进化树(Phylogenetictree)

系统进化树的构建方法系统进化树（systematic phylogenetic tree）是用于描述不同物种之间进化关系的一种图形化表示方法，可以帮助我们理解物种的起源、演化和分类。

构建系统进化树主要涉及到物种的分类学和进化生物学知识，以及系统发育分析方法。

下面将介绍系统进化树的构建方法。

1.选择研究对象：确定研究的物种范围，通常会选择有代表性的物种，包括已知的和新发现的物种。

2.收集DNA序列数据：从每个研究对象中提取DNA样本，并通过PCR扩增得到所需的基因序列。

常用的基因包括线粒体基因COI、核基因ITS 等，根据具体研究目的和对象进行选择。

3.序列比对：将收集到的DNA序列进行比对，通常采用计算机程序进行全局比对，比对结果会显示序列之间的同源区域和差异。

4. 构建系统进化树：有多种方法可以构建系统进化树，其中最常用的是系统发育建模方法，如最大简约法（maximum parsimony）、最大似然法（maximum likelihood）和贝叶斯推断（Bayesian inference）等。

最大简约法是最简单和最常用的构建系统进化树的方法之一、它基于简约原则，认为进化过程中最少的演化步骤是最可能的。

方法将不同物种的序列进行比对，统计共有的字符以及不同的字符，根据最小化改变的原则，得到进化树。

最大似然法使用概率模型来计算物种之间的进化关系，根据序列数据的概率分布确定最可能的进化树。

这种方法考虑了不同序列字符的不同演化速率以及序列之间的相关性。

贝叶斯推断方法基于贝叶斯统计学原理，通过计算不同进化树的后验概率来确定最有可能的进化树。

该方法能够对不同进化模型和参数进行全面的推断，但计算复杂度较高。

5.进行分支长度调整和进化树根的定位：进化树的分支长度表示物种间的差异，可以根据各个物种间的差异大小进行调整。

进化树的根通常是已知的进化历史或已知的进化事件，如灭绝事件等，可以通过分析群体间的基因流动等信息进行推断。

极为详细的建树方法，新手入门推荐生物进化树的构建目录前言 (2)一、 NCBI (6)二、 Mega (9)三、 DNAMAN (15)四、DNAStar (18)五、 Bio edit (21)前言1．背景资料进化树(evolutionary tree)又名系统树(phylogenetie tree)进化树，用来表示物种间亲缘关系远近的树状结构图。

在进化树中，各个分类单元（物种）依据进化关系的远近，被安放在树状图表上的不同位置。

所以，进化树简单地表示生物的进化历程和亲缘关系。

已发展成为多学科(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、图论、计算机科学和群论)交叉形成的一个边缘领域。

归纳总结生物进化的总趋势有以下几类：①结构上：由简单到复杂②生活环境上：由水生到陆生③进化水平上：由低等到高等一般来说，进化树是一个二叉树。

它由很多的分支和节点构成。

根据位置的不同，进化树的节点分为外部节点和内部节点，外部节点就是我们要进行分类的分类单元（物种）。

而物种之间的进化关系则用节点之间的连线表示。

内部节点表示进化事件发生的地方，或表示分类单元进化的祖先。

在同一个进化树中，分类单元的选择应当标准一致。

进化树上不同节点之间的连线称为分支，其中有一端与叶子节点相连的分支称为外枝，不与叶子节点相连的分支称为内枝。

进化树一般有两种：有根树和无根树。

有根树有一个鲜明的特征，那就是它有一个唯一的根节点。

这个根节点可以理解为所有其他节点的共同祖先。

所以，有根树能可以准确地反映各个物种的进化顺序，从根节点进化到任何其他节点只有能有一条惟一的路径。

无根树则不能直接给出根节点，无根树只反映各个不同节点之间的进化关系的远近，没有物种如何进化的过程。

但是，我们可以在无根树种指派根节点，从而找出各个物种的进化路径。

无根树有根树放射树分子进化树(以分子数据为依据构建的进化树)不仅精确地反映物种间或群体间在进化过程中发生的极微细的遗传变异(小至一个氨基酸或一个核昔酸差异)，而且借助化石提供的大分子类群的分化年代能定量地估计出物种间或群体间的分化年代，这对进化论的研究而言无疑是一场革命。

