浅谈系统发育分析及进化树制作文稿演示
14植物的进化和系统发育PPT课件
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11
• The Origin of Species
• Charles Darwin
• Preface Introduction Chapter 1 - Variation Under Domestication Chapter 2 - Variation Under Nature Chapter 3 - Struggle for Existence Chapter 4 - Natural Selection Chapter 5 - Laws of Variation Chapter 6 - Difficulties on Theory Chapter 7 - Instinct Chapter 8 - Hybridism Chapter 9 - On the Imperfection of the Geological Record Chapter 10 - On The Geological Succession of Organic Beings Chapter 11 - Geographical Distribution Chapter 12 - Geographical Distribution continued Chapter 13 - Mutual Affinities of Organic Beings: Morphology: Embryology: Rudimentary Organs Chapter 14 - Recapitulation and Conclusion Glossary
牛津大学图书馆 神创论与进化论的辩论会 牛津大主教Wilberforce vs. Huxley
➢ 进化论与神创论的斗争一 直没有停止
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10
• 《物种起源》（第六版） 达尔文 (1809-1882) 查理·罗伯特·达尔文著
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。
进化树(精美自制)PPT
每个分支在不同此取样时出现的频率赋予该分 支一个百分比。 如果严格根据统计学概念，该百分比要大于95 ％才认为该分支可信。在实际应用中该值大于 75％就认为可信。
A.重新取样(100-1000 time).
由于HCV基因1型用干扰素治疗的效果不佳。
病毒基因型分型对预防策略的影响（HEV）
净化环境，保 持水源清洁
给易感者接种 HEV疫苗
免食生肉
给猪接种HEV 疫苗，切断传 染源头。
净化环境，保 持水源清洁
给易感者接种 HEV疫苗
传染的来源
利用构建系统发生树的方法，可揭示时间 和地点相距较远的病毒分离株之间的同源 性，从而发现某一流行事件是过去流行株 复发还是从外界传入，对控制病毒的流行 具有重要意义。
基于特征的建树方法
不计算序列间的距离，而是将序列中有差异的位 点作为单独的特征，并根据这些特征来建树。
ML－最大似然法
选取一个特定的替代模型来分析给定的一 组序列数据，使得获得的每一个拓扑结构 的似然率都为最大值，然后再挑出其中似 然率最大的拓扑结构作为最优树。
最大似然法的建树过程是个很费时的过程 ，因为在分析过程中有很大的计算量，每 个步骤都要考虑内部节点的所有可能性。
指导疾病的预防（HEV genotype Ⅰ Ⅳ）
有助研究病毒的分子流行病学意义
揭示传染的来源
监控和预测
为疫苗的选定提供依据
基因分型对HCV临床治疗的指导意义
HCV（丙型肝炎病毒）基因分型及血清HCV RNA定量测定对于预治疗疗效及决定治疗方案有重 要意义。 非基因1型（2、3型）感染者用干扰素加小剂量 利巴韦林800mg/d治疗24周即可获得较好的疗效。 而基因1型者疗效较差（特别是病毒负荷较高者 ），应给予更长的疗程（48周），并需更大剂量的 利巴韦林（1000~1200mg/d）。
实习五：系统发育分析-PHYLIP,MEGA,MrBayes[宝典]
![实习五：系统发育分析-PHYLIP,MEGA,MrBayes[宝典]](https://img.taocdn.com/s3/m/4f7cb117a7c30c22590102020740be1e650ecc26.png)
实习五：系统发育分析－PHYLIP，MEGA, MrBayes学号姓名专业年级实验时间提交报告时间实验目的：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：系统发育（phylogeny）也称系统发展，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。
系统发育学的目的是研究进化关系，系统发育分析就是要推断或者评估这些进化关系。
