分子进化分析与相关分析软件的应用共124页

分子进化研究的目的
从物种的一些分子特性出发，从而了 解物种之间的生物系统发生的关系。
蛋白和核酸序列 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。
系统发育树是什么？
对一组实际对象的世系关系的描述（如基 因，物种等）。
一个系统发育树
末端分支
末端 物种 顶端 叶子
中间节点 中间枝条 节点
根
树只代表分支的拓扑结构
A BC D F G E†
D C F GA B E†
分子进化研究的基础（假设）
❖ 核苷酸和氨基酸序列中含有生物进化历史的 全部信息。
分子进化研究的基础（理论）
❖ 在各种不同的发育谱系及足够大的进化时间 尺度中，许多序列的进化速率几乎是恒定不 变的。（分子钟理论， 1965 ）
eukaryote
eukaryote
无根树
eukaryote
Rooted by outgroup
有根树
root
eukaryote
bacteria outgroup 外围群
archaea archaea archaea
Monophyletic group(单源群)
eukaryote eukaryote
系统发育树重建分析步骤
多序列比对（自动比对，手工比对） 建立取代模型（建树方法） 建立进化树 进化树评估
The Source Below Come From:
Bioinformatics Sequence and Genome Analysis
David W.Mount Chapter 6 Phylogenetic Prediction
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
分子进化分析与相 关分析软件的应用
生命科学学院 2005.4
内容提要
❖ 分子进化分析介绍 ❖ 系统发育树重建方法 ❖ Phylip软件包在分子进化分析中的应用 ❖ PAUP*在分子进化分析中的应用
内容提要
❖ 分子进化分析介绍 ❖ 系统发育树重建方法 ❖ Phylip软件包在分子进化分析中的应用 ❖ PAUP*在分子进化分析中的应用
TRENDS in Genetics Vol.18 No.12 December 2002
tig.trends 01689525/02/$ – see front matter © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
以上两个概念代表了两个不同的进化事件 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。
分子进化分析与相关分析软件的应用
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 பைடு நூலகம்，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
Phylograms show
Bacterium 1
branch order and
Bacterium 2
branch lengths
Bacterium 3
进化树，有分支和支长
Eukaryote 1
信息
Eukaryote 2
Eukaryote 3
Eukaryote 4
3.有根树，无根树，外围群
archaea archaea archaea
(以上定义源自Fitch, W.M. (1970) Distinguishing
homologous from analogous proteins. Syst. Zool. 19,
99–113)
paralogs orthologs
paralogs
orthologs
Erik L.L. Sonnhammer Orthology,paralogy and proposed classification for paralog subtypes
系统发育树重建的基本方法
❖ 最大简约法(maximum parsimony,MP) ❖ 距离法(distance) ❖ 最大似然法(maximum likelihood,ML)
最大简约法（MP）
最大简约法(maximum parsimony,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，这个原则认 为：解释一个过程的最好理论是所需假设数 目最少的那一个。对所有可能的拓扑结构进 行计算，并计算出所需替代数最小的那个拓 扑结构，作为最优树。
趋同进化的基因
(genes have converged function by separate evolutionary paths)
异源基因或水平转移基因
(xenologous or horizontally transferred genes)
2.进化分支图，进化树
Bacterium 1
Bacterium 2
Bacterium 3 Eukaryote 1 Eukaryote 2
Eukaryote 3
Cladograms show branching order branch lengths are meaningless 进化分支图，只用分支 信息，无支长信息。
Eukaryote 4
eukaryote eukaryote
Monophyletic group
4.基因树，物种树
a Gene tree
b
A Species tree
B
c
D
We often assume that gene trees give us
species trees
内容提要
❖ 分子进化分析介绍 ❖ 系统发育树重建方法 ❖ Phylip软件包在分子进化分析中的应用 ❖ PAUP*在分子进化分析中的应用
分子进化研究的基础（实际）
❖ 虽然很多时候仍然存在争议，但是分子进化 确实能阐述一些生物系统发生的内在规律。
序列分歧度
分子钟理论
从一个分歧数据可以推测其他
y x
分歧时间
直系同源与旁系同源
❖ 直系同源(orthologs): 同源的基因是由于 共同的祖先基因进化而产生的.
❖ 旁系同源(paralogs): 同源的基因是由于 基因复制产生的.