練習(xí)1：建立HIV和SIV的系統(tǒng)發(fā)育史

您將使用Neighbor-Joining?樹木構(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。

打開提供的路線。

要使用Tamura-Nei模型構(gòu)建一個(gè)Neighbor-Joining樹，使用引導(dǎo)，單擊??Tree按鈕并選擇Geneious Tree Builder。您應(yīng)該通過按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)序列將被用于樹根。

要計(jì)算樹的支持值，請(qǐng)使用引導(dǎo)。為此，請(qǐng)勾選Resample樹旁邊的復(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100個(gè)樣品進(jìn)行此示例分析。如果你想使用提供的樹，你可以通過點(diǎn)擊這里來完成。

樹建筑選項(xiàng)現(xiàn)在應(yīng)該看起來類似于：

點(diǎn)擊OK?建立樹。

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

查看和操縱系統(tǒng)發(fā)育樹

系統(tǒng)發(fā)育樹是進(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)表示樹中的分支事件。樹的分支模式稱為拓?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)屏幕大小和樹的大小，可能無法在樹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，請(qǐng)使用樹視圖右側(cè)面板中“常規(guī)”下的縮放滑塊。要擴(kuò)展樹的分支之間的距離，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上。

由于此樹是使用Geneious中的對(duì)齊創(chuàng)建的，因此該對(duì)齊將附加到樹上。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)樹的拓?fù)渑判颉?/font>在序列名稱的左側(cè)，您可以看到樹形拓?fù)洌ㄈ绻褂么笮蜆?，這可能不可見）。選擇“SIV-MON;?莫娜猴;?AY340701“序列中，然后返回到”樹視圖“。這個(gè)序列現(xiàn)在也在樹中被選中。

用于構(gòu)建此對(duì)齊和樹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的尖端。要在樹的頂端顯示生物體，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的頂端，用逗號(hào)分隔。要在樹上顯示序列名稱，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，樹木也可以用不同形狀和方向表示。即使外觀發(fā)生變化，樹中編碼的信息仍然保持不變。例如，可以通過旋轉(zhuǎn)分支組來改變樹的外觀。要旋轉(zhuǎn)分支，請(qǐng)?jiān)跇渲羞x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)該子樹中的分支;?然而，相關(guān)程度并沒有通過在樹中旋轉(zhuǎn)分支來改變。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。在包含Grivet猴子和四只Vervet猴子的樹中選擇節(jié)點(diǎn)，然后單擊Swap Siblings?按鈕。

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

有根樹木

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

無根的樹木不會(huì)告訴我們關(guān)于進(jìn)化關(guān)系的很多內(nèi)容。我們無法確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)是祖先，哪些是樹上的后代節(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和樹的其余部分（內(nèi)部群）。我們可以在構(gòu)建樹之前指定根來生成有根樹，或者可以在構(gòu)建樹之后指定根，以將無根樹更改為有根樹。

當(dāng)你建立HIV和SIV序列的樹時(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。要將樹視為有根樹，請(qǐng)單擊樹視圖右側(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。樹左端的節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)，它代表樹上最老的點(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)，你通過了A和C的共同祖先，那么你可以說A和C比A和B更相關(guān)。

在有根樹上，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根樹沒有上述時(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。

要顯示樹分支的長(zhǎng)度，請(qǐng)?jiān)跇湟晥D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）來估計(jì)樹，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。如果從一棵樹的根部到另一端的有機(jī)體A的樹根的總分支長(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A譜系中的進(jìn)化比在B譜系中更快該樹所基于的字符。

要將樹變換為包絡(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

注意樹的分支長(zhǎng)度是如何變化的，并且樹的所有提示都在樹視圖的右側(cè)對(duì)齊。通過這種轉(zhuǎn)換，分支的長(zhǎng)度是沒有意義的。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”SIV-MAC;?獼猴;?M33262“來自”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

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

樹木建筑方法生成最能解釋對(duì)齊中信息的樹;?然而，這棵樹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，并且并非樹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)中可能沒有足夠的信息來確定一組物種的分支模式，并且樹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，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)齊支持樹中每個(gè)分支的強(qiáng)度，我們可以計(jì)算支持值。在樹形建筑選項(xiàng)中，您選擇了“Bootstrap”重采樣方法。樹中分支的引導(dǎo)統(tǒng)計(jì)量是分支出現(xiàn)在引導(dǎo)復(fù)制樹集合中的百分比。這個(gè)百分比范圍從0％（分支沒有出現(xiàn)在任何引導(dǎo)樹中）到100％（分支出現(xiàn)在所有引導(dǎo)樹中）。引導(dǎo)復(fù)制樹是通過從對(duì)齊中隨機(jī)抽樣站點(diǎn)和替換來生成的，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。對(duì)于指定數(shù)量的自舉復(fù)制重復(fù)此過程（在您的情況下，這是500）。

要在樹上顯示引導(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” 。