通过系统发育分析所推断出来的进化关系一般用分枝图表（进化树）来描述，这个进化树就描述了同一谱系的进化关系，包括了分子进化（基因树）、物种进化以及分子进化和物种进化的综合。
多序列比对的目标是发现多条序列的共性。
本次实验旨在使用PHYLIP，MEGA和MrBayes构建进化树，并通过分析构树的结果，了解各方法的差异性。
作业：1. List the title of the orthologous nucleotide and protein sequences you found from Practice 1. Build phylogenetic trees with PHYLIP, MEGA and MrBayes respectively. Make a simple comparison the trees you have got, and try to explain the difference.核酸序列使用的是来自Trifolium repens（白车轴草）硬粒小麦（Triticum durum）Camellia sinensis（山茶）Cicer arietinum （鹰嘴豆）及Glycine max（大豆）dehydrin的编码脱水素（dehydrin）的DNA序列，这些物种将分别以TF，TC，Cam，Cic及Gly表示；首先对于PHYLIP中的关系，通过五种算法的构树结果可以发现其树形的差异不大。
手把手教你构建系统进化树(2021年)
97 NR 116489.1 Pseudomonas stutzeri strain VKM B-975 16S ribosomal RNA partial sequence NR 113652.1 Pseudomonas stutzeri strain NBRC 14165 16S ribosomal RNA partial sequence
进化分析流程
测序组装
• 将克隆扩增测序得到的基因进行测序。
Blast
• 比对找到相似度最高的几个基因，将这几个基因的 序列（Fasta格式文件）下载下来，整合在一个*.txt 文档中。
比对序列
• 用Mega 7.0的ClustalW做多序列联配，比对结果用*.meg格式 保存。或者用Clustal X软件进行比对，比对结果保存为*.aln, 再用Mega 转化为*.meg格式。
DNA→ DNA
ezbiocloud https:///identify
cDNA→蛋 白质
蛋白质 →cDNA
蛋白质→蛋白 质
NCBI
输入测序组装后的序列
ezbiocloud
输入序列名称 输入测序组装后的序列
比对序列
MEGA可识别fasta格式文件比对前将xxx.txt 重命名为xxx.fasta
构建系统进化树
1） 在构建系统树时，使用了Bootstrap法进行检验。在做Bootstrap时，以原序列为蓝本随机重组生成新的序列， 重复估算模型。如果原序列计算得到的分枝在新Bootstrap中依然频繁出现，则该分枝的可信度高。分枝在 Bootstrap中出现的频率就是表征分枝可信度的参数。 2） Original Tree是应用估算模型形成的最优系统树。在Original Tree上有计算得到的距离数据，可以表征两个基 因的亲缘远近；MEGA形成的Original Tree上也有频率参数，实际来自Bootstrap Consensus Tree的对应分枝。 3） Bootstrap Consensus Tree 是很多次Bootstrap得到的平均结果，它不包含进化距离信息（在设置View时无法 调用，也没有意义），分枝上的数字代表该分枝的频率参数。另外，它的拓扑结构也可能与Original Tree很不相同。
系统发育树的构建与分析方法
系统发育树的构建与分析方法系统发育学是一门研究物种进化关系的学科，通过对不同物种的形态特征、生理生态特性、分子遗传信息等数据进行分析，可以得出它们在进化树中的位置。
而系统发育树则是用来表示各物种间进化历程和亲缘关系的图形表示。
它不仅可以揭示物种之间的起源和进化演化，而且可以对生物多样性的保护和利用产生重要影响。
本文将介绍系统发育树的构建和分析方法。
一、系统发育树的构建方法1. 形态学方法形态学方法是最早用于构建系统发育树的方法。
它是根据物种的形态特征进行比较研究，如昆虫的翅膀、花的形态、动物的身体部位等。
这种方法的优点是简单易行，但缺点是由于不同物种形态特征的相似性，并不能完全反映它们在进化树上的亲缘程度，有一定局限性。
2. 分子系统发育学方法随着分子生物学的发展，分子数据也开始被应用于系统发育树的构建。
这种方法通过对物种不同基因的序列进行修建的，如rRNA、DNA、蛋白质序列等来了解它们进化的历程和亲缘关系。
因为DNA和蛋白质在进化过程中往往较为保守，且具有一定统一性，因此这种方法比形态学方法更为精确，同时也能够构建更多样化的进化模型。
3. 固定标记法固定标记法是结合形态学和分子方法的一种新技术。
它利用生物体细胞核DNA中的高度变异的区域，如微卫星（Simple Sequence Repeats, SSR）等，通过引物特异性地扩增这些标记区域，将扩增产物的大小与数量（即大小因素和数量因素）组成一个确定的数字序列，用于构建系统发育树。
