 构建系统进化树的方法 构建进化树的一般原则
构建系统进化树的步骤
多序列比对（自动比对，手工校正） 选择建树方法以及替代模型 建立进化树 进化树评估
构建系统进化树的方法
1. 最大简约法 (maximum parsimony, MP)
第七章 系统发育与进化树
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。
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。
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。
• 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。
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。
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。
第七章分子系统发育分析进化树演示文稿
第11页，共113页。
分子途径研究生物进化的可行性
普适性
由4种核酸组成
分子水平的进化表现为：DNA序列的演化、氨基酸序列演化、 蛋白质结构及功能的演化
可比较性
比较不同物种的有关DNA序列
建立DNA序列的演化模型、氨基酸序列的演化模型
蛋白质结构的演化模型
基因组包含丰富的编码信息
与形态、性状包含的信息相比，基因组序列、蛋白质序 列包含更多、更复杂的信息结构
一级结构的改变，即分子序列中核苷酸、氨基酸的替换 不同物种同源大分子的分子进化速率大体相同
例子：比较不同物种血红蛋白氨基酸序列差异
人、马——0.810-9/AA.a 人、鲤鱼——0.610-9/AA.a
分子进化速率远远比表型进化速率稳定
第20页，共113页。
生物大分子进化的保守性
保守性
功能上重要的大分子或大分子的局部在进化速率上明显低于Baidu Nhomakorabea些在功能上 不重要的大分子或者大分子局部。
a bc
de f
第36页，共113页。
系统进化树的构建
构建系统进化树的步骤 构建系统进化树的方法 构建进化树的一般原则
（引起表型发生显著改变的突变发生的频率要低于无明显表型发生显著改 变得突变发生的频率。）
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。
分子途径研究生物进化的可行性
普适性
由4种核酸组成
分子水平的进化表现为：DNA序列的演化、氨基酸序列演化、 蛋白质结构及功能的演化
可比较性
比较不同物种的有关DNA序列
建立DNA序列的演化模型、氨基酸序列的演化模型
蛋白质结构的演化模型
基因组包含丰富的编码信息
与形态、性状包含的信息相比，基因组序列、蛋白质序 列包含更多、更复杂的信息结构
一级结构的改变，即分子序列中核苷酸、氨基酸的替换 不同物种同源大分子的分子进化速率大体相同
例子：比较不同物种血红蛋白氨基酸序列差异
人、马——0.810-9/AA.a 人、鲤鱼——0.610-9/AA.a
分子进化速率远远比表型进化速率稳定
第20页，共113页。
生物大分子进化的保守性
保守性
功能上重要的大分子或大分子的局部在进化速率上明显低于Baidu Nhomakorabea些在功能上 不重要的大分子或者大分子局部。
a bc
de f
第36页，共113页。
系统进化树的构建
构建系统进化树的步骤 构建系统进化树的方法 构建进化树的一般原则
（引起表型发生显著改变的突变发生的频率要低于无明显表型发生显著改 变得突变发生的频率。）
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。
一文读懂进化树（图文详解）
⼀⽂读懂进化树（图⽂详解）
⽬录
Content
⼀、什么是进化树⼆、进化树的构成1. 根 (Root)2. 结点 (Node)3. 进化⽀ (Branch)4. 外群5. 进化分⽀长度6. 距离标尺7. Bootstrap value三、进化树评估1. Bootstrap检验2. 重复取样值3. Bootstrap value 阈值4. Bootstrap value 与分⽀四、⼏种进化树图1.经典树图
（Traditional）Rectangle Tree2.圈图（Circle Tree）3.辐射树（Radiation Tree）
什么是进化树
系统发育进化树 (Phylogenetic tree)：⼀般也叫系统进化树，进化树。它可以利⽤树状分⽀图形来表⽰各物种或基因间的亲缘关系。
建进化树的过程，⽤术语讲：
分⽀系统发育分析 (Molecular phylogenetic analysis)：是⽤来研究物种或序列进化和系统分类的⼀种⽅法。⼀般研究对象是碱基序列或氨基酸序列，通过数理统计算法来计算⽣物间进化关系。最后，根据计算结果，可视化为系统进化树。
进化树的构成
我们模拟⼀个项⽬，使⽤⼈和⿏的各两个基因做进化树，结果如下：
可以看到上⾯有⼀堆标注，下⾯来看看它们代表什么意义：
1. 根 (
所有分⽀的共同祖先叫做根
根据有⽆根可分为：
有根树：上⾯的图就是有根树，可以从树中找到共同的祖先。
⽆根树：顾名思义，没有根，也就找不到共同的祖先。⽐如后边会提到的 Straight Tree
2. 结点 (
每个结点代表⼀个分类单元，物种上可以是属，种群等，基因上可以是基因家族，同源物等。
系统发生进化树-概述说明以及解释
系统发生进化树-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
系统发生是一门研究生物学和进化的学科，它通过对基因组数据的分析和比较，揭示了物种之间的进化关系和演化过程。系统发生学的基本原理是基因组的变化遵循着大自然的规律，通过建立进化树来描述不同物种之间的关系和进化路径。
本文将探讨系统发生的概念、应用以及与进化树的关系，希望能够为读者带来对于系统发生学的深入理解和认识。
文章结构部分的内容可以包括对整篇文章的章节划分和每个章节的主要内容进行简要介绍。
文章结构部分如下：
1.2 文章结构
本文将分为引言、正文和结论三个部分。在引言部分，将首先概述系统发生进化树的概念和意义，然后介绍本文的结构和撰写目的。正文部分将分为三个子章节，分别探讨系统发生的概念、系统发生的应用以及系统
发生与进化树之间的关系。在结论部分，将对系统发生的重要性进行总结，并展望系统发生的未来发展。最后，对本文的主要观点进行总结。
1.3 目的：
