系统发生树构建和分析

系统发育树主要的四种构建方法系统发育树（PhylogeneticTree）是生物学中最重要的概念之一，代表着物种的演变和发展关系，因此在基因组学、进化生物学等领域被广泛使用。

系统发育树以树状结构来组织物种之间的关系，这种结构形象地描绘了物种发展演化脉络，以及物种之间的亲缘关系。

通常情况下，系统发育树构建通过收集系统发育记录内容，通过分析物种间的相似性和距离，将这些信息映射到一个空间，以构建一个描述系统发育关系的树状结构。

本文将介绍构建系统发育树的四种主要方法，并结合实例详细说明其原理、优缺点。

第一种方法是基于分支的构建方法。

该方法的原理是从物种之间的共有特性出发，基于一组物种形态上的关系构建树。

该方法对物种之间的亲缘关系比较友好，但是它忽略了物种之间的根源关系，无法从真实的物种演化关系中考虑更多的信息。

以拟南芥（Arabidopsis thaliana）为例，其系统发育树利用了分支的构建方法，以体内的形态特征（如叶片的外形）为基础，把它与附近的物种进行比较，得到了拟南芥系统发育树的结构。

第二种方法是基于遗传标志物的构建方法。

在这种方法中，研究者采集物种的遗传标志物，包括核酸序列和蛋白质序列等，然后从遗传标志物间的相似性出发，计算出物种之间的进化距离，最后构建系统发育树。

此外，通过分析核酸序列的变异情况，也可以得到更准确的系统发育树。

以海岸铃声花（Lobelia cardinalis）为例，在其系统发育树的构建中，研究者采集了它的核酸序列、蛋白质序列，并与附近的物种进行比较，分析其遗传标志物的相似性，从而得到了海岸铃声花系统发育树的结构。

第三种方法是基于表型特征的构建方法。

表型特征是物种形态上可以观察到的特征，而表型比较可以帮助我们更好地分析物种间的进化距离，为物种系统发育树的构建提供依据。

以金星兰（Phalaenopsis amabilis）为例，其系统发育树利用了表型特征的构建方法，以金星兰的叶片形态等特征，与附近的物种进行比较，从而得到了金星兰的系统发育树结构。

系统发生树构建和分析姓名________ 学号______________ 分组编号_____ 日期________年___月___日1.参阅ABC网站有关资料，查阅相关文献，说明以下基本概念1)分子演化和系统发生2)序列相似性（Similarity）和序列同源性（Homology）3)直系同源（Ortholog）和旁系同源（Paralog）4)核苷酸替换模型和氨基酸替换模型5)突变速率和分子钟6)进化分支树（Cladogram）和系统发生树（Phylogram）7)基因树和物种树8)无根树和有根树9)分支和节点10)内部节点和外部节点11)根节点和叶节点12)距离法和位点法13)最大简约法和最大似然法2.参阅ABC网站中有关资料，查阅相关文献，回答以下问题1)构建系统发生树的基本步骤2)构建系统发生树时选择核苷酸序列或氨基酸序列的原则3)利用自举法（Bootstrap）检验系统发生树稳定性的原理4)确定无根树根节点的方法5)如何通过所构建的系统发生树判断“先有物种”还是“先有基因”6)不同建树方法的基本原理和特点3.人珠蛋白基因家族系统发生树实例1)以人珠蛋白基因家族12个成员蛋白质序列，用MEGA邻接法构建系统发生树；选择不同氨基酸替换模型（Substitution Model），比较所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。

2)以人珠蛋白基因家族12个成员编码区序列，用MEGA 邻接法构建系统发生树；，选择不同核苷酸替换模型，比较所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值（Bootstrap value），说明不同替换模型对结果的影响。

3)根据所构建的系统发生树，参阅Burmester 和Hardision论文，说明人珠蛋白基因家族12个成员之间的演化关系。

4.人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族系统发生树实例1)以人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族37个成员编码区序列，采用邻接法、最大简约法和最大似然法构建系统发育树，选择适当的替换模型和参数，比较采用不同方法、不同模型和不同参数时所构建的系统发生树的拓扑结构和稳定性值。

多重序列比对及系统发生树的构建【实验目的】1、熟悉构建分子系统发生树的基本过程，获得使用不同建树方法、建树材料和建树参数对建树结果影响的正确认识；2、掌握使用Clustalx进行序列多重比对的操作方法；3、掌握使用Phylip软件构建系统发生树的操作方法。

【实验原理】在现代分子进化研究中，根据现有生物基因或物种多样性来重建生物的进化史是一个非常重要的问题。

一个可靠的系统发生的推断，将揭示出有关生物进化过程的顺序，有助于我们了解生物进化的历史和进化机制。

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比对（alignment）。

⑵ 要构建一个进化树（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（M aximum 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"。