生物信息学中的序列比对与进化树构建生物信息学是一门涉及生命科学和计算科学的交叉学科，其应用在分子生物学、生物医学、生态学、进化论、生物技术等诸多领域中。

序列比对和进化树构建是生物信息学的重要组成部分，是理解生物学进化的重要途径之一。

一、序列比对序列比对是将两个或多个蛋白质或核酸序列究竟有多少相同、多少不同进行比较的过程。

序列比对在生物学中极其重要，因为它可以帮助科学家确定两个生物物种之间的相似性，进而推断它们之间的亲缘关系以及共同祖先的时间。

序列比对中最基础和常用的方法是全局比对和局部比对。

全局比对试图比较两个序列的完整长度，一般用于比较相似性较高的序列，它最先被应用于分析DNA和蛋白质，是序列比对过程中最古老、最经典的算法方法。

而局部比对则更注重比较两个序列中的相似区域，忽略其中任何间隔，通常用于比较两个较短的序列或者两个相对较不相关的序列。

例如，在核酸序列比对中，这种算法更适用于获取多个剪接变异或者重复序列之间的相似性。

另外，序列比对有一个关键问题，就是如何准确的衡量两条序列的相似性和相异性。

在这方面有很多方法，例如编辑距离、盒子型、PAM矩阵、BLOSUM 矩阵等等，其中都采用了不同的评分标准。

二、进化树构建进化树（Phylogenetic Tree）是用来表示生物物种间亲缘关系的结构，也称演化树或家谱树。

进化树是通过对基于DNA和RNA等生物分子序列进行分析，推导出各物种之间共同祖先的关系构建起来的，同时它也综合了形态、系统和分子信息等其他生物学数据。

进化树的构建过程中涉及许多算法，其中最基础的是贪心算法。

贪心法从序列的最初状态开始，一步步选择最佳的演化路径，最终得到最优的进化树；而Neighborhood-joining (NJ)算法则是以序列之间的 Jukes-Cantor 模型距离或 Kimura 二参数模型距离为基础，使用最小进化步骤（Minimum Evolution，ME）标准构建进化树，是目前应用比较广泛的算法。

大家好：我在此介绍几个进化树分析及其相关软件的使用和应用范围。

这几个软件分别是PHYLIP、PUZZLE、PAUP、TREEVIEW、CLUSTALX和PHYLO-WIN（LINUX）。

在介绍软件之前，我先简要地叙述一下有关进化树分析的一些方法学问题。

进化树也称种系树，英文名叫“Phyligenetic tree”。

对于一个完整的进化树分析需要以下几个步骤：⑴要对所分析的多序列目标进行排列（To align sequences）。

做ALIGNMENT的软件很多，最经常使用的有CLUSTALX和CLUSTALW，前者是在WINDOW下的而后者是在DOS下的。

⑵要构建一个进化树（To reconstrut phyligenetic tree）。

构建进化树的算法主要分为两类：独立元素法（discrete character methods）和距离依靠法（distance methods）。

所谓独立元素法是指进化树的拓扑形状是由序列上的每个碱基/氨基酸的状态决定的（例如：一个序列上可能包含很多的酶切位点，而每个酶切位点的存在与否是由几个碱基的状态决定的，也就是说一个序列碱基的状态决定着它的酶切位点状态，当多个序列进行进化树分析时，进化树的拓扑形状也就由这些碱基的状态决定了）。

而距离依靠法是指进化树的拓扑形状由两两序列的进化距离决定的。

进化树枝条的长度代表着进化距离。

独立元素法包括最大简约性法（Maximum Parsimony methods）和最大可能性法（Maximum Likelihood methods）；距离依靠法包括除权配对法（UPGMAM）和邻位相连法（Neighbor-joining）。

⑶对进化树进行评估。

主要采用Bootstraping法。

进化树的构建是一个统计学问题。

我们所构建出来的进化树只是对真实的进化关系的评估或者模拟。

如果我们采用了一个适当的方法，那么所构建的进化树就会接近真实的“进化树”。

极为详细的建树方法，新手入门推荐生物进化树的构建目录前言 (2)一、NCBI (6)二、Mega (9)三、DNAMAN (15)四、DNAStar (18)五、Bio edit (21)前言1．背景资料进化树(evolutionary tree)又名系统树(phylogenetie tree)进化树，用来表示物种间亲缘关系远近的树状结构图。

在进化树中，各个分类单元(物种)依据进化关系的远近，被安放在树状图表上的不同位置。

所以，进化树简单地表示生物的进化历程和亲缘关系。

已发展成为多学科(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、图论、计算机科学和群论)交叉形成的一个边缘领域归纳总结生物进化的总趋势有以下几类：①结构上：由简单到复杂②生活环境上：由水生到陆生③进化水平上：由低等到高等般来说，进化树是一个二叉树。

