2014分子系统学
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2014@ 生命科学学院 分子系统学
黄冈师范学院
Phylogenetic analysis系统发育分析
2014@ 生命科学学院 分子系统学
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5.The steps of phylogenetics analysis
2014@ 生命科学学院 分子系统学
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2014@ 生命科学学院 分子系统学
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Phylogeny Reconstruction
markers（分子标记）.
The theory and methodology of phylogeny
inference from sequence of
macromolecules（生物大分子序列）.
2008@ 生命科学与工程学院 动物学
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1.4
History of molecular systematics
系统学方法
2014@ 生命科学学院 分子系统学
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分子系统学近期采用的分子标记
Organellar genes细胞器基因
mt DNA 线粒体DNA mitochondrial genome
nDNA核基因 Nuclear genes 核基因
Plants and animals are diploid二倍体 or polyploid 多倍体
Bryodema luctuosum luctuosum
mitochondrion, complete genome GenBank: HQ833839.1 FASTA （文本格式）Graphics（图形格式）
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GenBank格式文件
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GenBank格式文件（续）
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GenBank格式文件（续）
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阅读两种格式文件
FASTA （文本格式）：前半部分为 注释；后半部分为序列。 Graphics（图形格式）：图示线粒 体基因在两条链上的分布。
广义上指某一生理条件下，细胞内所有转录产物的 集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非 编码RNA ; 狭义的是指所有信使RNA集合。 转录组测序技术是把mRNA,smallRNA,and NONcoding RNA等用高通量测序技术把它们的序列 测出来。全面快速地获取某一物种特定器官或组织 在某一状态下的几乎所有转录本。
2008@ 生命科学与工程学院 动物学
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1.2 Topics of molecular evolution
Patterns of substitution(碱基替换类型)
Rates of substitution(碱基替换速率)
Mechanisms and forces of molecular
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第四部份 分子系统学
主讲教师 钟玉林
2008@ 生命科学与工程学院 动物学
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1. Introduction
Evolution 进化is a central principle of biology, phylogeny 系统发育is a central principle of evolution. 分子进化(molecular evolution) 分子系统学(molecular systematics) 分子系统发育学(molecular phylogenetics) Taxonomy分类学:
PAUP 4.0b (Win) ：PAUP是由Swofford所编写的利用简约分析进行系统发 育分析 (phylogenetic analysis using parsimony) 的软件包，目前亦有多个 版本。
6.3生成树软件
TreeView 1.6.6：TreeView是用来生成与打印进化树的软件它可以读取NEXUS 与PHYLIP生成的进化树格式文件，生成进化树，并输出到打印机。
GenBank获得目标序列
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复制该段序列，用于建立Fasta格式文件
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自建用于系统发育分析的Fasta格式文件
单击鼠标右键，建立文本文件：
>Bryodema-luctuosum-luctuosum 基因序列1
>
基因序列2 > 基因序列n
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Classification, Description, Identification, Nomenclature Classification分类: The systematic grouping of organisms into categories on the basis of evolutionary or structural relationships between them Systematics系统学: The classification of organisms in an ordered system that indicates natural relationships.
