系统发生树构建

分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
有根树与无根树
树根代表一组分类的共同祖先
分子进化分析介绍
如何确定树根
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
根据外围群: 外围群) 根据外围群:One is to use an outgroup(外围群), which is a sequence that is homologous to the sequences under consideration, but separated from those sequences at an early evolutionary time. 根据中点:In the absence of a good outgroup, a tree 根据中点: can be rooted using the midpoint rooting approach, in which the midpoint of the two most divergent groups judged by overall branch lengths is assigned as the root.
基础生物信息学及应用
李裕强 2009.09
基 础 生 物 信
第Ⅲ部分 生物分子信息的分析
分子进化分析—— 第八章 分子进化分析—— 系统发生树构建
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
本章内容: 本章内容:
分子进化分析介绍 系统发生树构建方法 系统发生树构建实例
第一节 分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
Molecular phylogenetic tree construction can be divided into five steps:
(1) choosing molecular markers; (2) performing multiple sequence alignment; (3) choosing a model of evolution; (4) determining a tree building method; (5) assessing tree reliability.
包括生命科学中的进化论,遗传学,分类学,分子生物学, 包括生命科学中的进化论,遗传学,分类学,分子生物学, 生物化学,生物物理学和生态学,又包括数学中的概率统计, 生物化学,生物物理学和生态学,又包括数学中的概率统计, 图论,计算机科学和群论. 图论,计算机科学和群论. 闻名国际生物学界的美国冷泉港定量生物学会议于1987年特 闻名国际生物学界的美国冷泉港定量生物学会议于1987年特 1987 辟出"进化树"专栏进行学术讨论, 辟出"进化树"专栏进行学术讨论,标志着该领域已成为现代 生物学的前沿之一,迄今仍很活跃. 生物学的前沿之一,迄今仍很活跃.
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用 bacteria outgroup
archaea archaea archaea eukaryote eukaryote
外围群
group(单源群) Monophyletic group(单源群)
root
eukaryote eukaryote
Monophyletic group
系统发生树构建方法
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
alignment: (2) Performing multiple sequence alignment:
Probably the most critical step in the procedure. Only the correct alignment produces correct phylogenetic inference.
Paralogs(旁系同源): Paralogs(旁系同源): 旁系同源
Homologous sequences within a single species that arose by gene duplication. .
以上两个概念代表了两个不同的进化事件. 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 必须是直系同源的 才能真实反映进化过程. 的序列必须是直系同源的,才能真实反映进化过程.
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
实际情况:虽然很多时候仍然存在争议, 实际情况: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
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
直系同源与旁系同源
Orthologs(直系同源): Orthologs(直系同源): 直系同源
Homologous sequences in different species that arose from a common ancestral gene during speciation; may or may not be responsible for a similar function.
主要假定条件: 主要假定条件:To use molecular data to reconstruct evolutionary history requires making a number of assumptions: reasonable assumptions:
The first is that the molecular sequences used in phylogenetic construction are homologous, meaning that they share a common origin and subsequently diverged through time. Phylogenetic divergence is assumed to be bifurcating, meaning that a parent branch splits into two daughter branches at any given point. Another assumption in phylogenetics is that each position in a sequence evolved independently. The variability among sequences is sufficiently informative for constructing unambiguous phylogenetic trees.
state-of-theTMultiple state-of-the-art alignment programs (such as TCoffee) should be used. Manual editing is often critical in ensuring alignment quality. It is also often necessary to decide whether to use the full alignment or to extract parts of it. Truly ambiguously aligned regions have to be removed from consideration prior to phylogenetic analysis.
基本概念: 基本概念:
系统发生(phylogeny)——是指生物形成或进化 系统发生(phylogeny)——是指生物形成或进化 的历史 系统发生学(phylogenetics)——研究物种之间的 系统发生学(phylogenetics)——研究物种之间的 (phylogenetics)—— 进化关系 系统发生树( tree)——表示形式 表示形式, 系统发生树(phylogenetic tree)——表示形式, 描述物种之间进化关系
系统发生树构建方法
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
(1) Choosing molecular markers
For studying very closely related organisms, nucleotide sequences, which evolve more rapidly than proteins, can be used. For studying the evolution of more widely divergent groups of organisms, one may choose either slowly evolving nucleotide sequences, such as ribosomal RNA or protein sequences.
分子进化研究的基础
基本理论: 基本理论:在各种不同的发育谱系及足够大的 进化时间尺度中, 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, 恒定不变的.(分子钟理论, .(分子钟理论
Molecular
clock 1965 )
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
分子进化研究的目的
从物种的一些分子特性出发, 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. 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
分子进化分析介绍
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基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
系统发生树( tree) 系统发生树(phylogenetic tree):
又名进化树( tree) 又名进化树(evolutionary tree)已发展成为多学 进化树 科交叉形成的一个边缘领域. 科交叉形成的一个边缘领域.
分子进化分析介绍
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分子进化分析介绍
系统发生树结构 基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
branches(分支). The lines in the tree are called branches(分支).
At the tips of the branches are present-day species or sequences known presentas taxa (分类,the singular form is taxon) or operational taxonomic 分类, 运筹分类单位) units(运筹分类单位). The connecting point where two adjacent branches join is called a node (节点), which represents an inferred ancestor of extant taxa. 节点) The bifurcating point at the very bottom of the tree is the root node (根节), which represents the common ancestor of all members of the 根节) tree. A group of taxa descended from a single common ancestor is defined as 单源群) a clade or monophyletic group (单源群). The branching pattern in a tree is called tree topology(拓扑结构). topology(拓扑结构)
Rooted by outgroup
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分子进化分析介绍
基 础 生 物 信 息 学 及 应 用
树形
系统发生图 Phylograms) (Phylograms):有 分支和支长信息 分支图 Cladograms) ( Cladograms)只 有分支信息, 有分支信息,无支长 信息
第二节 系统发生树构建方法