系统发生树构建和分析
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。
系统发生树构建和分析
系统发生树构建和分析姓名________ 学号______________ 分组编号_____ 日期________年___月___日1.参阅ABC网站有关资料，查阅相关文献，说明以下基本概念1)分子演化和系统发生2)序列相似性（Similarity）和序列同源性（Homology）3)直系同源（Ortholog）和旁系同源（Paralog）4)核苷酸替换模型和氨基酸替换模型5)突变速率和分子钟6)进化分支树（Cladogram）和系统发生树（Phylogram）7)基因树和物种树8)无根树和有根树9)分支和节点10)内部节点和外部节点11)根节点和叶节点12)距离法和位点法13)最大简约法和最大似然法2.参阅ABC网站中有关资料，查阅相关文献，回答以下问题1)构建系统发生树的基本步骤2)构建系统发生树时选择核苷酸序列或氨基酸序列的原则3)利用自举法（Bootstrap）检验系统发生树稳定性的原理4)确定无根树根节点的方法5)如何通过所构建的系统发生树判断“先有物种”还是“先有基因”6)不同建树方法的基本原理和特点3.人珠蛋白基因家族系统发生树实例1)以人珠蛋白基因家族12个成员蛋白质序列，用MEGA邻接法构建系统发生树；选择不同氨基酸替换模型（Substitution Model），比较所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。
2)以人珠蛋白基因家族12个成员编码区序列，用MEGA 邻接法构建系统发生树；，选择不同核苷酸替换模型，比较所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。
3)根据所构建的系统发生树，参阅Burmester 和Hardision论文，说明人珠蛋白基因家族12个成员之间的演化关系。
4.人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族系统发生树实例1)以人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族37个成员编码区序列，采用邻接法、最大简约法和最大似然法构建系统发育树，选择适当的替换模型和参数，比较采用不同方法、不同模型和不同参数时所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值。
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)
多重序列比对及系统发生树的构建
多重序列比对及系统发生树的构建【实验目的】1、熟悉构建分子系统发生树的基本过程，获得使用不同建树方法、建树材料和建树参数对建树结果影响的正确认识；2、掌握使用Clustalx进行序列多重比对的操作方法；3、掌握使用Phylip软件构建系统发生树的操作方法。
【实验原理】在现代分子进化研究中，根据现有生物基因或物种多样性来重建生物的进化史是一个非常重要的问题。
一个可靠的系统发生的推断，将揭示出有关生物进化过程的顺序，有助于我们了解生物进化的历史和进化机制。
对于一个完整的进化树分析需要以下几个步骤：⑴ 要对所分析的多序列目标进行比对（alignment）。
⑵ 要构建一个进化树（phyligenetic tree）。
构建进化树的算法主要分为两类：独立元素法（discrete character methods）和距离依靠法（distance methods）。
所谓独立元素法是指进化树的拓扑形状是由序列上的每个碱基/氨基酸的状态决定的（例如：一个序列上可能包含很多的酶切位点，而每个酶切位点的存在与否是由几个碱基的状态决定的，也就是说一个序列碱基的状态决定着它的酶切位点状态，当多个序列进行进化树分析时，进化树的拓扑形状也就由这些碱基的状态决定了）。
而距离依靠法是指进化树的拓扑形状由两两序列的进化距离决定的。
进化树枝条的长度代表着进化距离。
独立元素法包括最大简约性法（M aximum Parsimony methods）和最大可能性法（Maximum Likelihood methods）；距离依靠法包括除权配对法（UPGMAM）和邻位相连法（Neighbor-joining）。
⑶ 对进化树进行评估，主要采用Bootstraping法。
进化树的构建是一个统计学问题，我们所构建出来的进化树只是对真实的进化关系的评估或者模拟。
如果我们采用了一个适当的方法，那么所构建的进化树就会接近真实的"进化树"。
构建系统发育树的步骤
构建系统发育树的步骤
1. 收集种群样本：首先要选择一组相关的生物种群作为研究对象，并从不同地理区域或时间点采集具有代表性的样本。