本文旨在探讨系统发生进化树的概念，揭示其在生物学、计算机科学和其他领域的重要应用。通过对系统发生的概念和应用进行深入分析，以及系统发生与进化树之间的关系进行探讨，旨在帮助读者更好地理解系统发生的意义和作用。同时，本文也将展望系统发生未来的发展方向，探讨其在未来可能的应用领域，以期为相关领域的学者和从业人员提供有益的参考和启发。通过本文的阐述，我们希望读者对系统发生进化树有一个全面而深入的了解，从而促进相关领域的学术和技术进步。
2.正文
2.1 系统发生的概念
系统发生的概念是指生物学中一种通过对生物进化的研究来推断物种之间的关系的方法。系统发生利用了生物学中的各种数据，比如形态、细胞学、遗传学数据等，来构建物种之间的进化树。这种方法通过研究不同种群之间的共同祖先和后代之间的分歧，揭示了不同物种之间的关联和进化路径。系统发生的研究方法和技术不断更新，为研究者提供了更精确、更全面的物种进化信息，对生物学领域的研究有着重要的意义。
系统发育进化树名词解释
系统发育进化树名词解释
进化树，又称系统发育树，是一种用来描述物种演化关系的图形表示。它用来展示物种在演化过程中产生关系的分枝结构，以便构建一个具有演化过程的“故事”或者“史诗”。一般情况下，物种的演化树由枝条组成，每一支是一个物种，而枝叶描述的物种亲缘关系，根代表物种最远共同祖先。
手把手教你构建系统进化树PPT课件
如何构建系统进化树
YZU.TRY
CHENLI
1
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）。
最新版整理ppt27双击文字可以修改树枝后的名称名称要么全部斜体要么全部不斜体无法只让拉丁文斜体最新版整理ppt28双击文字可以修改树枝后的名称名称要么全部斜体要么全部不斜体无法只让拉丁文斜体最新版整理ppt29系统发育进化树优化后复制黏贴到word里用microsoftoffice打开可直接在原图上编辑将拉丁文斜体用wpsoffice打开无法在原图上编辑需要用画图软件将拉丁文斜体最新版整理ppt30最新版整理ppt31
10
一般情况下点
击该页的右上 角有send 图标， 选择后点击 create file 即 可下载。Txt可 以打开。
该图显示的是
序列全长的 FASTA格式下 载。
CHENLI
11
因为我采取基于氨
基酸序列比对，所 以选择coding sequences和fasta protein，下载编码 区氨基酸序列。
CHENLI
2
MEGA是一个关于序列分析以及比较统计的软件。现主要介 绍使用Mega 6.0构建系统进化树的方法。供大家参考。
YZU.TRY
CHENLI
1
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）。
最新版整理ppt27双击文字可以修改树枝后的名称名称要么全部斜体要么全部不斜体无法只让拉丁文斜体最新版整理ppt28双击文字可以修改树枝后的名称名称要么全部斜体要么全部不斜体无法只让拉丁文斜体最新版整理ppt29系统发育进化树优化后复制黏贴到word里用microsoftoffice打开可直接在原图上编辑将拉丁文斜体用wpsoffice打开无法在原图上编辑需要用画图软件将拉丁文斜体最新版整理ppt30最新版整理ppt31
10
一般情况下点
击该页的右上 角有send 图标， 选择后点击 create file 即 可下载。Txt可 以打开。
该图显示的是
序列全长的 FASTA格式下 载。
CHENLI
11
因为我采取基于氨
基酸序列比对，所 以选择coding sequences和fasta protein，下载编码 区氨基酸序列。
CHENLI
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MEGA是一个关于序列分析以及比较统计的软件。现主要介 绍使用Mega 6.0构建系统进化树的方法。供大家参考。
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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.
• 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。
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 进化树构建步骤 构建进化树软件
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。
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"。
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
查询下列序列
• • • • • • • • 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
• 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
DNA双螺旋结构确定，生物学从此 进入了分子时代
•
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。
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)。
• 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。
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
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
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。
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
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。
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。
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
分子进化研究的基础
• 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
பைடு நூலகம்
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