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多重序列比對及系統(tǒng)發(fā)生樹的構(gòu)建
點(diǎn)擊次數(shù)：747 發(fā)布時(shí)間：2016-5-16
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br />1、熟悉構(gòu)建分子系統(tǒng)發(fā)生樹的基本過程，獲得使用不同建樹方法、建樹材料和建樹參數(shù)對建樹結(jié)果影響的正確認(rèn)識；
2、掌握使用Clustalx進(jìn)行序列多重比對的操作方法；
3、掌握使用Phylip軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹的操作方法。
【實(shí)驗(yàn)原理】
在現(xiàn)代分子進(jìn)化研究中，根據(jù)現(xiàn)有生物基因或物種多樣性來重建生物的進(jìn)化史是一個(gè)非常重要的問題。一個(gè)可靠的系統(tǒng)發(fā)生的推斷，將揭示出有關(guān)生物進(jìn)化過程的順序，有助于我們了解生物進(jìn)化的歷史和進(jìn)化機(jī)制。
對于一個(gè)完整的進(jìn)化樹分析需要以下幾個(gè)步驟：⑴ 要對所分析的多序列目標(biāo)進(jìn)行比對（alignment）。 ⑵ 要構(gòu)建一個(gè)進(jìn)化樹（phyligenetic tree）。構(gòu)建進(jìn)化樹的算法主要分為兩類：獨(dú)立元素法（discrete character methods）和距離依靠法（distance methods）。所謂獨(dú)立元素法是指進(jìn)化樹的拓?fù)湫螤钍怯尚蛄猩系拿總€(gè)堿基/氨基酸的狀態(tài)決定的（例如：一個(gè)序列上可能包含很多的酶切位點(diǎn)，而每個(gè)酶切位點(diǎn)的存在與否是由幾個(gè)堿基的狀態(tài)決定的，也就是說一個(gè)序列堿基的狀態(tài)決定著它的酶切位點(diǎn)狀態(tài)，當(dāng)多個(gè)序列進(jìn)行進(jìn)化樹分析時(shí)，進(jìn)化樹的拓?fù)湫螤钜簿陀蛇@些堿基的狀態(tài)決定了）。而距離依靠法是指進(jìn)化樹的拓?fù)湫螤钣蓛蓛尚蛄械倪M(jìn)化距離決定的。進(jìn)化樹枝條的長度代表著進(jìn)化距離。獨(dú)立元素法包括zui大簡約性法（Maximum Parsimony methods）和zui大可能性法（Maximum Likelihood methods）；距離依靠法包括除權(quán)配對法（UPGMAM）和鄰位相連法（Neighbor-joining）。⑶ 對進(jìn)化樹進(jìn)行評估，主要采用Bootstraping法。進(jìn)化樹的構(gòu)建是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)問題，我們所構(gòu)建出來的進(jìn)化樹只是對真實(shí)的進(jìn)化關(guān)系的評估或者模擬。如果我們采用了一個(gè)適當(dāng)?shù)姆椒?，那么所?gòu)建的進(jìn)化樹就會接近真實(shí)的“進(jìn)化樹”。模擬的進(jìn)化樹需要一種數(shù)學(xué)方法來對其進(jìn)行評估。不同的算法有不同的適用目標(biāo)。一般來說，zui大簡約性法適用于符合以下條件的多序列：i 所要比較的序列的堿基差別小，ii 對于序列上的每一個(gè)堿基有近似相等的變異率，iii 沒有過多的顛換/轉(zhuǎn)換的傾向，iv 所檢驗(yàn)的序列的堿基數(shù)目較多（大于幾千個(gè)堿基）；用zui大可能性法分析序列則不需以上的諸多條件，但是此種方法計(jì)算極其耗時(shí)。如果分析的序列較多，有可能要花上幾天的時(shí)間才能計(jì)算完畢。UPGMAM（Unweighted pair group method with arithmetic mean）假設(shè)在進(jìn)化過程中所有核苷酸/氨基酸都有相同的變異率，也就是存在著一個(gè)分子鐘。這種算法得到的進(jìn)化樹相對來說不是很準(zhǔn)確，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。鄰位相連法是一個(gè)經(jīng)常被使用的算法，它構(gòu)建的進(jìn)化樹相對準(zhǔn)確，而且計(jì)算快捷。其缺點(diǎn)是序列上的所有位點(diǎn)都被同等對待，而且，所分析的序列的進(jìn)化距離不能太大。另外，需要特別指出的是對于一些特定多序列對象來說可能沒有任何一個(gè)現(xiàn)存算法非常適合它。
CLUSTALX和PHYLIP軟件能夠?qū)崿F(xiàn)上述的建樹步驟。CLUSTALX是Windows界面下的多重序列比對軟件。PHYLIP是多個(gè)軟件的壓縮包，功能極其強(qiáng)大，主要包括五個(gè)方面的功能軟件：i，DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)的分析軟件。ii，序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成距離數(shù)據(jù)后，對距離數(shù)據(jù)分析的軟件。 iii，對基因頻率和連續(xù)的元素分析的軟件。iv，把序列的每個(gè)堿基/氨基酸獨(dú)立看待（堿基/氨基酸只有0和1的狀態(tài)）時(shí)，對序列進(jìn)行分析的軟件。v，按照DOLLO簡約性算法對序列進(jìn)行分析的軟件。vi，繪制和修改進(jìn)化樹的軟件。