2. 提取DNA：从样本中提取DNA，通常使用PCR技术扩增并纯化DNA。
3. 测序：对DNA进行测序，可以通过Sanger测序或高通量测序方法。
4. 序列比对：将不同样本的DNA序列进行比对，查找共有的相同或不同点。
5. 构建系统发育树：根据不同生物之间DNA序列的相似度，对各种生物类群进行分类和排列，以此建立系统发育树。
6. 验证树的假设：进行统计推断和深入分析，验证系统发育树的假设，确保树的枝条和叶节点都具有生物学意义。
7. 解释结果：解释树的拓扑结构和演化关系，关注不同物种或层级之间的相似性和差异性，并从中探究生物的进化历史和机制。
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
系统发生树详解
系统发生树构建的步骤一般有下面几步:I,对文件10.8\protein sequence 的序列进行多序列比对,一般用clustalx/w软件完成.这里我们用软件BioEdit内置的clustalw来做多序列比对;II,对clustalw产生的多序列比对文件进行修剪,去掉比对后相似序列中没有对应的序列，前后全部对齐;III,将修剪后的多序列比对文件转换成系统发生软件所需的文件格式并保存.这里我们是采用mega来做系统发生树的,所以须将修剪后的多序列比对文件转成.meg的文件格式;IV,用系统发生软件构树(采用多种方法UPGMA,N-J, Maximum likelihood等);具体做法如下:①将protein sequence 的序列文件导入到BioEdit中做多序列比对,这里有好几种做法: a,将所有的序列文件全部保存在一个txt文件中,然后用BioEdit打开;(该方法比较麻烦) b,用DNASTAR中的Editseq工具将所有文件打开,然后用File菜单中Export all as one…按钮将所有的单蛋白质序列文件保存成一个多蛋白质序列文件,文件格式为.fastac,直接用BioEdit中File>new alignment>import>sequences alignment file(这里需要注意的是在导入序列文件时要将导入文件的类型选为All Files否则BioEdit将默认显示phy, gb, aln等文件而看不到其他文件);(推荐)导入后如图:alignment，如下图：比对后产生文件,其序列如下:③对clustalw产生的多序列比对文件进行修剪, 去掉比对后相似序列中没有对应的序列，前后全部对齐,可以直接用BioEdit的edit mode来做也可以用mega5>align>edit/buildalignment来做这里采用后者;format来导出文件,其文件内容如图:④用mega5建树.File>open a file打开已经转好的文件然后phylogeny下的不同方法UPGMA, N-J, Maximum likelihood得到各种树选择您感兴趣的基因，进行多物种的基因组搜索，将获得的序列进行基因序列特征分析，并构建多序列比对和系统发生树，请阐明选择基因的目的、试验步骤和进行结果分析。
构建系统发生树的方法
构建系统发生树的方法构建系统发生树是一种对于系统进行分析和优化的有效方法，在实践中有许多种方法可以构建系统发生树。
以下是10条关于构建系统发生树的方法，并对每条方法进行详细描述。
1. 系统流程图系统流程图是一种常见的构建系统发生树的方法。
通过对系统的主要流程进行图形化的描述，可以更好地了解系统的组成部分以及它们之间的关系。
系统流程图往往是由开始和结束节点、处理节点和决策节点组成的。
前者用来表示系统的输入和输出，后者则用来表示系统的核心过程和逻辑判断。
2. 系统分层结构图系统分层结构图是将系统按照层次进行组织和描述的一种方法。
通过将系统分解为多个层次，并描述这些层次之间的关系，可以更好地了解系统的组成和结构。
这种方法通常用于处理大型和复杂的系统，能够帮助开发人员更好地管理和优化系统。
3. 系统模块图系统模块图是一种用于展示系统模块和它们之间关系的图形化表示方法。
系统模块图通常由多个模块和模块之间的输入和输出组成。
每个模块通常都对应一个特定的功能或业务逻辑。
通过了解系统中各个模块之间的关系和作用，可以更好地理解系统的架构和逻辑。
4. 系统数据流图系统数据流图是一种用来描述系统数据传输流程的图形化表示方法。
该方法通常由多个数据流和与这些数据流相关的处理过程组成。
每个数据流都对应一个特定的数据，而每个处理过程通常都包含两个或多个数据流。
通过了解系统中各个数据流之间的关系和流动过程，可以更好地理解系统的功能和性能。
5. 系统性能图系统性能图是一种用于展示系统性能指标和变化趋势的图形化表示方法。
该方法通常包括多个参数和变量，比如系统响应时间、吞吐量、并发数等。
通过了解系统性能参数的表现和变化趋势，可以更好地理解系统的性能瓶颈和瓶颈优化的方向。
6. 事件序列图事件序列图是一种用于展示系统中事件和处理过程之间关系的图形化表示方法。
