进化树的构建·再识——25.3.2018，需要重新进行跑流程/编辑

系统发育树的构建在大学学过并用来做毕设，可是感觉自己在进化树的构建上面仍有一些知识/技能模块的缺失，恰好导师请了一位做进化的好友专门过来给我讲解了进化树的构建，让我能补齐一些知识。

数据

序列根据需要可以选取不同类型（cds、dna、rna、protein...）和不同位置（基因家族的全长序列、基因家族某个结构域的序列、非编码序列...）。在序列选取过程中尽量排除具有诱导性的序列。实验过程所用的是一组病毒中某基因家族的cds序列。

>less -S gB.fas#共有80条。
例：
>AF257079
ATGCCCGCTGGTGGCGGTCTTTGGCGCGGGCCCCGCGGGCATCGGCCCGGGCACCACGGCGGTGCTGGCCTCGGACGTCTTTGGCCTGCTCCACACCACGCTGCAGCTGCGCGGGGCGCCGTCGCGCTAGCGCTGCTGCTGCTGGCGCTCGCCGCGACCCCGACGTGCGGCGCGGCGGCCGTGACGCGGGCCGCCTCGGCCTCGCCCGCGCCCGGGACGGGCGCCACCCCAGACGGCTTCTCCACGGAGGAGTCCCTCGAGGAGATCGACGGGGCCGTCTCCCCCGGCCCCTCGGACGCCCCCGACGGCGAGTACGGCGACCTGGACGCGCGCACGGCCGTGCGCGCGGCCGCGACCGAGCGGGACCGCTTCTACGTCTGCCCGCCGCCGTCCGGCTCCACGGTGGTGCGCCTGGAGCCCGAGCAGGCCTGCCCCGAGTACTCGCAGGGGCGCAACTTCACGGAGGGGATCGCCGTGCTCTTCAAGGAGAACATCGCCCCGCACAAGTTCAAGGCCCACATCTACTACAAGAACGTCATCGTCACGACCGTGTGGTCCGGGAGCACGTACGCGGCCATCACGAACCGCTTCACGGACCGCGTGCCCGTCCCCGTGCAGGAGATCACGGACGTGATCGACCGCCGCGGCAAGTGCGTCTCCAAGGCCGAGTACGTGCGCAACAACCACAAGGTGACCGCCTTCGACCGCGACGAGAACCCCGTCGAGGTGGACCTGCGCCCCTCGCGCCTGAACGCGCTCGGCACCCGCGGCTGGCACACCACCAACGACACCTACACCAAGATCGGCGCCGCGGGCTTCTACCACACGGGCACCTCCGTCAACTGCATCGTCGAGGAGGTGGAGGCGCGCTCCGTGTACCCCTACGACTCCTTCGCCCTGTCCACGGGGGACATCGTGTACATGTCCCCCTTCTACGGCCTGCGCGAGGGGGCCCACGGGGAGCACATCGGCTACGCGCCCGGGCGCTTCCAGCAGGTGGAGCACTACTACCCCATCGACCTGGACTCGCGCCTCCGCGCCTCCGAGAGCGTGACGCGCAACTTTCTGCGCACGCCGCACTTCACGGTGGCCTGGGACTGGGCCCCCAAGACGCGGCGCGTGTGCAGCCTGGCCAAGTGGCGCGAGGCCGAGGAGATGATCCGCGACGAGACGCGCGGCGGGTCCTTCCGCTTCACGTCGCGGGCCCTGGGCGCCTCCTTCGTCAGCGACGTCACGCAGCTCGACCTGCAGCGCGTGCACCTGGGCGACTGCGTCCTCCGCGAGGCCTCGGAGGCCATCGACGCCATCTACCGGCGGCGCTACAACAACACGCACGTGCTGGCCGGCGACAGGCCCGAGGTGTACCTCGCCCGCGGGGGCTTCGTGGTGGCCTTCCGCCCGCTGATCTCGAACGAGCTGGCGCAGCTGTACGCGCGCGAGCTCGAGCGCCTCGGCCTCGCCGGCGTCGTGGGCCCCGCGTCCCCCGCGGCCGCCCGTCGGGCCCGGCGCTCCCCCGGCCCGGCGGGGACGCCCGAGCCGCCGGCCGTCAACGGCACGGGGCACCTGCGCATCACCACGGGCTCGGCCGAGTTTGCGCGCCTGCAGTTCACCTACGACCACATCCAGGCGCACGTGAACGACATGCTGAGCCGCATCGCGGCCGCCTGGTGCGAGCTGCATAACAAGGACCGCACCCTGTGGGGCGAGATGTCGCGCCTGAACCCCAGCGCCGTGGCCACGGCCGCGCTGGGCCAGCGCGTCTCGGCGCGCATGCTCGGCGACGTGATGGCCATCTCGCGGTGCGTGGAGGTGCGCGGCGGCGTGTACGTGCAGAACTCCATGCGCGTGCCCGGCGAGCGCGGCACGTGCTACAGCCGCCCGCTGGTGACCTTCGAGCACAACGGCACGGGCGTGATCGAGGGCCAGCTCGGCGACGACAACGAGCTCCTCATCTCGCGCGACCTCATCGAGCCCTGCACCGGCAACCACCGGCGCTACTTTAAGCTGGGCGGCGGGTACGTGTACTACGAGGACTACAGCTACGTGCGCATGGTGGAGGTGCCCGAGACGATCAGCACGCGGGTGACCCTGAACCTGACGCTGCTCGAGGACCGCGAGTTCCTGCCCCTCGAGGTGTACACGCGCGAGGAGCTCGCCGACACGGGCCTCCTGGACTACAGCGAGATCCAGCGCCGCAACCAGCCGCACACGCTCAAGTTCTACGACATTGACCGCGTGGTCAAGGTGGACCACAACGTGGTGCTGCTGCGCGGCATCGCCAACTTCTTCCAGGGCCTCGGCGACGTGGGCGCCGCCGTCGGCAAGGTGGTCCTGGGCGCCACGGGGGCCGTGATCTCGGCCGTCGGCGGCATGGTGTCCTTCCTGTCCAACCCCTTCGGGGCGCTCGCCATCGGGCTGCTGGTGCTGGCCGGCCTGGTCGCGGCCTTCCTGGCCTACCGGCACATCTCGCGCCTGCGCCGCAACCCCATGAAGGCCCTGTACCCCGTCACGACGAAGGCGCTCAAGGAGGACGGCGTCGAAGAGGACGACGTGGACGAGGCCAAGCTGGACCAGGCCCGGGACATGATCCGGTACATGTCCATCGTGTCGGCCCTCGAGCAGCAGGAGCACAAGGCGCGCAAGAAGAACAGCGGGCCCGCGCTGCTGGCCAGCCGCGTCGGGGTGATGGCCACGCGCCGCCGGCACTACCAGCGCCTC
>GQ325658
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>KF711983
GGCCCATCGGAGGCCCCCGACGGCGAGTACGGCGACCTGGACGCGCGCACGGCCGTGCGCGCGGCCGCGACCGAGCGGGACCGCTTCTACGTCTGCCCGCCGCCGTCCGGCTCCACGGTGGTGCGCCTGGAGCCCGAGCAGGCCTGCCCCGAGTACTCGCAGGGGCGCAACTTCACGGAGGGGATCGCCGTGCTCTTCAAGGAGAACATCGCCCCGCACAAGTTCAAGGCCCACATCTACTACAAGAACGTCATCGTCACGACCGTGTGGTCCGGGAGCACGTACGCGGCCATCACGAACCGCTTCACGGACCGCGTGCCCGTCCCCGTGCAGGAGATCACGGACGTGATCGACCGCCGCGGCAAGTGCGTCTCCAAGGCCGAGTACGTGCGCAACAACCACAAGGTGACCGCCTTCGACCGCGATGAGAACCCCGTCGAGGTGGACCTGCGCCCCTCGCGCCTGAACGCGCTCGGCACCCGCGGCTGGCACACCACCAACGACACCTACACCAAGATCGGCGCCGCGGGCTTCTACCACACGGGCACCTCCGTCAACTGCATCGTCGAGGAGGTGGAGGCGCGCTCCGTGTACCCCTACGACTCCTTCGCCCTGTCCACGGGGGACATCGTGTACATGTCCCCCTTCTACGGCCTGCGCGAGGGGGCCCACGGGGAGCACATCGGCTACGCGCCCGGGCGCTTCCAGCAGGTGGAGCACTACTACCCCATCGACCTGGACTCGCGCCTCCGCGCCTCCGAGAGCGTGACGCGCAACTTTCTGCGCACGCCGCACTTCACGGTGGCCTGGGACTGGGCCCCAAAGACGCGGCGCGTGTGCAGCCTGGCCAAGTGGCGCGAGGCCGAGGAGATGATCCGCGACGAGACGCGCGACGGGTCCTTCCGCTTCACGTCGCGGGCCCTGGGCGCCTCCTTCGTCAGCGACGTCACGCAGCTCGACCTGCAGCGCGTGCACCTGGGCGACTGCGTCCTCCGCGAGGCCTCGGAGGCCATCGACGCCATCTACCGGCGGCGCTACAACAACACGCACGTGCTGGCCGGCGACAAGCCCGAGGTGTACCTCGCCCGCGGGGGCTTCGTGGTGGCCTTCCGCCCGCTGATCTCGAACGAGCTGGCGCAGCTGTACGCGCGCGAGCTCGAGCGCCTCGGCCTCGCCGGCGTCGTGGGCCCCGCGTCCCCCGCGGCCGCCCGTCGGGCCCGGCGCTCCCCCGGCCCGGCGGGGACGCCCGAGCCGCCGGCCGTCAACGGCACGGGGCACCTGCGCATCACCACGGGCTCGGCCGAGTTTGCGCGCCTGCAGTTCACCTACGACCACATCCAGGCGCACGTGAACGACATGCTGAGCCGCATCGCGGCCGCCTGGTGCGAGCTGCAGAACAAGGACCGCACCCTGTGGGGCGAGATGTCGCGCCTGAACCCCAGCGCCGTGGCCACGGCCGCGCTGGGCCAGCGCGTCTCGGCGCGCATGCTCGGCGACGTGATGGCCATCTCGCGGTGCGTGGAGGTGCGCGGCGGCGTGTACGTGCAGAACTCCATGCGCGTGCCCGGCGAGCGCGGCACGTGCTACAGCCGCCCGCTGGTGACCTTCGAGCACAACGGCACGGGCGTGATCGAGGGCCAGCTCGGCGACGACAACGAGCTCCTCATCTCGCGCGACCTCATCGAGCCCTGCACCGGCAACCACCGGCGCTACTTTAAGCTGGGCGGCGGGTACGTGTACTACGAGGACTACAGCTACGTGCGCATGGTGGAGGTGCCCGAGACGATCAGCACGCGGGTGACCCTGAACCTGACGCTGCTCGAGGACCGCGAGTTCCTGCCCCTCGAGGTGTACACGCGCGAGGAGCTCGCCGACACGGGCCTCCTGGACTACAGCGAGATCCAGCGCCGCAACCAGCTGCACGCGCTCAAGTTCTAC
>KJ526432