这种方法因能够同时反映形态和分子信息，且具有标记简单、修建渐进、多样性较高等优点，逐渐成为研究系统发育的新方法。
二、系统发育树的分析方法一旦构建了系统发育树，便需要进行分析以研究物种间的亲缘关系、进化历程等信息。
1. 树形态分析树形态分析包括节点分支的长度、角度、直线距离等进化遗传参数的分析。
通过对树形态的分析，可以更全面地了解不同物种亲缘关系的演化特点。
2. 分子位点分析分子位点分析是指对系统发育树上指定基因位点的序列进行分析，如进化速率、突变次数、转换和替换等信息。
系统进化树的构建
系统进化树的构建1. 引言在计算机科学领域，系统进化树是一种用于描述和分析软件系统演化历史的工具。
它可以帮助我们理解软件系统是如何随着时间发展和演变的，以及不同版本之间的关系。
通过构建系统进化树，我们可以更好地了解软件系统的演化规律，为软件维护、升级和迭代提供有效的指导。
本文将详细介绍系统进化树的构建方法，并提供相关示例和实践经验。
2. 构建方法2.1 数据收集构建系统进化树的第一步是收集相关数据。
这些数据可以来自于版本控制系统、缺陷跟踪系统、代码仓库等多个来源。
主要包括以下几个方面：•版本信息：记录每个版本的发布日期、版本号等基本信息。
•变更集：记录每个版本中进行了哪些变更，包括新增功能、修改bug等。
•缺陷报告：记录每个版本中出现的缺陷报告，包括缺陷编号、严重程度等。
•代码仓库：记录每个版本中所使用的代码库快照。
2.2 数据预处理在进行数据分析之前，需要对收集到的数据进行预处理。
主要包括以下几个方面：•数据清洗：去除重复、无效或不完整的数据。
•数据整合：将不同来源的数据进行整合，建立关联关系。
•数据格式化：将数据转换为统一的格式，方便后续分析和处理。
2.3 构建演化关系构建系统进化树的核心是建立不同版本之间的演化关系。
可以使用以下两种方法来实现：2.3.1 基于变更集通过分析每个版本中的变更集，可以识别出新增、修改和删除的功能模块或代码文件。
根据这些变更信息，可以构建出一个版本间的差异图，从而揭示出系统演化的路径。
2.3.2 基于缺陷报告通过分析每个版本中出现的缺陷报告，可以识别出哪些缺陷被修复，并确定修复缺陷所涉及到的代码文件或功能模块。
根据这些信息，可以构建出一个修复路径图，从而揭示系统演化过程中缺陷修复的路径。
2.4 可视化展示构建完成系统进化树后，需要将其以可视化形式展示出来。
常用的可视化工具有网络图、树状图等。
通过可视化展示，可以更直观地了解系统的演化历史和各个版本之间的关系。
3. 示例与实践经验3.1 示例以一个开源软件项目为例，假设我们收集到了该项目的版本控制记录、缺陷报告和代码仓库快照。
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
基因组 snp 系统发育进化树
基因组 snp 系统发育进化树
基因组SNP系统发育进化树是通过分析基因组中的单核苷酸多
态性（SNP）来揭示不同物种或个体之间的系统发育关系和进化历史
的工具。
这种方法利用基因组中的单核苷酸变异信息，比较不同个
体或物种之间的差异，从而构建进化树来显示它们之间的亲缘关系。
首先，基因组SNP系统发育进化树的构建需要收集大量的基因
组数据，包括不同物种或个体的基因组序列。
然后，通过测序技术
和生物信息学分析，可以识别出这些基因组中的SNP，即在不同个
体之间存在的单核苷酸差异。
这些SNP的信息被用来计算不同个体
或物种之间的遗传距离，从而构建系统发育进化树。
系统发育进化树可以显示不同物种或个体之间的亲缘关系和进
化历史。
树状图的分支代表了不同的物种或个体，而分支的长度和
分叉的位置反映了它们之间的遗传距离。
基因组SNP系统发育进化
树的构建可以帮助我们了解不同物种之间的演化关系、迁徙历史以
及遗传多样性等重要信息。
此外，基因组SNP系统发育进化树在生物学研究和物种鉴定中
具有重要的应用。
它可以帮助科学家们识别物种之间的亲缘关系，
研究物种的起源和演化过程，以及进行种群遗传学和进化生态学方面的研究。
同时，基因组SNP系统发育进化树也为医学研究提供了重要的参考，例如在人类疾病遗传研究中，可以利用基因组SNP系统发育进化树来探索不同人群之间的遗传差异和相关性。
总之，基因组SNP系统发育进化树是一种重要的工具，它通过分析基因组中的单核苷酸多态性，帮助我们揭示不同物种或个体之间的系统发育关系和进化历史，对生物学研究和物种鉴定具有重要意义。
浅谈系统发育分析及进化树制作45页PPT
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更得到法律的保护 。—— 威·厄尔
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
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Bootstrap－自展法