Protists may be haploid,单倍体 diploid, or polyploid Nuclear genes are often in gene families 基因家族 With sexual reproduction, things get complicated by
Phylogeny approaches
Distance Method 距离法 Most Parsimony (MP) 最简约法 Maximum Likelihood (ML)极似然法 Bayesian Inference (BI)贝叶氏系统发育推论
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3.基于生物信息学与分子系统发育分 析软件的系统学方法
3.1 DNA序列的获取
检索全线粒体基因数据
进入NCBI主页 (www.ncbi.nih.nlm.gov/) 后，在下拉菜单选择Necleotide, 在Search框 中选择 分类类群+ complete mitochondrion ，点击Search即可搜索出符合条件的序 列。
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2.Evolutionary changes of DNA sequences
Base substitution碱基替换
Transition (Ts)转换 Tranversion (Tv or Ti)颠换
Insertion or deletion 插入或缺失(indel)
recombination重组
rDNA核糖体DNA 转录组
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飞蝗的线粒体基因组
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分子系统学近期采用的分子标记
rDNA：核糖体DNA 核糖体RNA百度文库因
18s RNA & 28 s RNA
转录组（transcriptome） ：
Taxonomy+ relationships
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1.1 Molecular evolution
Macromolecules and Micromolecules Macromolecules: with information (带信息生物大分子) DNA: 1st level information mRNA: 2nd level information Protein: 3rd level information The evolution of macromolecules : rates and patterns
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GenBank获得目标序列
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Fasta格式文件
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Graphics文件
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点击某个基因，获得对应的基因序列
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6. 系统发育分析常用软件
6.1 比对软件
ClustalX 1.83：用来对核酸与蛋白序列进行多序列比较 (multiple sequence alignment) 的软件。
6.2 系统发育分析软件
MEGA 4.1：分子进化遗传分析MEGA (molecular evolutionary genetics analysis) 是由Kumar等所编写的分子进化遗传分析的软件包。在版本4.1中， 它能对DNA、mRNA、氨基酸序列及遗传距离进行系统发育分析。
Most of the models deal with substitution only
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分子系统学—以分子标记作为性状的 系统学研究
基因组总DNA的提取与质量检测
分子标记选择与PCR扩增
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扩增产物带谱分析或纯化与测序获得序列
基于生物信息学与分子系统发育分析软件的
I. lab methods 实验室方法：扩增与测序 II. data analysis 数据分析：算法、模型、 软件 III. Bioinformatics生物信息学 Database：Genbank（NCBI），EMBL
欧洲分子生物学实验室，DDBJ日本生物数 据库
Algorithm算法 Software软件
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进入NCBI主页
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NCBI搜素结果
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点开每一种的序列号，即可得到全线 粒体基因序列及相关信息。
Display Settings:
GenBank
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Send:
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分子系统学所用的分子标记
带信息分子Macromolecules with information DNA: 1st level information 一级 DNA mRNA: 2nd level information 二级 mRNA Protein: 3rd level information 三级 Protein
evolution(分子进化的机制与动力) Modeling molecular evolution(分子进化
建模)
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1.3 Molecular markers in systematics
Systematic studies by using Molecular
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4.Experimental design and lab methods
Project Design 目标设计
Taxon sampling分类单元取样 Character sampling 性状取样
Pilot study 预备研究
Vouchers 研究凭单
Lab protocols 实验方案
类群举例： Tettigonioidea（螽斯总科） Acridoidea(蝗总科)
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Oedipodinae (斑翅蝗亚科)
Cobitidae（鳅科 ）
如Acridoidea complete mitochondrion， Search后在搜索结果中浏览已经测序的蝗总 科全线粒体基因组1-136条，
of change in the genetic material, and its encoded products (e.g., proteins) over evolutionary time and the mechanisms responsible for such changes (From Li,1997) 大分子进化：遗传物质及其编码产物在进化过程中 的变异速率、方式以及引起相关变异的机制。
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Phylogenetic analysis系统发育分析
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5.The steps of phylogenetics analysis
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Phylogeny Reconstruction
markers（分子标记）.
The theory and methodology of phylogeny
inference from sequence of
macromolecules（生物大分子序列）.
