2019-10-31OrthoFinder-----準確推斷直系同源物、直系同源群锦援、有根物種和基因樹猛蔽、基因復(fù)制事件(一)

OrthoFinder是用于比較基因組學(xué)的一個快速,準確和全面的平臺。 它查找直系同源群(orthogroups)和直系同源物(orthologs)曼库,推斷所有直系同源群的有根基因樹(rooted gene trees)区岗,并識別這些基因樹中的所有基因復(fù)制事件(gene duplication events)。它還可以為要分析的物種推斷出一個有根的物種樹(rooted species tree)毁枯,并將基因復(fù)制事件從基因樹映射到物種樹中的分支慈缔。 OrthoFinder還可為比較基因組分析提供全面的統(tǒng)計信息。 OrthoFinder易于使用种玛,您只需要運行一套FASTA格式的蛋白質(zhì)序列文件即可藐鹤。 主要用于做進化、基因家族分析赂韵、比較基因組使用娱节。
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注:圖簡單介紹

Proteomes:有三個物種,每個方框內(nèi)的存在旁系同源(存在于一個物種中祭示,因基因復(fù)制而被區(qū)分開括堤,且功能發(fā)生改變)(圖中體現(xiàn)為形狀不一樣),不同方框之間存在直系同源(因物種形成而被區(qū)別開绍移,一個基因原先存在于某個物種,而該物種分化為了兩個物種讥电,兩個物種中的相同的基因功能未變化)(圖中體現(xiàn)為形狀一樣)蹂窖。

Orthogroups:直系同源群,分為3個群恩敌,同一個圈內(nèi)的基因功能一樣(圖中體現(xiàn)形狀一樣)瞬测。

Gene Trees:將上面分成的直系同源群分別進行進化樹分析。(分成幾個纠炮,就能畫幾個進化樹)月趟。

Species Tree:根據(jù)直系同源群畫的樹,進行物種樹的繪制恢口。

Orthologues:直系同源孝宗,可以知道每個直系同源的起源。

summary statictistics:一些統(tǒng)計情況耕肩。

2.相關(guān)概念

同源序列可以分為直系同源和旁系同源因妇。

直系同源(Orthologs):直系同源的序列因物種形成而被區(qū)分開,若一個基因原先存在于某個物種猿诸,而該物種分化為了兩個物種婚被,兩個物種中的相同的基因功能未變化,那么新物種中的基因是直系同源的梳虽。

旁系同源(Paralogs):旁系同源的序列存在于同一個物種址芯。旁系同源的序列因基因復(fù)制而被區(qū)分開,若生物體中的某個基因被復(fù)制了,功能改變了谷炸,那么兩個副本序列就是旁系同源北专。

直系同源是由系統(tǒng)發(fā)育定義的。它不能通過氨基酸含量淑廊,密碼子偏好逗余,GC含量或其他序列相似性測量定義。識別直系同源的唯一方法是通過分析系統(tǒng)發(fā)育樹季惩。確保直系分配正確的唯一方法是對所考慮的物種的最后共同祖先的單個基因下的所有基因進行系統(tǒng)發(fā)育重建录粱。這組基因是直系同源群。因此画拾,定義直系同源的唯一方法是分析直系同源群啥繁。
圖片來自百度
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3.OrthoFinder的安裝

下載站網(wǎng)站: https://github.com/davidemms/OrthoFinder/releases

注:由于Linux系統(tǒng)版本較低,故選擇Orthofinder2.3.7版本的第二個安裝包下載青抛。
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下載完成后用FileZilla等軟件把安裝包傳到Linux服務(wù)器上旗闽。連接上服務(wù)器,輸入以下代碼完成解壓和安裝蜜另。

#終端連接服務(wù)器
ssh 用戶名@服務(wù)器地址
password(密碼)
#解壓縮
tar xzf OrthoFinder_glibc-2.17.tar.gz
cd OrthoFinder/               #cd到可執(zhí)行文件orthofinder所在的文件夾
./orthofinder                 #如果出現(xiàn)以下圖片所示适室,說明軟件已經(jīng)可以運行。

./orthofinder

4.軟件的使用

下載氨基酸序列举瑰,格式為fasta捣辆,每個物種一個文件,并將所有fasta文件存于一個目錄此迅。文件名應(yīng)該簡潔并有區(qū)分性汽畴,因為文件名還會作為最終物種ID。
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#查看幫助文檔
cd --
OrthoFinder/orthofinder -h
#以軟件自帶的數(shù)據(jù)運行
OrthoFinder/orthofinder -f OrthoFinder/ExampleData -S diamond   #第一個參數(shù):OrthoFinder/orthofinder為orthfinder可執(zhí)行文件所在地址耸序。第二個參數(shù)-f:輸入目錄忍些,里面包含需要運行的蛋白質(zhì)fasta文件。第三個參數(shù)-S:序列搜索程序坎怪,默認為diamond罢坝。

運行結(jié)果存放在文件夾:
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5.運行結(jié)果文件解讀

標準OrthoFinder運行會生成一組文件,這些文件描述了直系同源群搅窿,直系同源炸客,基因樹,解析基因樹戈钢,有根物種樹痹仙,基因復(fù)制事件以及所分析物種集的比較基因組統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
結(jié)果文件

(1)直系同源群(Orthogroups)目錄

Orthogroups.tsv:一個制表符分隔的文本文件殉了,每行包含屬于單個直系同源群的基因开仰。來自每個直系同源群基因被組織成列,每個物種一列。

Orthogroups_UnassignedGenes.tsv:一個制表符分隔的文本文件众弓,其格式與Orthogroups.csv相同恩溅,但包含未分配給任何直系同源群的所有基因。