该方法通常由一个或多个故障事件和与之相关的处理过程组成。
通过了解系统中各个事件和处理过程之间的关系，可以更好地了解系统的运行过程和故障排查过程。
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。
初二生物系统发生树构建方法
初二生物系统发生树构建方法生物系统发生树是一种用来描述生物进化关系的图形工具，它可以帮助我们理解不同物种之间的亲缘关系和进化历史。
构建生物系统发生树需要收集大量的生物学数据，并运用一系列的分析方法。
本文将介绍初二生物系统发生树构建的方法。
一、确定研究对象要构建生物系统发生树，首先需要确定研究对象。
可以选择一组具有亲缘关系的物种作为研究对象，比如不同种类的昆虫、鱼类或者植物。
在选择研究对象时，需要考虑它们的进化关系已经被广泛研究并且有可靠的分类信息可供参考。
二、收集分类信息为了构建生物系统发生树，我们需要收集各个物种的分类信息。
这包括它们的科、属、种等分类级别。
分类信息可以通过查阅专业的生物学书籍和数据库获得。
三、收集形态和分子数据除了分类信息，形态和分子数据是构建生物系统发生树的重要依据。
通过观察物种的外部形态特征，比如体型、花朵形状、翅膀结构等，可以推测它们的亲缘关系。
此外，通过分析物种的DNA序列，尤其是核酸或蛋白质序列，可以揭示它们的遗传关系。
因此，我们需要收集和记录物种的形态和分子数据。
四、进行系统发生树分析系统发生学是构建生物系统发生树的主要工具。
它利用形态和分子数据进行计算，通过比较不同物种之间的相似性和差异性，推断它们之间的进化关系。
常用的系统发生学方法包括距离法、最大简约法和最大似然法等。
在进行系统发生树分析前，需要选择合适的方法，并准备好相关的计算软件。
五、树构建在进行系统发生树分析后，我们可以通过计算机软件生成生物系统发生树。
树的构建过程会考虑到物种之间的进化距离和分支长度等因素。
树的构建可以使用专业的系统发生学软件，如MEGA和PHYLIP 等。
生成的树结构可以通过图像输出和基因组数据展示。
六、树解读和分析生成生物系统发生树后，我们需要对树进行解读和分析。
树的分枝结构和分枝长度等特征可以帮助我们理解物种之间的进化关系。
同时，树还可以用来预测物种的共同祖先和演化路径等信息。
通过对树的分析，我们可以深入理解生物的进化历史和多样性。
系统进化树的构建
系统进化树的构建一、什么是系统进化树系统进化树，又称为生命进化树或物种树，是描述生物进化关系的一种图形表达方式。
它通过比较不同物种之间的形态、生理特征以及遗传信息等多方面的数据，将它们按照演化顺序排列在一个分枝结构图中，以展示各个物种之间的亲缘关系和演化历程。
二、系统进化树的构建方法1. 形态学比较法形态学比较法是最早被使用的构建系统进化树的方法。
该方法主要通过对不同物种之间形态特征的比较，确定它们之间的亲缘关系。
例如，通过对鸟类翅膀长度和颜色等特征进行比较，可以确定它们之间的亲缘关系，并将它们排列在一个分枝结构图中。
2. 分子生物学方法随着分子生物学技术的发展，越来越多的研究者开始使用DNA序列等遗传信息来构建系统进化树。
这种方法主要是通过比较不同物种DNA 序列或蛋白质序列之间的差异性，来推断它们之间的亲缘关系。
例如，通过对人类、猩猩和大猩猩的DNA序列进行比较，可以确定它们在进化过程中的亲缘关系。
3. 综合方法综合方法是将形态学比较法和分子生物学方法结合起来，以获得更准确的系统进化树。
该方法主要是通过对不同物种之间形态特征和遗传信息等多方面的数据进行综合分析，来推断它们之间的亲缘关系。
例如，通过对恐龙化石的形态特征和DNA序列进行比较，可以确定它们在进化过程中的亲缘关系。
三、系统进化树的构建步骤1. 收集数据构建系统进化树需要收集大量的数据，包括形态特征、遗传信息等多方面的数据。
这些数据可以通过实验、文献调查等方式获取。
2. 数据处理收集到的数据需要进行处理和分析，以便于构建系统进化树。
这些处理包括序列比对、计算差异性等操作。
3. 构建树型结构在经过数据处理后，就可以开始构建系统进化树了。
该步骤主要是将不同物种之间的亲缘关系按照演化顺序排列在一个分枝结构图中。
4. 树型验证构建完系统进化树后，需要对其进行验证。
这可以通过计算分支长度、计算拓扑稳定性等方式来实现。
四、系统进化树的应用1. 生物分类学研究系统进化树可以帮助生物学家更准确地确定不同物种之间的亲缘关系，从而更好地进行生物分类学研究。
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。
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
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。
