分子进化树构建方法

C B
2
D
outgroup
外群、外围支
Rooted tree vs. Unrooted tree
plant animal
plant
plant animal
Unrooted tree
fungus
animal
bacterium
plant plant plant
animal
Rooted tree
Monophyletic group
Cat Dog Rat Cow 3 4 6 5 7 6 Dog Dog Rat Cat
1
2 2 1 4
计算序 列的距 离，建 立距离 矩阵
Rat
通过距 离矩阵 建进化 树
Cow
Step1. 计算序列的距离，建立距离矩阵
对位排列， 去除空格 （选择替代模型）
Uncorrected “p” distance (=observed percent sequence difference) Kimura 2-parameter distance (estimate of the true number of substitutions between taxa)
A
节点 Node
祖先节点/树 根
Root
内部节点/分歧点
该分支可能的祖先 HTU
系统发生树术语
A clade（进化支） is a group of organisms that includes an ancestor and all descendents of that ancestor. 分支树
Step2. 通过矩阵建树 由进化距离构建进化树的方法有很多，常见有：
1. Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean (UPGMA)
2. Neighbor-Joining Method (NJ法/邻位连接法) 3.Minimum Evolution (MP法/最小进化法)
animal
root
animal fungus
Monophyletic group
How to root a tree?
bacteria outgroup
archaea archaea archaea eukaryote
外群
选择外群 （Outgroup）
eukaryote
eukaryote eukaryote

选择一个或多个已知与分析序列关系较远的序列作 为外类群 外类群可以辅助定位树根 外类群序列必须与进化树上其它序列同 源，但外 类群序列与这些序列间的差异必须比这些序列之间的 差异更显著。
系统发育树构建步骤
多序列比对（自动比对、手工校正）
最大简约法 (maximum parsimony, MP) 距离法 选择建树方法（替代模型） (distance) 最大似然法 (maximum likelihood, ML) 贝叶斯法 (Bayesian inference) UPGMA
5
genetic change
系统发生树术语
Rooted tree vs. Unrooted tree
无 A 有 根 根 树 B 树 two major ways to root trees:
A
10 3 2 5
C D
By midpoint or distance
d (A,D) = 10 + 3 + 5 = 18 Midpoint = 18 / 2 = 9
最大简约法 (Maximum Parsimony)
最大简约法（MP）最早源于形态性状研究， 现在已经推广到分子序列的进化分析中。最大 简约法的理论基础是奥卡姆（Ockham）哲学 原则，对所有可能的拓扑结构进行计算，找出 所需替代数最小的那个拓扑结构，作为最优 树。
Find the tree that explains the observed sequences with a minimal number of substitutions
研究系统发生的方法
经典进化生物学：
比较：形态、生理结构、化石
分子进化生物学：
比较DNA和蛋白质序列
An Alignment is an hypothesis of positional homology between bases/Amino Acids
Residues that are lined up in different sequences are considered to share a common ancestry (i.e., they are derived from a common ancestral residue).
邻近法 (Neighbor-joining, NJ)
最小进化法 (minimum evolution)
建立进化树
进化树评估
统计分析 Bootstrap Likelihood Ratio Test ……
距离法
距离法又称距离矩阵法，首先通过各个序列 之间的比较，根据一定的假设（进化距离模型） 推导得出分类群之间的进化距离，构建一个进化 距离矩阵。进化树的构建则是基于这个矩阵中的 进化距离关系 。
生物信息学
第五章
系谱分析
2. 系统发生分析（Phylogenetic analysis) 分析基因或蛋白质的进化关系
系统发生（进化）树（phylogenetic tree）
A tree showing the evolutionary relationships among various biological species or other entities that are believed to have a common ancestor.
Cladogram
Taxon B Taxon C Taxon A
3 1
Phylogram
6
1 1
进化树
Ultrametric tree
Taxon B Taxon B Taxon C Taxon A Taxon D
time
超度量树
Taxon C
Taxon A Taxon D
Taxon D
no meaning
Easy
only with substitutions
Difficult
also with indels
系统发生树术语
分支 Branch
末端节点 可以是物种， B 群体，或者蛋 C 白质、DNA 、RNA分子 D 等 OTU
E = ((A, (B,C)), (D, E))
Newick format