Orthogroups.txt(傳統(tǒng)格式):包含Orthogroups.tsv文件中描述的直系同源群谓娃,但使用OrthoMCL輸出格式脚乡。(方便需求)

Orthogroups.GeneCount.tsv:一個制表符分隔的文本文件,其格式與Orthogroups.csv相同滨达,但包含每個直系同源群中每個物種的基因數(shù)計數(shù)奶稠。

Orthogroups_SingleCopyOrthologues.txt:每個物種正好包含一個基因的直系同源群列表,即它們包含一對一的直系同源物捡遍。 它們非常適合進行種間比較和種樹推斷锌订。(實際使用時候可以根據(jù)需求挑選)

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(2)直系同源物(Orthologues)目錄

直系同源物目錄為每個物種包含一個子目錄,該子目錄又包含每個成對物種比較文件画株,列出該物種對之間的直系同源物辆飘。 直系同源物可以是一對一,一對多或多對多谓传,這取決于直系同源物分化后的基因復(fù)制事件蜈项。文件中的每一行都包含一個物種中的基因,而該基因是另一物種中該基因的直系同源物续挟,并且每一行都被交叉引用到包含這些基因的直系群中战得。

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(3)基因樹(Gene Trees)目錄

為每個直系同源群推斷的系統(tǒng)發(fā)育樹。(根據(jù)需求用)

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(4)解析的基因樹( Resolved Gene Trees)目錄

為每個直系同源群推斷出有根的系統(tǒng)發(fā)育樹庸推,使用OrthoFinder復(fù)制損失合并模型進行解析。(根據(jù)需求來)
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(5)物種樹(Species Tree)目錄

SpeciesTree_rooted.txt:從所有直系同源群推斷出的STAG物種樹浇冰,包含內(nèi)部節(jié)點上的STAG支持值贬媒,并以STRIDE為根。

SpeciesTree_rooted_node_labels.csv:與上述相同的樹肘习,但是節(jié)點具有標簽(而不是支持值)以允許其他結(jié)果文件交叉引用物種樹中的分支/節(jié)點(例如基因復(fù)制事件的位置)际乘。
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(6)比較基因組統(tǒng)計目錄

Duplications_per_Orthogroup.tsv:是一個制表符分隔的文本文件,該文件給出每個直系同源組中標識的復(fù)制項的數(shù)量漂佩。 該數(shù)據(jù)的主文件是Gene_Duplication_Events / Duplications.tsv脖含。

Duplications_per_Species_Tree_Node.tsv:是一個制表符分隔的文本文件,該文件給出了沿物種樹的每個分支發(fā)生的復(fù)制次數(shù)投蝉。 該數(shù)據(jù)的主文件是Gene_Duplication_Events / Duplications.tsv养葵。

Orthogroups_SpeciesOverlaps.tsv:一個制表符分隔的文本文件,其中包含每個物種對之間共享的直系同源群(以方矩陣形式)瘩缆。

OrthologuesStats _ *.tsv:是制表符分隔的文本文件关拒,其中包含矩陣,這些矩陣給出了每對物種之間一對一,一對多和多對多關(guān)系的直向同源物數(shù)量着绊。

Statistics_Overall.tsv:一個制表符分隔的文本文件谐算,其中包含有關(guān)直系同源群大小和分配給直系同源群的基因比例的常規(guī)統(tǒng)計信息。

Statistics_PerSpecies.tsv:一個制表符分隔的文本文件归露,其中包含與Statistics_Overall.csv文件相同的信息洲脂,但包含每個單獨的物種。

在Statistics_Overall.csv 和Statistics_PerSpecies.csv中的一些名詞

Species-specific orthogroup:完全由一個物種的基因組成的直系同源群剧包。

G50: 直系同源群中的基因數(shù)量恐锦,以使50%的基因位于該大小或更大的直系同源群中。

O50: 最小數(shù)目的正交群玄捕,以使50%的基因位于該大小或更大的直系同源群中踩蔚。

Single-copy orthogroup: 單拷貝直系同源群,每個物種中僅有一個基因的直系同源群枚粘。 這些直系同源群是推斷物種樹和許多其他分析的理想選擇馅闽。

Unassigned gene: 未分配的基因,尚未與任何其他基因放入直系同源群的基因馍迄。

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(7)基因復(fù)制事件(Gene Duplication Events)目錄

Duplications.tsv:一個制表符分隔的文本文件福也,其中列出了所有基因復(fù)制事件,這些事件是通過檢查每個直系同源群基因樹的每個節(jié)點來標識的攀圈。

SpeciesTree_Gene_Duplications_0.5_Support.txt :提供了物種樹分支上上述復(fù)制的總和暴凑。 它是newick格式的文本文件。 每個節(jié)點或物種名稱后面的數(shù)字是在導(dǎo)致節(jié)點/物種的分支上發(fā)生的具有至少50%支持的基因復(fù)制事件的數(shù)量赘来。

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(8)直系同源群(Orthogroups sequences)序列

每個直系同源群的FASTA文件給出了每個直系同源群中每個基因的氨基酸序列现喳。

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(9)單拷貝的直系同源群序列(Single copy orthologue sequences)

與直系同源群序列目錄相同的文件,但僅限于每個物種僅包含一個基因的直系同源群犬辰。

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