Hi,大家好贷屎。對于做實(shí)驗(yàn)的小伙伴來說鼻忠，我們經(jīng)常需要構(gòu)建進(jìn)化樹，那么很多人應(yīng)該都會選擇MEGA（Molecular Evolutionary Genetic Analysis）這款軟件递雀。MEGA軟件的目標(biāo)是從進(jìn)化的角度出發(fā)乡括，為探索、發(fā)現(xiàn)和分析DNA和蛋白質(zhì)序列提供工具翻屈。從1993年第一個(gè)版本問世到今天為止陈哑，MEGA已經(jīng)更新了8個(gè)版本，目前最新的版本為MEGAX伸眶。
今天我們就來介紹一下MEGAX在圖形界面（GUI）下如何構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹惊窖。系統(tǒng)發(fā)育樹又稱演化樹或者進(jìn)化樹，是一種呈現(xiàn)不同物種或者是同物種不同族群的個(gè)體之間的親緣關(guān)系樹狀圖厘贼，可應(yīng)用于親緣分支分類方法界酒、流行病學(xué)以及生態(tài)學(xué)等等[1]。
第一步：下載MEGA軟件
MEGA支持包括Windows,MacOS和LINUX多系統(tǒng)運(yùn)行嘴秸，可以說非常友好了毁欣。這里我下載的是macOS版本
MEGA的網(wǎng)址（https://www.megasoftware.net）售担，選好所需版本，點(diǎn)擊DOWNLOAD,按照要求填寫所需信息下載即可署辉。
第二步：準(zhǔn)備自己要比對的序列
這里我們準(zhǔn)備的fasta格式的文件: example.fasta
第三步：進(jìn)行多序列比對
和
來選擇桶唐。
比對完成之后栅葡，點(diǎn)擊Data-Export Aligment-MEGA Format,將比對結(jié)果保存為example.meg格式文件
第四步：構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹
來選擇建樹方法尤泽。構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹有三種主要的建樹方法欣簇，分別是距離法、最大簡約法(maximum parsimony, MP)坯约，最大似然法(maximum likelihood,ML) 和貝葉斯法（Bayesian）熊咽。其中基于距離法的算法主要包括UPGMA、ME（Minimum Evolution闹丐，最小進(jìn)化法）和NJ（Neighbor-Joining横殴，鄰接法）等。距離法是考察數(shù)據(jù)組中所有序列的兩兩比對結(jié)果卿拴，通過序列兩兩之間的差異決定進(jìn)化樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹枝長度衫仑，其中NJ法通過確定距離最近(或相鄰)的成對分類單位來使系統(tǒng)樹的總距離達(dá)到最小。它的特點(diǎn)是重建的樹相對準(zhǔn)確堕花，假設(shè)少文狱，計(jì)算速度快，只得到一棵樹航徙。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在將序列上的所有位點(diǎn)同等對待如贷，且所分析序列的進(jìn)化距離不能太大陷虎。故NJ法適用于進(jìn)化距離不大到踏，信息位點(diǎn)少的短序列；最大簡約法是考察數(shù)據(jù)組中序列的多重比對結(jié)果尚猿，優(yōu)化出的進(jìn)化樹能夠利用最少的離散步驟去解釋多重比對中的堿基差異窝稿，該方法基于進(jìn)化過程中所需核苷酸(或氨基酸)替代數(shù)目最少的假說，對所有可能正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算并挑選出所需替代數(shù)最小的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為最優(yōu)系統(tǒng)樹凿掂，也就是通過比較所有可能樹伴榔，選擇其中長度最小的樹作為最終的系統(tǒng)發(fā)生樹纹蝴，即最大簡約樹；最大似然法主要考察數(shù)據(jù)組中序列的多重比對結(jié)果踪少，對所有可能的系統(tǒng)發(fā)育樹都計(jì)算似然函數(shù)塘安，似然函數(shù)值最大的那棵樹即為最可能的系統(tǒng)發(fā)育樹，ML法是與進(jìn)化事實(shí)吻合最好的建樹算法援奢。其缺點(diǎn)是計(jì)算強(qiáng)度非常大兼犯，極為耗時(shí)；貝葉斯法是一種新的利用貝葉斯演繹法預(yù)測種系發(fā)生史的系統(tǒng)進(jìn)化分析方法集漾，根據(jù)多種分子進(jìn)化模型切黔，利用馬爾科夫鏈的蒙特卡洛方法產(chǎn)生所有參數(shù)的后驗(yàn)概率(posterior probability)估計(jì)值，這些參數(shù)包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具篇、分支長度和替代模型各參數(shù)的估計(jì)纬霞。該方法不僅可以對模型的參數(shù)進(jìn)行直接量化，而且可以分析很大的數(shù)據(jù)集驱显，因其以后驗(yàn)概率來表示各分支的可信性而不需用自引導(dǎo)法(bootstrap)進(jìn)行檢驗(yàn)诗芜。
對進(jìn)化樹評估一般會采用Bootstrap 進(jìn)行檢驗(yàn)。Bootstrap檢驗(yàn)埃疫，自舉法檢驗(yàn)绢陌，也叫自展，自助法熔恢。其實(shí)就是放回式抽樣統(tǒng)計(jì)法的一種脐湾，通過對數(shù)據(jù)集多次重復(fù)取樣，構(gòu)建多個(gè)進(jìn)化樹叙淌，用來檢查給定樹的分枝可信度,默認(rèn)自檢次數(shù)為1000次秤掌。
平時(shí)一般推薦用兩種不同的方法進(jìn)行建樹，如果得到的進(jìn)化樹類似鹰霍，則結(jié)果較為可靠闻鉴。這里我們先選擇Neighbor-Joining法建樹。本人親自驗(yàn)證過NJ法建樹幾秒搞定茂洒，使用ML法孟岛，8線程足足運(yùn)行了2個(gè)多小時(shí)。
進(jìn)化樹構(gòu)建完畢后督勺，將進(jìn)化樹的文本文件也保存一下渠羞。點(diǎn)擊File中的Export Current Tree(Newick)，將結(jié)果保存為Newick格式智哀。便于之后在iTOL等工具中進(jìn)行進(jìn)一步的美化次询。
1.維基百科
2.Glen Stecher, Koichiro Tamura, and Sudhir Kumar (2020) Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) for macOS. Molecular Biology and Evolution (https://doi.org/10.1093/molbev/msz312)
3.http://blog.sina.com.cn/s/blog_6c0267490102wgxn.html，三大系統(tǒng)進(jìn)化樹法則：鄰接法瓷叫，最大簡約法屯吊，最大似然法