构建系统发育树的步骤
1. 收集种群样本：首先要选择一组相关的生物种群作为研究对象，并从不同地理区域或时间点采集具有代表性的样本。

2. 提取DNA：从样本中提取DNA，通常使用PCR技术扩增并纯化DNA。

3. 测序：对DNA进行测序，可以通过Sanger测序或高通量测序方法。

4. 序列比对：将不同样本的DNA序列进行比对，查找共有的相同或不同点。

5. 构建系统发育树：根据不同生物之间DNA序列的相似度，对各种生物类群进行分类和排列，以此建立系统发育树。

6. 验证树的假设：进行统计推断和深入分析，验证系统发育树的假设，确保树的枝条和叶节点都具有生物学意义。

7. 解释结果：解释树的拓扑结构和演化关系，关注不同物种或层级之间的相似性和差异性，并从中探究生物的进化历史和机制。

系统发生树构建的步骤一般有下面几步:I,对文件10.8\protein sequence 的序列进行多序列比对,一般用clustalx/w软件完成.这里我们用软件BioEdit内置的clustalw来做多序列比对;II,对clustalw产生的多序列比对文件进行修剪,去掉比对后相似序列中没有对应的序列，前后全部对齐;III,将修剪后的多序列比对文件转换成系统发生软件所需的文件格式并保存.这里我们是采用mega来做系统发生树的,所以须将修剪后的多序列比对文件转成.meg的文件格式;IV,用系统发生软件构树(采用多种方法UPGMA,N-J, Maximum likelihood等);具体做法如下:①将protein sequence 的序列文件导入到BioEdit中做多序列比对,这里有好几种做法: a,将所有的序列文件全部保存在一个txt文件中,然后用BioEdit打开;(该方法比较麻烦) b,用DNASTAR中的Editseq工具将所有文件打开,然后用File菜单中Export all as one…按钮将所有的单蛋白质序列文件保存成一个多蛋白质序列文件,文件格式为.fastac,直接用BioEdit中File>new alignment>import>sequences alignment file(这里需要注意的是在导入序列文件时要将导入文件的类型选为All Files否则BioEdit将默认显示phy, gb, aln等文件而看不到其他文件);(推荐)导入后如图:alignment，如下图：比对后产生文件,其序列如下:③对clustalw产生的多序列比对文件进行修剪, 去掉比对后相似序列中没有对应的序列，前后全部对齐,可以直接用BioEdit的edit mode来做也可以用mega5>align>edit/buildalignment来做这里采用后者;format来导出文件,其文件内容如图:④用mega5建树.File>open a file打开已经转好的文件然后phylogeny下的不同方法UPGMA, N-J, Maximum likelihood得到各种树选择您感兴趣的基因，进行多物种的基因组搜索，将获得的序列进行基因序列特征分析，并构建多序列比对和系统发生树，请阐明选择基因的目的、试验步骤和进行结果分析。

