練習(xí)1：建立HIV和SIV的系統(tǒng)發(fā)育史

您將使用Neighbor-Joining?樹(shù)木構(gòu)建方法和Tamura-Nei?模型構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)發(fā)育。進(jìn)化模型描述了每個(gè)核苷酸的預(yù)期頻率和核苷酸之間的變化率。Tamura-Nei模型假定每個(gè)基地具有不同的均衡頻率，并允許轉(zhuǎn)換和變換以不同的速率發(fā)生。它允許兩種類型的轉(zhuǎn)換（A?G和C?T）具有不同的速率。這在分析HIV序列時(shí)很有用，因?yàn)镠IV表現(xiàn)出由宿主酶（APOBEC3G）引起的超G-to-A突變。您將使用Neighbor-Joining方法，因?yàn)檫@些序列通常不會(huì)像時(shí)鐘一樣進(jìn)化。

打開(kāi)提供的路線。

要使用Tamura-Nei模型構(gòu)建一個(gè)Neighbor-Joining樹(shù)，使用引導(dǎo)，單擊??Tree按鈕并選擇Geneious Tree Builder。您應(yīng)該通過(guò)按Reset to Defaults按鈕將任何更改的參數(shù)重置為默認(rèn)值（如果此選項(xiàng)顯示為灰色，則默認(rèn)設(shè)置已被選中）。

對(duì)于遺傳距離模型，選擇Tamura-Nei?并為樹(shù)構(gòu)建方法選擇Neighbor-Joining?。將外群設(shè)置為“SIV-MON;?莫娜猴;?AY340701“?。這個(gè)序列將被用于樹(shù)根。

要計(jì)算樹(shù)的支持值，請(qǐng)使用引導(dǎo)。為此，請(qǐng)勾選Resample樹(shù)旁邊的復(fù)選框，然后在重新采樣方法旁邊的下拉框中選擇Bootstrap?。使用100個(gè)自舉樣本和一個(gè)0?的支持閾值。由于您選擇的樣品越多，分析所需的時(shí)間越長(zhǎng)，因此不要使用超過(guò)100個(gè)樣品進(jìn)行此示例分析。如果你想使用提供的樹(shù)，你可以通過(guò)點(diǎn)擊這里來(lái)完成。

樹(shù)建筑選項(xiàng)現(xiàn)在應(yīng)該看起來(lái)類似于：

點(diǎn)擊OK?建立樹(shù)。

樹(shù)構(gòu)建器完成后，樹(shù)文檔將出現(xiàn)在Geneious的文檔表中，并應(yīng)自動(dòng)打開(kāi)。

查看和操縱系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)是進(jìn)化關(guān)系的分支圖。它包含關(guān)于一組生物體內(nèi)進(jìn)化分歧的順序的信息，并因此包含關(guān)于它們之間的關(guān)系的信息。它還可以包含有關(guān)任何兩個(gè)分支事件之間發(fā)生的演化變化量的信息。樹(shù)上的線稱為分支，這些線的交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)表示樹(shù)中的分支事件。樹(shù)的分支模式稱為拓?fù)洹?/font>拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示生物體如何相互關(guān)聯(lián)。

根據(jù)屏幕大小和樹(shù)的大小，可能無(wú)法在樹(shù)上顯示所有序列名稱，因此Geneious將只顯示一些序列名稱。要放大樹(shù)，請(qǐng)使用樹(shù)視圖右側(cè)面板中“常規(guī)”下的縮放滑塊。要擴(kuò)展樹(shù)的分支之間的距離，請(qǐng)使用擴(kuò)展滑塊。隨著分支之間的空間量增加，更多的序列名稱將顯示在樹(shù)上。

由于此樹(shù)是使用Geneious中的對(duì)齊創(chuàng)建的，因此該對(duì)齊將附加到樹(shù)上。點(diǎn)擊“對(duì)齊視圖”標(biāo)簽查看對(duì)齊。