它由很多的分支和节点构成。

根据位置的不同，进化树的节点分为外部节点和内部节点，外部节点就是我们要进行分类的分类单元（物种）。

而物种之间的进化关系则用节点之间的连线表示。

内部节点表示进化事件发生的地方，或表示分类单元进化的祖先。

在同一个进化树中，分类单元的选择应当标准一致。

进化树上不同节点之间的连线称为分支，其中有一端与叶子节点相连的分支称为外枝，不与叶子节点相连的分支称为内枝。

进化树一般有两种：有根树和无根树。

有根树有一个鲜明的特征，那就是它有一个唯一的根节点。

这个根节点可以理解为所有其他节点的共同祖先。

所以，有根树能可以准确地反映各个物种的进化顺序，从根节点进化到任何其他节点只有能有一条惟一的路径。

无根树则不能直接给出根节点，无根树只反映各个不同节点之间的进化关系的远近，没有物种如何进化的过程。

但是，我们可以在无根树种指派根节点，从而找出各个物种的进化路径。

无根树有根树P i-aυ<Jf1r ⅛dl Uff--UIIJ L EIrtF□Ξ= ≡qE τ9pg ⅛⅛^t IS Ii昨沪加沁込訴缈吋HiHiOAD 栽陶瓯目L QdKi 颐*5gS*回皿跡評 l Λ⅛W^yw ^λ皿 WE IA f jfWWdDaLo ⅜LLKIjSMBr何亞口羽BaPfMt3ntgMfM ffi a≡∣⅛4ijιWrWalXtJ^u<unuaj□GQ ⅞M/WmV分子进化树（以分子数据为依据构建的进化树）不仅精确地反映物种间或群体间在进化过程中发生的极微细的遗传变异（小至一个氨基酸或一个核昔酸差异），而且借助化石提供的大分子类群的分化年代能定量地估计出物种间或群体间的分化年代，这对进化论的研究而言无疑是一场革命。

如何绘出高颜值的进化树？！先来看一段关于系统发生树的定义吧：系统发生树（英文：phylogenetic tree或evolutionary tree）是表明被认为具有共同祖先的各物种相互间演化关系的树，又被译作系统发育树、系统演化树、系统进化树、种系发生树、演化树、进化树、系统树。

它用来表示系统发生研究的结果，用它描述物种之间的进化关系。

今天的议题是，如何绘出高颜值的进化树。

当我们打开论文时，常常看到别人做的进化树图是这样的：Figure 1. 来自绵羊基因组文章进化树图1抑或是这样的：Figure 2. 来自龟鳖基因组文章的进化树图2而我们自己的图却是这样的简陋甚至丑陋！Figure 3. 最简单的进化树图，犹如白纸一张相较Figure3，Figure1和Figure2不仅为我们展示了不同物种基本的进化关系，而且还展示了分歧时间及所处的地质时代，基因家族扩张收缩的情形等重要的信息。

这些精美的图片，除了用常规的工具外，还应用了高级的修图工具。

如果我们不会PS，也不会SVG或者R，那么我们如何做出和Figure1,2可以媲美的进化树呢？那么今天笔者就介绍几款有意思的进化树作图工具，也让小白的我们能做出赏心悦目的进化树图。

【工具一】 MEGA6/7 + AI笔者当时做青稞基因组进化图时，就是采用MEGA63+AI组合来完成文章的Figure2a的。

最开始用流程做出来的进化树图是这样的：Figure 4.青稞分歧时间估算图这是流程做出来最简单的图样，几乎没有什么修改。

最后用在文章的附件中，详见文章4图Fig.S10。

当时打算在正文放一张进化树相关的图，于是就把newick文件导入MEGA软件中，调成圆形图。

然后在AI中把青稞和小麦及小麦祖先种这一枝用一个淡色的椭圆形标记出来，这样突出了本图的重点。

虽然还是有点丑陋，但是比最开始的Figure4好了很多。

Figure 5.青稞基因组进化树图，原文Figure2aMEGA是一款非常好用的系统发生分析的工具，其中关于进化树美化的部分，可以做到树形调整，标记，文字修改，图片添加等基本的修改。

基因进化树的构建
基因进化树（Phylogenetic tree）是用来描述不同物种或个体之间基因演化关系的一种图形表示方法。

构建基因进化树可以帮助我们了解物种之间的亲缘关系和演化历史。

以下是构建基因进化树的一般步骤：
1.收集基因序列数据：首先，需要收集感兴趣物种或个体的基因序列数据。

这些基因序列可以是DNA序列、蛋白质序列或其他分子标记。

2.序列比对：将收集到的基因序列进行比对，找出相同的区域。

这可以通过使用比对算法（如ClustalW、MAFFT等）来完成。

比对后的序列将有助于确定物种或个体之间的相似性。

3.构建进化模型：选择适合你的数据的进化模型。

进化模型描述了基因在演化过程中的变化方式。

常见的进化模型包括Jukes-Cantor模型、Kimur a模型、GTR模型等。

选择适当的模型可以提高进化树的准确性。

4.构建进化树：使用构建进化树的方法，如最大似然法（Maximum Li kelihood）、贝叶斯推断（Bayesian Inference）或距离法（Distance-based m ethods）来构建进化树。

这些方法基于序列的相似性和进化模型来计算物种或个体之间的进化距离或相似性。

5.进化树评估和解释：评估构建的进化树的可靠性和准确性。

可以使用统计方法（如Bootstrap分析）来评估节点的支持度。

解释进化树的结果，包括物种或个体之间的亲缘关系和演化历史。