分子系统发生分析

别名：Molecular phylogenetic analysis

最新修订时间：2022-02-10

简介

分子系统发生分析是基于核酸或蛋白质的序列信息，通过这些信息来重建系统发育关系，推断生物进化历史。

原理

分子系统发生分析的基本原理是基于核酸或蛋白质的序列信息，通过这些信息来重建系统发育关系，推断生物进化历史。如果两条序列间相似程度越高，它们间的进化距离就越小，从共同祖先分歧的时间就越晚。反之，两条序列间差异越大，进化距离也越大，从共同祖先分歧的时间就越早。

材料与仪器

分析软件：

MEGA、Phylip 等；

实验材料：

①人、黑猩猩、红毛猩猩、负鼠、丛猴、猪、猕猴、狨猴和海豚等 9 个物种的 GPR32 序列；

步骤

常用的分子系统发生分析软件有 MEGA、Phylip。

（一）MEGA（版本号 5.22）构建 NJ 树

A. 输入文件格式准备。构建进化树的第一步是进行多序列比对，比对后的结果导入 MEGA 中才能进行分析。

MEGA 支持的输入文件格式为 meg, 可以通过 MEGA 菜单 File 中的"Convert File Format to MEA... "将 aln、phylip、nexus 等其他格式的文件转换为可用的 MEGA 格式，如图所示。MEGA 中也整合了多序列比对软件 Clustal W, 可以直接进行比对，并保存为 meg 格式。

注意事项：

多序列比对软件 Clustal W 方法如下: 点击"Align"-→"Edi/Build Alignment"，开" Alignment Editor"对话框，选择"Creat a new alignment"。点击"OK"后出现"Datatype for alignment"对话框，选择相应的按钮。例如: 上例中应该选择" Protein"按钮, 进入"Alignment Explorer" 后，选择"Data"- →" open"→" Retrieve Sequences from Files", 打开序列文件" GPR32. fasta"。选择」Alignment"-→" Align by ClustalW"，并按默认参数进行比对。选择文件菜单中的" Export Alignment"-→" MEGA Format"，将结果保存为"GPR32.meg"。通常情况下应该对多序列此对的结果进行检验，因为序列自动比对的结果通常会存在错误，所以进一步的检验, 编辑或是提炼，有助于找出一个最合理的结果。

B. 构建 NJ 树。通过菜单打开"GPR32.meg"文件。选择"Phylogeny"-+"Construct/Test Neighbor-Joining (NJ) Te..。弹出参数窗口后，可以根据需要对替换模型、gap 处理方法等以及参数进行修改，如图。

在参数窗口中还可以选择进行 Bootstrap 验证。

注意事项：

Botstrap 验证是对进化树进行统计验证的-种方法, 可以评估进化树的可靠性。值越高，进化树的拓扑结构可靠性越高。将重复验证的抽样次数选择为 500。点击计算后，结果如图。

（二）Phylip 进化树分析

A. 用 ClustalX 排列序列，在 output format option 选定 PHY 格式。打开如图：

注意事项：图中的 9 和 383 分别表示 9 个序列和每个序列有 383 个氨基酸。

B. 打开软件 SEQBOOT，如图 11-3-25。按路径输入刚才生成的 GPR32.phy 文件后，会出现一些设置选项，输入 Y 并回车代表你接受所有默认设置，否则你可以输入相应字母来更改设置，如图 11-3-26 所示。默认用 Bootstrap 法对进化树进行评估，R 选项让使用者输入 Replicates 的数目。当我们设置好条件后，键入 Y 按回车，并在 Random number seed (must be odd) ? 的下面输入一个"4N+ 1"的数字后，得到一个输出文件"outfle"，回车后原程序结束自动关闭。所有 Phylip 程序默认的输入文件名为 infile, 输出文件名为 outfile。如果在 exe 文件夹里找不到默认的输入文件，会提示 can'tfindinputfile "infile"。outfile 打开如图 11-3-27 所示。这个文件包括了 100 个 Republicates。将刚才生成的" outfile"文件更名为"infile", 运行 protpars, 如图 11-3-28 所示。根据具体情况对相关参数进行设置，具体做法与上面类似。若选择默认设置，则输入 Y, 回车即可，如图 11-3-29。生成两个文件 outfile 和 outtree，如图 11-3-30 和 11-3-31。可以看出两个树是一样的。但在 oufile 的树上的数字表示该枝条的 Bootstrap 支持率。到现在 9 个序列的进化树分析已经完成。

注意事项：

①11-3-26 图中"Settings for this run"下面第一列中的 D、J、% 等代表可选的参数。可通过键入相应的字母来改变这些参数。例如: 选项有四种条件可以选择，分别是 Bootstrap、Jackknife、 Permute 和 Rewrite。

②Bootstrap 法就是从整个序列的碱基或氨基酸中任意选取一半，剩下的一半序列随机补齐组成一个新的序列。这样，一个序列就可以变成许多序列。一个多序列组也就可以变成许多个多序列组。根据最大简约性法、最大可能性法、除权配对法或邻位相连法，那么每个多序列组都可以生成一个进化树。将生成的许多进化树进行比较，按照多数规则就会得到一个最接近真实情况的进化树。

③Replicates 就是用 Bootstrap 法生成的一个多列组。根据多序列中所含的序列的数目的不同可以选取不同的 Replicates。

注意事项

1. 从 MEGA 官网上下载文件 MEGA5.22 Setup.exe。运行此文件，按照默认的提示进行安装，如图：

2. Phylip 是一个免费的系统发生分析软件包，由华盛顿大学遗传学系开发。适合绝大多数操作系统。Phylip 的功能极其强大，主要包括以下几方面的功能软件: DNA 和蛋白质序列数据的分析软件; 序列数据转变成距离数据后，对距离数据分析的软件; 对基因频率和连续的元素分析的软件; 把序列的每个碱基/氨基酸独立看待时，对序列进行分析的软件; 按照 DOLLO 简约性算法对序列进行分析的软件; 绘制和修改进化树的软件。官方网址为: http : //evolution.genetics.washington.edu/ phylip.html。目前的最新版为 PHYLIP 3.695，它的下载地址为: http : /evolution.genetics.washington.edu/phylip/getme.html。下载 Windows 版的压缩包之后，解压，doc 文件夹里是关于 Phylip 子程序的使用说明，src 文件夹里所有程序的源文件，exe 文件夹里为所有的可执行程序。2. Phylip 是一个免费的系统发生分析软件包，由华盛顿大学遗传学系开发。适合绝大多数操作系统。Phylip 的功能极其强大，主要包括以下几方面的功能软件: DNA 和蛋白质序列数据的分析软件; 序列数据转变成距离数据后，对距离数据分析的软件; 对基因频率和连续的元素分析的软件; 把序列的每个碱基/氨基酸独立看待时，对序列进行分析的软件; 按照 DOLLO 简约性算法对序列进行分析的软件; 绘制和修改进化树的软件。官方网址为: http : //evolution.genetics.washington.edu/ phylip.html。目前的最新版为 PHYLIP 3.695，它的下载地址为: http : /evolution.genetics.washington.edu/phylip/getme.html。下载 Windows 版的压缩包之后，解压，doc 文件夹里是关于 Phylip 子程序的使用说明，src 文件夹里所有程序的源文件，exe 文件夹里为所有的可执行程序。

来源：丁香实验