第二章核酸数据库及核酸序列的分析(第五构建进化树).ppt

在生物信息学中，构建进化树是研究物种间关系及其进化历史的重要手段。这通常涉及到对核酸或蛋白质序列的分析，以揭示不同生物体之间的相似性和差异性。在这个主题中，我们将深入探讨构建进化树的基本概念、步骤以及常用工具。 让我们了解什么是系统发生。系统发生（Phylogeny）是指物种间的演化关系，它描述了不同生物种类如何通过共同祖先逐步演变形成的过程。分子进化是研究这一过程的一种方法，特别是通过分析分子序列（如DNA、RNA或蛋白质）的相似性和变异来推断物种间的亲缘关系。 构建进化树的步骤主要包括以下几部分： 1. 数据收集：这涉及获取目标物种的核酸或蛋白质序列，如在本例中使用的ITS（内部转录间隔区）序列，这些序列可以从像GenBank这样的公共数据库中获取。 2. 序列比对：将收集到的序列进行比对，找出相似和不同的区域。这有助于确定序列间的同源性，比如04M1和05M1-1与GenBank中的其他序列的比对结果。 3. 计算相似度和距离：根据比对结果计算每对序列之间的相似度分数（如HSP score），并转化为遗传距离。这一步骤为构建进化树提供了基础。 4. 构建树状结构：选择合适的算法，如UPGMA（Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean）、NJ（Neighbour Joining）、或者最大似然法，来构建初始的进化树草案。这些算法基于不同的数学模型和假设，以优化物种间的分支排列。 5. 树的优化：对初步构建的树进行调整，例如通过修剪、分支长度的调整或使用其他统计方法验证树的稳定性，以提高进化树的可靠性。 6. 结果解释：分析进化树的分支结构，确定哪些物种聚类在一起，以推断它们的进化关系。例如，两个序列的100%相似度可能表明它们有非常近的共同祖先，而较低的相似度则表示较远的亲缘关系。 在这个过程中，生物信息学软件起着至关重要的作用。例如，MEGA（ Molecular Evolutionary Genetics Analysis）、PHYLIP（Phylogeny Inference Package）和RAxML（Randomized Axelerated Maximum Likelihood）等工具可以自动化和加速上述步骤，帮助研究人员构建和分析进化树。 在案例中，向太和教授展示的两个进化树（04M1和05M1-1）是基于ITS序列的比对结果构建的。这两个进化树揭示了不同植物种类之间的关系，如洋艾蒿属、菊属和苍术属物种的聚类情况。通过比较04M1和05M1-1的树形结构，我们可以看出序列的微小变化如何影响物种间的相对距离和分类归属。 构建进化树是生物信息学的核心任务之一，它帮助科学家理解生物的进化历程，指导物种分类，并在疾病研究、药物发现和生态学等领域提供有价值的信息。通过深入分析核酸序列，我们可以揭示隐藏在分子层次上的生命之树，进一步推动生物学的探索和发展。