對(duì)齊中的序列根據(jù)樹(shù)的拓?fù)渑判颉?/font>在序列名稱的左側(cè)，您可以看到樹(shù)形拓?fù)洌ㄈ绻褂么笮蜆?shù)，這可能不可見(jiàn)）。選擇“SIV-MON;?莫娜猴;?AY340701“序列中，然后返回到”樹(shù)視圖“。這個(gè)序列現(xiàn)在也在樹(shù)中被選中。

用于構(gòu)建此對(duì)齊和樹(shù)的序列具有與它們相關(guān)聯(lián)的其他元數(shù)據(jù)（這是在各個(gè)序列文檔的“信息”選項(xiàng)卡的“屬性”字段中找到的數(shù)據(jù)）。這些信息可以顯示在樹(shù)的尖端。要在樹(shù)的頂端顯示生物體，請(qǐng)從“顯示提示標(biāo)簽”下的“顯示”旁邊的框中選擇“生物體”。

要顯示生物體和宿主生物體，請(qǐng)按住Ctrl（在Windows上）或Cmd（在Mac上）并選擇“生物體”和“宿主生物體”。現(xiàn)在，宿主生物體和生物體顯示在樹(shù)的頂端，用逗號(hào)分隔。要在樹(shù)上顯示序列名稱，請(qǐng)選擇“名稱”。

正如可以使用不同字體或墨水顏色打印句子而不改變意義一樣，樹(shù)木也可以用不同形狀和方向表示。即使外觀發(fā)生變化，樹(shù)中編碼的信息仍然保持不變。例如，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)分支組來(lái)改變樹(shù)的外觀。要旋轉(zhuǎn)分支，請(qǐng)?jiān)跇?shù)中選擇一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，然后單擊窗口頂部的“?交換兄弟”?按鈕。這將旋轉(zhuǎn)該子樹(shù)中的分支;?然而，相關(guān)程度并沒(méi)有通過(guò)在樹(shù)中旋轉(zhuǎn)分支來(lái)改變。簡(jiǎn)單地把兩個(gè)名字放在一起，并不意味著任何密切的關(guān)系。

試試這個(gè)你創(chuàng)建的樹(shù)。在包含Grivet猴子和四只Vervet猴子的樹(shù)中選擇節(jié)點(diǎn)，然后單擊Swap Siblings?按鈕。

這些樣本的順序會(huì)在樹(shù)上發(fā)生變化，但是來(lái)自Grivet猴子的樣本與來(lái)自四只Vervet猴子的樣本之間的關(guān)系并沒(méi)有改變。

有根樹(shù)木

樹(shù)木可能根本沒(méi)有根。要將HIV樹(shù)視為無(wú)根樹(shù)，請(qǐng)單擊樹(shù)視圖右側(cè)面板中“常規(guī)”選項(xiàng)下的一個(gè)無(wú)根視圖。

無(wú)根的樹(shù)木不會(huì)告訴我們關(guān)于進(jìn)化關(guān)系的很多內(nèi)容。我們無(wú)法確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)是祖先，哪些是樹(shù)上的后代節(jié)點(diǎn)。為了建立祖先 - 后代關(guān)系，我們需要確定一個(gè)合適的群組，然后在分支上分支樹(shù)和樹(shù)的其余部分（內(nèi)部群）。我們可以在構(gòu)建樹(shù)之前指定根來(lái)生成有根樹(shù)，或者可以在構(gòu)建樹(shù)之后指定根，以將無(wú)根樹(shù)更改為有根樹(shù)。

當(dāng)你建立HIV和SIV序列的樹(shù)時(shí)，你指定了一個(gè)外群（“SIV-MON; Mona monkey; AY340701”），所以Geneious生成了一棵有根的樹(shù)。要將樹(shù)視為有根樹(shù)，請(qǐng)單擊樹(shù)視圖右側(cè)面板中“常規(guī)”選項(xiàng)下的有根視圖。