构建系统发生树的方法构建系统发生树是一种对于系统进行分析和优化的有效方法，在实践中有许多种方法可以构建系统发生树。

以下是10条关于构建系统发生树的方法，并对每条方法进行详细描述。

1. 系统流程图系统流程图是一种常见的构建系统发生树的方法。

通过对系统的主要流程进行图形化的描述，可以更好地了解系统的组成部分以及它们之间的关系。

系统流程图往往是由开始和结束节点、处理节点和决策节点组成的。

前者用来表示系统的输入和输出，后者则用来表示系统的核心过程和逻辑判断。

2. 系统分层结构图系统分层结构图是将系统按照层次进行组织和描述的一种方法。

通过将系统分解为多个层次，并描述这些层次之间的关系，可以更好地了解系统的组成和结构。

这种方法通常用于处理大型和复杂的系统，能够帮助开发人员更好地管理和优化系统。

3. 系统模块图系统模块图是一种用于展示系统模块和它们之间关系的图形化表示方法。

系统模块图通常由多个模块和模块之间的输入和输出组成。

每个模块通常都对应一个特定的功能或业务逻辑。

通过了解系统中各个模块之间的关系和作用，可以更好地理解系统的架构和逻辑。

4. 系统数据流图系统数据流图是一种用来描述系统数据传输流程的图形化表示方法。

该方法通常由多个数据流和与这些数据流相关的处理过程组成。

每个数据流都对应一个特定的数据，而每个处理过程通常都包含两个或多个数据流。

通过了解系统中各个数据流之间的关系和流动过程，可以更好地理解系统的功能和性能。

5. 系统性能图系统性能图是一种用于展示系统性能指标和变化趋势的图形化表示方法。

该方法通常包括多个参数和变量，比如系统响应时间、吞吐量、并发数等。

通过了解系统性能参数的表现和变化趋势，可以更好地理解系统的性能瓶颈和瓶颈优化的方向。

6. 事件序列图事件序列图是一种用于展示系统中事件和处理过程之间关系的图形化表示方法。

该方法通常由一个或多个故障事件和与之相关的处理过程组成。

通过了解系统中各个事件和处理过程之间的关系，可以更好地了解系统的运行过程和故障排查过程。

系统发育树的构建与分析方法概述系统发育树是生物学中重要的研究工具，通过构建系统发育树可以探究生物之间的关系，研究进化过程和生物多样性。

本文将介绍系统发育树的构建和分析方法。

系统发育树的构建方法系统发育树的构建方法可以分为以下几种：1. 相似性分析法相似性分析法是最简单和常用的构建系统发育树的方法之一。

该方法通过比较不同物种的形态、行为、生理等特征的相似性，判断它们之间的亲缘关系。

这种方法的局限性在于很多特征可能出现多次独立进化，而不是从共同祖先继承的。

2. 分子序列分析法由于DNA或蛋白质序列的进化是按照分子钟模型进行的，因此分子序列分析成为当前构建系统发育树的最常用和最准确的方法之一。

该方法通过比较生物体DNA或蛋白质序列的差异，建立相似度矩阵，并在此基础上运用数学模型进行树的构建。

3. 基因组分析法基因组分析法通过直接比较不同生物体的基因组，从而确定它们之间的进化关系。

这种方法包括全基因组比较和重构古基因组。

4. 形态-分子组合分析法形态-分子组合分析法是将形态特征和分子特征结合起来分析生物之间的进化关系。

在这种方法中，形态特征通常用于解决分子序列存在误差的问题。

系统发育树的分析方法系统发育树的分析方法包括静态分析和动态分析两种。

静态分析静态分析是指对系统发育树形态和拓扑关系的分析，这种方法主要依靠人工分析和软件分析两种方式。

1. 人工分析法人工分析法主要是通过比较不同树之间的拓扑结构和相应的节点值，判断它们之间的相关性。

人工分析法需要手动绘制树，并用统计方法比较不同树之间的相似性。

2. 软件分析法软件分析法主要是应用多种专业软件进行计算和模拟，比如molecular evolution software suite (MEGA)、PAUP和PhyML等。

这种方法可以减少人力工作，提高分析准确性。

动态分析动态分析是指以时间序列为基础，考察系统发育树演化的过程和趋势。

这种方法主要依靠统计分析方法，如马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)、Bayesian标记链蒙特卡罗（MCMC）等。

初二生物系统发生树构建方法生物系统发生树是一种用来描述生物进化关系的图形工具，它可以帮助我们理解不同物种之间的亲缘关系和进化历史。

构建生物系统发生树需要收集大量的生物学数据，并运用一系列的分析方法。

本文将介绍初二生物系统发生树构建的方法。

一、确定研究对象要构建生物系统发生树，首先需要确定研究对象。

可以选择一组具有亲缘关系的物种作为研究对象，比如不同种类的昆虫、鱼类或者植物。

在选择研究对象时，需要考虑它们的进化关系已经被广泛研究并且有可靠的分类信息可供参考。

二、收集分类信息为了构建生物系统发生树，我们需要收集各个物种的分类信息。

这包括它们的科、属、种等分类级别。

分类信息可以通过查阅专业的生物学书籍和数据库获得。

三、收集形态和分子数据除了分类信息，形态和分子数据是构建生物系统发生树的重要依据。

通过观察物种的外部形态特征，比如体型、花朵形状、翅膀结构等，可以推测它们的亲缘关系。

此外，通过分析物种的DNA序列，尤其是核酸或蛋白质序列，可以揭示它们的遗传关系。

因此，我们需要收集和记录物种的形态和分子数据。

四、进行系统发生树分析系统发生学是构建生物系统发生树的主要工具。

它利用形态和分子数据进行计算，通过比较不同物种之间的相似性和差异性，推断它们之间的进化关系。

常用的系统发生学方法包括距离法、最大简约法和最大似然法等。

在进行系统发生树分析前，需要选择合适的方法，并准备好相关的计算软件。

五、树构建在进行系统发生树分析后，我们可以通过计算机软件生成生物系统发生树。

树的构建过程会考虑到物种之间的进化距离和分支长度等因素。

树的构建可以使用专业的系统发生学软件，如MEGA和PHYLIP 等。

生成的树结构可以通过图像输出和基因组数据展示。

六、树解读和分析生成生物系统发生树后，我们需要对树进行解读和分析。

树的分枝结构和分枝长度等特征可以帮助我们理解物种之间的进化关系。

同时，树还可以用来预测物种的共同祖先和演化路径等信息。

通过对树的分析，我们可以深入理解生物的进化历史和多样性。