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History of molecular systematics
系统学方法
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mt DNA 线粒体DNA mitochondrial genome
nDNA核基因 Nuclear genes 核基因
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FASTA （文本格式）：前半部分为 注释；后半部分为序列。 Graphics（图形格式）：图示线粒 体基因在两条链上的分布。
广义上指某一生理条件下，细胞内所有转录产物的 集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非 编码RNA ; 狭义的是指所有信使RNA集合。 转录组测序技术是把mRNA,smallRNA,and NONcoding RNA等用高通量测序技术把它们的序列 测出来。全面快速地获取某一物种特定器官或组织 在某一状态下的几乎所有转录本。
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Rates of substitution(碱基替换速率)
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1. Introduction
Evolution 进化is a central principle of biology, phylogeny 系统发育is a central principle of evolution. 分子进化(molecular evolution) 分子系统学(molecular systematics) 分子系统发育学(molecular phylogenetics) Taxonomy分类学:
PAUP 4.0b (Win) ：PAUP是由Swofford所编写的利用简约分析进行系统发 育分析 (phylogenetic analysis using parsimony) 的软件包，目前亦有多个 版本。
6.3生成树软件
TreeView 1.6.6：TreeView是用来生成与打印进化树的软件它可以读取NEXUS 与PHYLIP生成的进化树格式文件，生成进化树，并输出到打印机。
GenBank获得目标序列
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复制该段序列，用于建立Fasta格式文件
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单击鼠标右键，建立文本文件：
>Bryodema-luctuosum-luctuosum 基因序列1
>
基因序列2 > 基因序列n
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Classification, Description, Identification, Nomenclature Classification分类: The systematic grouping of organisms into categories on the basis of evolutionary or structural relationships between them Systematics系统学: The classification of organisms in an ordered system that indicates natural relationships.
Protists may be haploid,单倍体 diploid, or polyploid Nuclear genes are often in gene families 基因家族 With sexual reproduction, things get complicated by
Phylogeny approaches
Distance Method 距离法 Most Parsimony (MP) 最简约法 Maximum Likelihood (ML)极似然法 Bayesian Inference (BI)贝叶氏系统发育推论
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3.基于生物信息学与分子系统发育分 析软件的系统学方法
3.1 DNA序列的获取
检索全线粒体基因数据
进入NCBI主页 (www.ncbi.nih.nlm.gov/) 后，在下拉菜单选择Necleotide, 在Search框 中选择 分类类群+ complete mitochondrion ，点击Search即可搜索出符合条件的序 列。
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2.Evolutionary changes of DNA sequences
Base substitution碱基替换
Transition (Ts)转换 Tranversion (Tv or Ti)颠换
Insertion or deletion 插入或缺失(indel)
recombination重组
rDNA核糖体DNA 转录组
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飞蝗的线粒体基因组
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rDNA：核糖体DNA 核糖体RNA百度文库因
18s RNA & 28 s RNA
转录组（transcriptome） ：
Taxonomy+ relationships
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Macromolecules and Micromolecules Macromolecules: with information (带信息生物大分子) DNA: 1st level information mRNA: 2nd level information Protein: 3rd level information The evolution of macromolecules : rates and patterns
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6. 系统发育分析常用软件
6.1 比对软件
ClustalX 1.83：用来对核酸与蛋白序列进行多序列比较 (multiple sequence alignment) 的软件。
6.2 系统发育分析软件
MEGA 4.1：分子进化遗传分析MEGA (molecular evolutionary genetics analysis) 是由Kumar等所编写的分子进化遗传分析的软件包。在版本4.1中， 它能对DNA、mRNA、氨基酸序列及遗传距离进行系统发育分析。
Most of the models deal with substitution only
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分子系统学—以分子标记作为性状的 系统学研究
基因组总DNA的提取与质量检测
分子标记选择与PCR扩增
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扩增产物带谱分析或纯化与测序获得序列
基于生物信息学与分子系统发育分析软件的
I. lab methods 实验室方法：扩增与测序 II. data analysis 数据分析：算法、模型、 软件 III. Bioinformatics生物信息学 Database：Genbank（NCBI），EMBL
欧洲分子生物学实验室，DDBJ日本生物数 据库
Algorithm算法 Software软件
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evolution(分子进化的机制与动力) Modeling molecular evolution(分子进化
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类群举例： Tettigonioidea（螽斯总科） Acridoidea(蝗总科)
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Oedipodinae (斑翅蝗亚科)
Cobitidae（鳅科 ）
如Acridoidea complete mitochondrion， Search后在搜索结果中浏览已经测序的蝗总 科全线粒体基因组1-136条，
of change in the genetic material, and its encoded products (e.g., proteins) over evolutionary time and the mechanisms responsible for such changes (From Li,1997) 大分子进化：遗传物质及其编码产物在进化过程中 的变异速率、方式以及引起相关变异的机制。