ATGCCCGCTGGTGGCGGTCTTTGGCGCGGGCCCCGCGGGCATCGGCCCGGGCACCACGGCGGTGCTGGCCTCGGACGTCTTTGGCCTGCTCCACACCACGCTGCAGCTGCGCGGGGCGCCGTCGCGCTAGCGCTGCTGCTGCTGGCGCTCGCCGCGACCCCGACGTGCGGCGCGGCGGCCGTGACGCGGGCCGCCTCGGCCTCGCCCGCGCCCGGGACGGGCGCCACCCCAGACGGCTTCTCCACGGAGGAGTCCCTCGAGGAGATCGACGGGGCCGTCTCCCCCGGCCCCTCGGACGCCCCCGACGGCGAGTACGGCGACCTGGACGCGCGCACGGCCGTGCGCGCGGCCGCGACCGAGCGGGACCGCTTCTACGTCTGCCCGCCGCCGTCCGGCTCCACGGTGGTGCGCCTGGAGCCCGAGCAGGCCTGCCCCGAGTACTCGCAGGGGCGCAACTTCACGGAGGGGATCGCCGTGCTCTTCAAGGAGAACATCGCCCCGCACAAGTTCAAGGCCCACATCTACTACAAGAACGTCATCGTCACGACCGTGTGGTCCGGGAGCACGTACGCGGCCATCACGAACCGCTTCACGGACCGCGTGCCCGTCCCCGTGCAGGAGATCACGGACGTGATCGACCGCCGCGGCAAGTGCGTCTCCAAGGCCGAGTACGTGCGCAACAACCACAAGGTGACCGCCTTCGACCGCGACGAGAACCCCGTCGAGGTGGACCTGCGCCCCTCGCGCCTGAACGCGCTCGGCACCCGCGGCTGGCACACCACCAACGACACCTACACCAAGATCGGCGCCGCGGGCTTCTACCACACGGGCACCTCCGTCAACTGCATCGTCGAGGAGGTGGAGGCGCGCTCCGTGTACCCCTACGACTCCTTCGCCCTGTCCACGGGGGACATCGTGTACATGTCCCCCTTCTACGGCCTGCGCGAGGGGGCCCACGGGGAGCACATCGGCTACGCGCCCGGGCGCTTCCAGCAGGTGGAGCACTACTACCCCATCGACCTGGACTCGCGCCTCCGCGCCTCCGAGAGCGTGACGCGCAACTTTCTGCGCACGCCGCACTTCACGGTGGCCTGGGACTGGGCCCCCAAGACGCGGCGCGTGTGCAGCCTGGCCAAGTGGCGCGAGGCCGAGGAGATGATCCGCGACGAGACGCGCGACGGGTCCTTCCGCTTCACGTCGCGGGCCCTGGGCGCCTCCTTCGTCAGCGACGTCACGCAGCTCGACCTGCAGCGCGTGCACCTGGGCGACTGCGTCCTCCGCGAGGCCTCGGAGGCCATCGACGCCATCTACCGGCGGCGCTACAACAACACGCACGTGCTGGCCGGCGACAGGCCCGAGGTGTACCTCGCCCGCGGGGGCTTCGTGGTGGCCTTCCGCCCGCTGATCTCGAACGAGCTGGCGCAGCTGTACGCGCGCGAGCTCGAGCGCCTCGGCCTCGCCGGCGTCGTGGGCCCCGCGTCCCCCGCGGCCGCCCGTCGGGCCCGGCGCTCCCCCGGCCCGGCGGGGACGCCCGAGCCGCCGGCCGTCAACGGCACGGGGCACCTGCGCATCACCACGGGCTCGGCCGAGTTTGCGCGCCTGCAGTTCACCTACGACCACATCCAGGCGCACGTGAACGACATGCTGAGCCGCATCGCGGCCGCCTGGTGCGAGCTGCATAACAAGGACCGCACCCTGTGGGGCGAGATGTCGCGCCTGAACCCCAGCGCCGTGGCCACGGCCGCGCTGGGCCAGCGCGTCTCGGCGCGCATGCTCGGCGACGTGATGGCCATCTCGCGGTGCGTGGAGGTGCGCGGCGGCGTGTACGTGCAGAACTCCATGCGCGTGCCCGGCGAGCGCGGCACGTGCTACAGCCGCCCGCTGGTGACCTTCGAGCACAACGGCACGGGCGTGATCGAGGGCCAGCTCGGCGACGACAACGAGCTCCTCATCTCGCGCGACCTCATCGAGCCCTGCACCGGCAACCACCGGCGCTACTTTAAGCTGGGCGGCGGGTACGTGTACTACGAGGACTACAGCTACGTGCGCATGGTGGAGGTGCCCGAGACGATCAGCACGCGGGTGACCCTGAACCTGACGCTGCTCGAGGACCGCGAGTTCCTGCCCCTCGAGGTGTACACGCGCGAGGAGCTCGCCGACACGGGCCTCCTGGACTACAGCGAGATCCAGCGCCGCAACCAGCTGCACACGCTCAAGTTCTACGACATTGACCGCGTGGTCAAGGTGGACCACAACGTGGTGCTGCTGCGCGGCATCGCCAACTTCTTCCAGGGCCTCGGCGACGTGGGCGCCGCCGTCGGCAAGGTGGTCCTGGGCGCCACGGGGGCCGTGATCTCGGCCGTCGGCGGCATGGTGTCCTTCCTGTCCAACCCCTTCGGGGCGCTCGCCATCGGGCTGCTGGTGCTGGCCGGCCTGGTCGCGGCCTTCCTGGCCTACCGGCACATCTCGCGCCTGCGCCGCAACCCCATGAAGGCCCTGTACCCCGTCACGACGAAGGCGCTCAAGGAGGACGGCGTCGAAGAGGACGACGTGGACGAGGCCAAGCTGGACCAGGCCCGGGACATGATCCGGTACATGTCCATCGTGTCGGCCCTCGAGCAGCAGGAGCACAAGGCGCGCAAGAAGAACAGCGGGCCCGCGCTGCTGGCCAGCCGCGTCGGGGTGATGGCCACGCGCCGCCGGCACTACCAGCGCCTCGAGAGCGAGGACCCCGACGCCCTGTAG
...................................