根系的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)可以如上所述水平定向，或垂直定向。這里的時(shí)間軸是隱含的，從左到右運(yùn)行。樹(shù)左端的節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)，它代表樹(shù)上最老的點(diǎn)。當(dāng)我們從根節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，我們可以識(shí)別祖先到其后代分支的節(jié)點(diǎn)。從樹(shù)的頂端進(jìn)行工作，使我們能夠識(shí)別近親和遠(yuǎn)親。任何兩個(gè)有機(jī)體的親緣關(guān)系的程度是由你在尋找它們共同的祖先所必須去的有根樹(shù)上返回多遠(yuǎn)而給出的。如果在追溯到A和B的共同祖先時(shí)，你通過(guò)了A和C的共同祖先，那么你可以說(shuō)A和C比A和B更相關(guān)。

在有根樹(shù)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)及其所有后代節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)分支。這就是我們通常稱之為真正樹(shù)上的“分支” - 物理分支和附屬于它的所有小分支和葉子。因?yàn)闊o(wú)根樹(shù)沒(méi)有上述時(shí)間軸，所以在這種情況下討論分支是不合適的。

體節(jié)圖和包膜

樹(shù)的分支的長(zhǎng)度可以是任意的（例如，包絡(luò)圖），或者可以表示進(jìn)化變化（phylogram）的量。

在一個(gè)曲線圖中，分支的長(zhǎng)度與這些分支事件之間發(fā)生的變化量成正比。由于您構(gòu)建的樹(shù)是使用距離（1-相似性）度量（即NJ）估計(jì)的，因此節(jié)點(diǎn)的鄰近度表示它們的總體相似度。

要顯示樹(shù)分支的長(zhǎng)度，請(qǐng)?jiān)跇?shù)視圖右側(cè)的面板中，從“顯示分支標(biāo)簽”下的“顯示”旁邊的下拉框中選擇“每個(gè)站點(diǎn)的替代”。

在你的樹(shù)上，找到“SIV-MAC;?獼猴;?M33262“和”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“，并查看分隔這兩個(gè)分類群的分支的長(zhǎng)度。現(xiàn)在找到“SIV-MND;?山魈;?AF328295“和”SIV-MND;?山魈;?AF367411“并查看這些分支的長(zhǎng)度。分支“SIV-MAC;?獼猴;?M33262“來(lái)自”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“短于分隔”SIV-MND“的分支的長(zhǎng)度;?山魈;?AF328295“和”SIV-MND;?山魈;?AF367411” 。由此可以得出結(jié)論：“SIV-MAC;?獼猴;?M33262“更類似于”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“，而不是”SIV-MND;?山魈;?AF328295“是”SIV-MND;?山魈;?AF367411” 。

如果使用最優(yōu)性方法（例如MP或ML）來(lái)估計(jì)樹(shù)，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰近度反映估計(jì)在它們之間發(fā)生的字符狀態(tài)的演化變化的數(shù)量。如果從一棵樹(shù)的根部到另一端的有機(jī)體A的樹(shù)根的總分支長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從另一端的根到有機(jī)體B的總分支長(zhǎng)度，則可以說(shuō)A譜系中的進(jìn)化比在B譜系中更快該樹(shù)所基于的字符。

要將樹(shù)變換為包絡(luò)圖，請(qǐng)在“格式”選項(xiàng)中勾選變換分支框。在Transform?旁邊的下拉框中選擇Cladogram

注意樹(shù)的分支長(zhǎng)度是如何變化的，并且樹(shù)的所有提示都在樹(shù)視圖的右側(cè)對(duì)齊。通過(guò)這種轉(zhuǎn)換，分支的長(zhǎng)度是沒(méi)有意義的。如果你現(xiàn)在看“SIV-MAC;?獼猴;?M33262“和”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“，然后看看”SIV-MND;?山魈;?AF328295“和”SIV-MND;?山魈;?AF367411“你可以看到分支長(zhǎng)度分開(kāi)”SIV-MAC;?獼猴;?M33262“來(lái)自”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“與分隔”SIV-MND“的分支具有相同的長(zhǎng)度。山魈;?“來(lái)自”SIV-MND的AF328295“;?山魈;?AF367411” 。對(duì)于轉(zhuǎn)換的分支，你不能得出關(guān)于如何類似“SIV-MAC;?獼猴;?M33262“是”SIV-MNE;?豬尾獼猴;?U79412“與”SIV-MND“的相似程度進(jìn)行比較。山魈;?AF328295“是”SIV-MND;?山魈;?AF367411” 。

