生物信息学课件.ppt

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1、课程名称:生物信息学Bioinformatics主讲人：刘顺会所在单位：生命科学与生物制药学院G:系统发育学G1.系统发育学、遗传分类学和存在论G2.构建系统发育树G3.大分子序列进化G1.系统发育学、遗传分类学和存在论物种间的相似性和差异性可以被用来推断进化关系（系统发育学）。这是因为，如果两物种非常相似，它们可能拥有一个新近的共同祖先。确定生物体间进化关系的科学分支即系统发育学。研究系统发育学有三种方法：表现型分类法---将表型相象的物种归类在一起，所有的特征都要被考虑到。遗传分类法---具有共有起源

2、特征的物种归类在一起，也就是说，这些特征并没有出现在离它们较远的祖先特征中。研究系统发育学有三种方法：进化分类法---该方法综合了表现型分类法和遗传分类法的原理。研究系统发育学有三种方法：系统发育分析许多不同的特征能够用于系统发育的分析中，但是核苷酸和蛋白质序列是最为常用的，因为它们为所有的生命形式所共有（允许研究关系密切或疏远的类别），而且可以客观地比较。序列间的相关性可以使用序列比对算法客观地量化。这即是生物信息学在系统发育学中所起的重要作用。序列系统发育分析背后的简单原理是：两条序列间相似度越高，从

3、一条序列变成另一条序列所需要的突变就越少，因而它们拥有的共同祖先就越近。然而，从这类分析得出的任何进化关系必须假定：所比较的序列存在不变的突变率并且没有差异选择。但是这些条件实际上很难达到。系统发育分析系统发育树系统发育树是一种显示进化关系的简单方法，物种由节点（nodes）表示，遗传路径由枝（links）来表示。BADECOCHGOCHGFHCGO无根树系谱图（phylogram）有根树祖先节点终端节点二叉的系统发育树（黑猩猩、大猩猩、人类和猩猩）分类图（cladogram）三分点G2.构建系统发育树系

4、统发育树可以从相似度表（similaritytables）或距离表（distancetables）中构建而来。这些表显示了生物体中一套给定特征间的相似性，采用匹配的百分比（相似度表），或者差异的百分比（距离表）来表示。相似度表和距离表abcdeabcdea10065505050a06111111b65100505050b60111111c50501009765c1111026d50509710065d1111206e50506565100e1111660Similaritytabledistancetab

5、le三种建树方法距离矩阵法：Distancematrixmethods最大简约法：Maximumparsimonymethods最大似然法：MaximumlikelihoodmethodsDistancematrixmethods:通过距离矩阵方法可以选择距离矩阵中两条最密切相关的类，再将它们聚类。重复此过程直到仅剩一个类。不加权的算术平均组对法(UPGMA)由于其简单性而比较流行。因为每个候选是同等加权的，距离则被计算为简单的平均值。三种建树方法三种建树方法：距离矩阵法三种建树方法邻位相接法Maximu

6、mparsimonymethods:最大简约法依据在任何位置将一条序列转变成另一条序列所需突变的最少数量来对序列进行比较和聚类。最终的系统发育树基于整条序列所需的变化总数。必须进行多序列比对三种建树方法：最大简约法Maximumlikelihoodmethods:该方法计算序列中每个位置的一个给定序列变化的可能性，最可靠的树为总的可能性最大的那棵。必须进行多序列比对三种建树方法建树软件PAUP(phylogeneticanalysisusingparsimony)PHYLIP(phylogeneticin

7、ferencepackage)系统发育树有多可靠?一棵给定的树不一定能准确地代表进化历史。然而，数据的可靠性可以通过下述方法进行评估：1.如果不同方法构建树能得出同样的结果，这可很好证明该树是可信的。2.Bootstrapping和jack-knifing方法:重新取样并构建更多的树来评估。G3.大分子序列的进化DNA在进化过程中积累突变，导致了不同株系后代DNA、RNA和蛋白质序列的分歧。基于大分子序列间差异的系统发育树被称为分子系统发育。由于内部突变率和选择压力的差异，不同大分子序列进化速率不同，使得

8、对亲缘关系较近和较远的生物体都可以进行系统发育分析。G3.大分子序列的进化大分子序列的选择对于密切相关的生物体，使用一种快速进化的分子如线粒体DNA比较合适。对于有很大分歧的系统发育关系，则需要用高度保守的分子如核糖体RNA。注意不要选择不适当的大分子序列来解释明显的系统发育关系。HumanChimpanzeePrimateGorillaEukaryaArchaeaLCABacteriamtDNAMitochondrialDN