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。
叶绿体基因组系统发育树的构建
叶绿体基因组系统发育树的构建
叶绿体基因组是一种常用的分子标记，可用于构建植物的系统发育树。
构建叶绿体基因组系统发育树的步骤如下：
1. 叶绿体基因组测序：首先进行叶绿体基因组的测序，获取叶绿体基因组的完整序列信息。
2. 叶绿体基因组序列比对：将测得的叶绿体基因组序列与已知的参考序列进行比对，找出相似的序列区域。
3. 序列选择：根据不同研究目的和物种特点，选择一些适当的叶绿体基因组序列作为研究对象。
一般选择高度保守的基因，如rbcl、matK等。
4. 序列比对：将选定的叶绿体基因组序列进行多序列比对，找出序列间的相似性和差异性。
5. 构建系统发育树：利用多序列比对结果，采用系统发育学分析的方法，如最大似然法、最小进化法等，构建叶绿体基因组的系统发育树。
6. 树的评估和解读：对构建的系统发育树进行评估，包括支持值（bootstrap值）和相似度等。
根据系统发育树的拓扑结构和分支长度，解读物种间的亲缘关系和进化历史。
需要注意的是，叶绿体基因组系统发育树的构建是一种较为复杂和精细的分析过程，需要较高的数据分析能力和专业知识。
同时，样本选择、序列比对和系统发育分析方法的选择也会对结果产生一定影响，因此需要进行合理的设计和操作。
构建系统发育树方法
构建系统发育树方法
构建系统发育树的方法主要有以下几种：
1. 最大简约法：该方法通过比较各个分类单位之间的特征相似性，选择具有最少进化步骤的系统树作为最佳解。
最大简约法常用的算法有邻接法和分枝定界法。
2. 距离法：该方法通过测量各个分类单位之间的距离，构建进化距离矩阵，再通过层次聚类等方法构建系统树。
常用的距离法有UPGMA（最大平均连接法）和Neighbor-Joining（邻居联接法）等。
3. 最大似然法：该方法通过建立进化模型，利用统计模型估计各个分类单位之间的进化距离和树的拓扑结构，选择最大似然值最高的系统树作为最佳解。
4. 贝叶斯推理法：该方法通过建立贝叶斯统计模型，利用贝叶斯推理计算出各个分类单位之间的进化关系和树的拓扑结构概率分布，选择概率最高的系统树作为最佳解。
这些方法在具体操作中还可以结合不同的分子标记（如DNA序列、蛋白质序列等）和分析工具（如软件程序）来构建系统发育树。
同时，不同方法的结果可能存在差异，因此在实际应用中需要综合考虑多个方法的结果来得出最终的系统发育关系。
细菌系统发育树的分析与构建
细菌系统发育树的分析与构建
细菌系统发育树分析和构建是重要的微生物进化工作。
它不仅有助于我们研究细菌的系统发育史，而且可以提供宝贵的信息，以便我们更好地了解细菌的关联性以及改善微生物分类法。
分析与构建细菌系统发育树的过程通常包括以下步骤：（1）从候选的细菌中收集
数据，然后从中提取最有信息值的标识符，如16S rRNA序列；（2）确定候选细菌之间
的分子进化关系，通常这是通过算法，如联立方突变分析；（3）使用算法，将候选细菌
排序，建立一个系统发育树；（4）测试系统发育树是否可信，例如使用Bayesian定性统计检验；（5）将细菌分类到物种和自然属级别，以便更好地说明系统发育树的特征。
为了建立准确的细菌系统发育树，数据的质量与种数对最终树的准确性有很大影响，因此选择和收集有关候选细菌的质量数据是整个分析与构建过程中非常重要的一步。
最常用的细菌质量数据是核糖核酸序列（如16S rRNA），它可以有效地跨越主要的系统发育树枝。
此外，建立的系统发育树应经常检查和修正，以确保树的正确性。
此外，还需要定期更新
数据集，以确保系统发育树具有最新的分子进化信息。
最后，通过建立细菌系统发育树，我们可以更好地理解细菌的相关性，从而改善现存的微
生物分类方法，同时在不同细菌物种间建立良好的关联。
此外，这些细菌系统发育树也帮
助了在细菌抗性领域中的研究，并为抗性细菌的了解与治疗提供宝贵的信息。
因此，细菌
系统发育树的分析与构建是重要的一步，从而可以提供重要的信息以改善我们对细菌起源、进化和系统发育机理的理解。
手把手教你构建系统进化树
3、比对序列，比对结果转化为*.meg格式
用 Mega 6.0 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 6.0转化为*.meg格式。
4、构建系统进化树
打开保存的*.meg格式文件，选择邻接法构建系统发育 进化树。
以外米缀蛾的cds为例，点击cds，出现下图。
点击FASTA，出现下图。
该图为外米缀蛾的 FASTA格式，如何保 存见下图
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。
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。
文件名未下载时不要更改，下下来之后再更改