要將樹(shù)轉(zhuǎn)換回phylogram，請(qǐng)取消選中Transform branches?。要隱藏分支長(zhǎng)度，請(qǐng)取消選中“顯示分支標(biāo)簽”旁邊的框。

顯示支持值

除了由樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹(shù)的分支長(zhǎng)度傳達(dá)的信息之外，還可以在樹(shù)的節(jié)點(diǎn)和/或分支上寫(xiě)入更多信息。可用于顯示的信息取決于構(gòu)建樹(shù)的方法和使用的選項(xiàng)。通常，支持值將顯示在樹(shù)上。

樹(shù)木建筑方法生成最能解釋對(duì)齊中信息的樹(shù);?然而，這棵樹(shù)不太可能解釋所有的對(duì)齊變化。并非所有的對(duì)齊站點(diǎn)都支持此樹(shù)，并且并非樹(shù)中的所有分支都必須得到對(duì)齊的強(qiáng)力支持。例如，對(duì)于快速物種形成事件，在比對(duì)中可能沒(méi)有足夠的信息來(lái)確定一組物種的分支模式，并且樹(shù)中的一些分支可能只具有比可能的分支更少的支持。

如果你看看你建造的這棵樹(shù)，很難分辨哪支支持強(qiáng)烈支持，哪些不支持。例如，包含“SIV-GSN;?大斑點(diǎn)猴子;?AF468659“和”SIV-GSN;?大斑點(diǎn)猴子;?AF468658“具有與包含”SIV-MND“的分支相同的支持;?山魈;?AF328295“和”SIV-MND;?山魈;?AF367411” ？

要找出對(duì)齊支持樹(shù)中每個(gè)分支的強(qiáng)度，我們可以計(jì)算支持值。在樹(shù)形建筑選項(xiàng)中，您選擇了“Bootstrap”重采樣方法。樹(shù)中分支的引導(dǎo)統(tǒng)計(jì)量是分支出現(xiàn)在引導(dǎo)復(fù)制樹(shù)集合中的百分比。這個(gè)百分比范圍從0％（分支沒(méi)有出現(xiàn)在任何引導(dǎo)樹(shù)中）到100％（分支出現(xiàn)在所有引導(dǎo)樹(shù)中）。引導(dǎo)復(fù)制樹(shù)是通過(guò)從對(duì)齊中隨機(jī)抽樣站點(diǎn)和替換來(lái)生成的，以創(chuàng)建一個(gè)新的隨機(jī)對(duì)齊，然后從這個(gè)抽樣對(duì)齊構(gòu)建一棵樹(shù)。對(duì)于指定數(shù)量的自舉復(fù)制重復(fù)此過(guò)程（在您的情況下，這是500）。

要在樹(shù)上顯示引導(dǎo)值，請(qǐng)勾選顯示分支標(biāo)簽旁邊的復(fù)選框，然后從“顯示”旁邊的下拉框中選擇共識(shí)支持（％）。

分支的引導(dǎo)值將顯示在該分支最近的共同祖先節(jié)點(diǎn)的左側(cè)。

現(xiàn)在引導(dǎo)值顯示在樹(shù)上，您可以看到對(duì)包含“SIV-GSN;?大斑點(diǎn)猴子;?AF468659“和”SIV-GSN;?大斑點(diǎn)猴子;?AF468658“，但不適用于包含”SIV-MND;?山魈;?AF328295“和”SIV-MND;?山魈;?AF367411” 。