A.重新取样(100-1000 time). 12345 100
1 : ATCTG…A 2 : ATCTG…C 3 : ACTTA…C 4 : ACCTA…T
12345 100 1 : AATTT…T 2 : AATTT…G 3 : AACTT…T 4 : AACTT…T
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源物种, 与分析序列相关且具有适当的亲缘 关系
结
根
一个单位
0.5
点
分支 长度
距离标尺
外
人
猩 猩
狒 狒 群
进化支
系统发育进化树示例
系统进化树
黄 病 毒 家 族
• 从排列的多序列中随机有放回的抽取某一列，构 成相同长度的新的排列序列
• 重复上面的过程，得到多组新的序列 • 对这些新的序列进行建树，再观察这些树与原始
树是否有差异，以此评价建树的可靠性 • 一般Bootstrap重复取样次数要大于100（一般文章
要求1000），根据每个分支在不同此取样时出现 的频率赋予该分支一个百分比。 • 如果严格根据统计学概念，该百分比要大于95％ 采认为该分支的较为可信。在实际应用中该值大 于75％就认为可信，细菌等相似度更大的分类中 ，大于50%就可以认为可信。
基于特征的方法
不计算序列间的距离，而是将序列中有差异的位点作为单 独的特征，并根据这些特征来建树。
系统发育树构建的分析过程
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
联系：
虽然基因树不能等同于物种树, 但基因树的分支形式能够反映物 种的进化历史。病毒比较简单，遗传多态性较弱，一般而言结构 蛋白基因构建的基因树最能接近物种树表达的进化关系。
物种树
基因树
人类偏肺病毒的确认
SARS“新”型冠状病毒
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
11244 x
12345 100 1 : TTTAT…T 2 : TAACC…G 3 : TAACC…T 4 : TGGGA…T
47789…x
12345 100 1 : AGGTA…T 2 : AGGAC…G 3 : AAAAC…A 4 : AAAGG…C
15578…x
Bootstrap－自展法
B. 每组取样重建进化树.
• 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
• 研究意义：
通过序列同源性的比较进而了解基因的进化以及生物系统发生的 内在规律
分子系统发育的核心是——构建系统发育进化树
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：进化关系的图形表示 进化分支长度：
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）
系统发育树构建的评估
• 用截然不同的距离矩阵法与简约法分析一个数据 集，如果能够产生相似的系统发生树，这样的树 可以认为是可靠的
• 用Bootstrap（自展法）检验源自Bootstrap－自展法
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
系统发育树构建的基本方法
基于距离的方法
首先通过各个物种之间的比较，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。
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
12345 100 1 : AATTT…T 2 : AATTT…G 3 : AACTT…T 4 : AACTT…T
黄热病毒
达卡尔蝙蝠黄病毒
基因树和物种树
基因树(gene tree)：
当一个系统进化树是根据某一个基因数据构建而来的,称为基因 树。因为这种树代表的仅仅是单个基因的进化历史。而不是它所 在物种的进化历史。
物种树(species tree)：
反映物种之间真实进化关系的系统进化树被称为物种树。例如一 项关于植物进化的研究中，用了100个不同的基因来构建物种树。
Phylogenetic analysis of SARS proteins. Unrooted phylogenetictrees were generated by clustalw
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。
建立进化树
进化树评估
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
浅谈系统发育分析及进化树制作文稿演示
优选浅谈系统发育分析及进化 树制作
人类偏肺病毒的确认
Phylogenetic analysis of ORFs of hMPV
黄
病
毒
家
族
乙型脑炎病毒
黄热病毒
达卡尔蝙蝠黄病毒
SARS新型冠状病毒 “新”在哪里？
30 MAY 2003 VOL 300 SCIENCE:1399-1404