核苷酸配对差异分析与中性检验课件.ppt

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1、第十章古DNA数据分析主要内容系统发育分析遗传多维尺度分析主成分分析群体遗传学分析系统发育分析系统发育(phylogeny)是指一群有机体发生或进化的历史。系统发育树(phylogenetictree），也称为谱系发育树、谱系树、系统发生树、系统树)就是描述这一群有机体发生或进化顺序的拓扑结构。系统发育分析(phylogeneticanalysis)就是指利用现有生物的形态或分子生物学数据重建(reconstruction)系统发育树推断系统发生的过程。系统发育树系统发育树形式有根树（rootedtree）和无根树（

2、unrootedtree）当n=10时，有根树的数目是34459425、无根树是2027025。系统发育树形式标度树和非标度树系统发育树形式基因树和物种树图（a）基因的分歧时间早于物种的分歧时间（b）基因的分歧时间晚于物种的分歧时间基因树与物种树之间的不同系统发生树的构建（1）序列比对与排序；（2）系统发育树的重建；（3）结果的检验。序列比对与排序序列比对与排序是构建系统发育树、进行系统发育分析的前提和必要条件。在古DNA研究中，序列比对的目的就是建立起所检测序列与其他序列的同源关系，提取系统发育分析数据集。序列比对

3、有各种不同的方法，这些方法都是将同源序列位点上相同或相似残基（称匹配位点）与不相似残基（称不匹配位点）按一定的记分规则转化成序列之间相似性或差异性（距离）数值进行比较。ClustalX(ClustalW)是进行此项工作的经典程序。系统发育树的重建在古DNA研究中,主要的系统发育树重建方法有3类：距离法简约法似然法距离法距离法(distancemethod)首先根据距离模型估算出分类群间的进化距离，然后根据不同的聚类算法,从进化距离最短的开始依次聚类,利用距离值矩阵计算出最优树,或将总的树枝长度最小化而优化出进化树。计

4、算个体间遗传距离的替代模型有很多，最基本的核苷酸序列替代模型是P-距离模型、Jukes—Cantor单参数模型（JC69）、Kimura双参数模型（K2P，也称为K80），在此基础上衍生出其它一系列模型，如Tajima-Nei模型、Tamura模型、Tamura-Nei模型等。P-距离模式最简单的距离模型，将2个序列间核苷酸差异率作为彼此间的遗传距离，其计算公式为：式中nd和n分别为所检测的两序列间的核苷酸差异数和配对总数。P距离Jukes-cantor距离模型Jukes-cantor模型假定任一位点的4种核苷酸A、

5、T、G和C间的替代频率都是相同的，其遗传距离为：式中P为两个序列间核苷酸的差异率。Kimura双参数距离模型事实上，在DNA序列中4种核苷酸的替代频率是不同的，通常核苷酸转换的比率要高于颠换，Kimura双参数模型考虑了转换和颠换速率的不同，其遗传距离为：式中P和Q分别为序列中核苷酸转换和颠换的比率群体之间的遗传距离对于群体之间的遗传距离，常用以下公式计算：其中dij是指种群i和j间的平均配对差异(rawmeannucleotidepairwisedifference),而di和dj则分别为种群i和j内的平均配对差异

6、。距离模型的选择当序列分歧比较大时，不同距离测度获的结果差异比较大；但序列分歧比较小时，各种模型所得的数据十分相近。目前古DNA研究的对象多为10万年内的人、动植物等，其序列分歧度都不是很大，因此无论选择哪种距离模型，对实验的分析结果影响都比较小。在古DNA研究中一般选用Kimura双参数距离模型，在实际应用中，此遗传距离模型和其它模型相差不大。距离法常用的聚类算法算术平均不加权的组对法(unweightedpairgroupmethodwitharithmaticmean,UPGMA)、FM法（Fitch-Marg

7、oliash）、最小进化法(minimumevolution,ME)邻接法(neighbor-joining,NJ)NJ法NJ法在系统发育树构建中应用最为广泛，其原理是逐步寻找新的近邻种类(序列),使最终生成的分子树的遗传距离总长度为最小。所谓“近邻”是指在谱系树上两个分类单元只通过一个内部节点相连。对于古DNA研究来说，通常选用NJ法构树。简约法简约法(parsimonymethods)中最有影响的是最大简约法(MaximumParsimony,MP)，该方法源于形态性状的研究，运用最相近的生物间性状变化量最少的演

8、化原理确定最短的进化树，该树仅需要最少的进化步骤就能解释所有DNA序列之间的变异。构建最简约谱系树的位点被称为简约信息点（informativesite）当无论有多少条序列进行比对后，如果一个位点是信息位点，那么在这个位点上它至少要包含两种不同的核苷酸，而且每种核苷酸至少在两个序列中出现。最大简约树的构建最大简约法应用于序列数据构建包括以下几个