MEGA6可以识别fasta格式文件。如图，将全 部-基因.txt重命名为全部-基因.fasta
•选择打开方式为MEGA6，打开全部-基因.fasta，自动跳出序列窗口 •用ClustalW做多序列联配
如何构建系统进化树
YZU.TRY
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（如估计的演名称要么全部 斜体，要么全部不斜体，无法只让拉丁文斜体
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系统发生树构建和分析
姓名________ 学号______________ 分组编号_____ 日期________年___月___日
1.参阅ABC网站有关资料，查阅相关文献，说明以下基本概念
1)分子演化和系统发生
2)序列相似性（Similarity）和序列同源性（Homology）
3)直系同源（Ortholog）和旁系同源（Paralog）
4)核苷酸替换模型和氨基酸替换模型
5)突变速率和分子钟
6)进化分支树（Cladogram）和系统发生树（Phylogram）
7)基因树和物种树
8)无根树和有根树
9)分支和节点
10)内部节点和外部节点
11)根节点和叶节点
12)距离法和位点法
13)最大简约法和最大似然法
2.参阅ABC网站中有关资料，查阅相关文献，回答以下问题
1)构建系统发生树的基本步骤
2)构建系统发生树时选择核苷酸序列或氨基酸序列的原则
3)利用自举法（Bootstrap）检验系统发生树稳定性的原理
4)确定无根树根节点的方法
5)如何通过所构建的系统发生树判断“先有物种”还是“先有基因”
6)不同建树方法的基本原理和特点
3.人珠蛋白基因家族系统发生树实例
1)以人珠蛋白基因家族12个成员蛋白质序列，用MEGA邻接法构建系统发生树；选
择不同氨基酸替换模型（Substitution Model），比较所构建的系统发生树的拓扑结
构和稳定性值（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。
2)以人珠蛋白基因家族12个成员编码区序列，用MEGA 邻接法构建系统发生树；，
选择不同核苷酸替换模型，比较所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值
（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。
3)根据所构建的系统发生树，参阅Burmester 和Hardision论文，说明人珠蛋白基因
家族12个成员之间的演化关系。
4.人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族系统发生树实例
1)以人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族37个成员编码区序列，采用邻接法、最大
简约法和最大似然法构建系统发育树，选择适当的替换模型和参数，比较采用不同
方法、不同模型和不同参数时所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值。
2)根据上述人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族37个成员编码区序列系统发生树，
参阅相关文献，说明珠蛋白基因家族的起源和演化。
5.血红蛋白alpha亚基系统发生树实例
1)从脊椎动物中选取若干代表性物种，根据传统分类学知识，描述它们之间的系统发
生关系，用MEGA软件中User Tree/Display Newick trees绘制系统发生树。
2)从UniProt中提取上述代表性物种的血红蛋白alpha亚基氨基酸序列，用MEGA 构
建系统发生树；选择适当的方法、模型和参数，以获得稳定性较好的系统发生树。
比较所构建的系统发生树与基于传统分类学的系统发生树的异同。
6.课题相关系统发生树构建
1)基于课题相关蛋白质或基因家族，选择代表性物种，根据传统分类学知识，描述它
们之间的系统发生关系，用MEGA软件中User Tree/Display Newick trees绘制系统
发生树。
2)从UniProt中提取上述代表性物种的蛋白质序列，用MEGA 构建系统发生树；选
择适当的方法、模型和参数，以获得稳定性较好的系统发生树。
比较所构建的系统
发生树与基于传统分类学的系统发生树的异同。
3)从RefSeq或GenBank中提取上述代表性物种的核苷酸序列，用MEGA 构建系统
发生树；选择适当的方法、模型和参数，以获得稳定性较好的系统发生树。
比较所
构建的系统发生树与基于传统分类学的系统发生树的异同。
4)分析所构建的系统发生树，阅读相关文献，说明系统发生分析对课题研究的作用。