BEAST是一个基于贝叶斯MCMC(马尔可夫链蒙特卡洛)分析的跨平台分子序列分析程序,其设计目标是用于推断具有根的、基于严格或松弛分子钟模型的时间测定的系统发育树。BEAST不仅是一个重建系统发育树的方法,也是一个用于不依赖于单一树拓扑来测试进化假设的框架。BEAST利用MCMC方法在树空间中平均化,使得每个树的权重与其后验概率成正比。该软件包含了一个用于设置标准分析的简单易用的用户界面程序以及一套用于分析结果的程序。
BEAST的三个主要研究领域包括:物种系统发育的分子测年、基于共祖理论的群体遗传学以及可测量的进化群体(古老DNA或时间标记的病毒序列数据集)。BEAST使用MCMC方法来平均化树空间,因此每个树的权重与其后验概率成正比。
BEAUti是BEAST的一个图形化软件包,用于创建BEAST的XML输入文件。虽然运行BEAUti的具体指令因计算机系统而异,但BEAUti运行时的外观在不同计算机系统中将大致相同。BEAUti的使用开始于从“文件”菜单中选择“导入NEXUS”,之后会出现一个窗口让用户选择NEXUS输入文件。导入NEXUS输入文件后,“数据”窗口会显示序列信息。其中,“名称”列包含了每个DNA序列的唯一名称。“日期”列和时间标记数据部分对那些对古老DNA(aDNA)或时间标记数据集(通常是病毒序列数据)感兴趣的用户尤其重要。这些数据使得在推断系统发育时可以利用序列数据的时间信息。
BEAST软件包特别适用于以下三个研究领域:
1. 物种系统发育的分子测年:通过分析生物样本中的DNA序列数据,可以推断出物种的演化时间线。在这一领域中,BEAST能够处理带有时间戳的序列数据,这对于考古学以及古生物遗传学的研究特别有价值。
2. 基于共祖理论的群体遗传学:共祖理论是一种分析基因遗传历史的方法,它不仅关注单一物种内部的遗传变化,也关注物种之间的进化关系。BEAST能够根据基因数据,帮助研究者理解物种分化的速率以及种群大小变化的历史。
3. 可测量的进化群体:这涉及到分析那些可以观察到显著进化变化的群体,比如古代DNA样本或是病毒序列数据。这类数据能够提供时间序列上的变异信息,从而允许研究者进行更精确的时间校准和进化速率估计。
使用BEAST进行分析时,研究者通常需要具备一定的分子生物学、系统发育学以及贝叶斯统计的知识。BEAST软件包通常需要与其他软件配合使用,例如BEAUti,它提供了一个图形界面来辅助用户生成分析所需的XML文件。这些文件定义了MCMC分析的参数设置,包括分子钟模型、先验分布、马尔可夫链的参数以及数据文件等。完成这些设置后,BEAST核心程序就能执行MCMC分析,并最终输出包括树拓扑、分支长度和进化参数等在内的各种后验分布结果。这些结果需要通过BEAST软件包中提供的其他程序进行进一步的分析和可视化处理,以帮助研究人员做出科学的推断和结论。