建树流程

1.进行多序列比对
软件有：prank、mafft、muscle等。其中prank最准确，但耗费的时间和计算机资源最多，所以一般用于序列少的数据（100条左右的序列）。mafft又比muscle快，适合在大数据量的比对中使用。
2.保守区的选取
Gblocks，输入文件为比对过后的序列文件，能筛选出保守区。
3.寻找适合的model
使用Jmodel找出最适合的模型，用于后续建树的使用，增加可靠性。
4.建树
建树软件有非常多，一般主要用ML和贝叶斯方法，NJ比较适合相似的序列。最好能同时使用ML和贝叶斯两种方法进行建树，然后对比它们结果。

上机操作

序列比对

上机使用muscle进行多序列比对（有机会多尝试几种比对的方法，对比它们的比对结果）。

muscle 下载网址http://www.drive5.com/muscle/downloads.htm

commond

./muscle3.8.31_i86linux64 -in gB.fas -out gB_muscleOut.fas

结果
使用mega打开

image.png

保守区的选择

使用Gblocks服务网站进行保守区的筛选，也可以用本地版的Gblocks

http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html

将muscle比对后的文件上传至网页。
因为实验中的序列是cds序列，所以应选择codons选项，其他选项不选。
提交后会弹出来一个结果页面：

image.png

等完全载入后，直接下载页面最下方的输出文件（result aligment）

寻找适合的model

先要将上一步得到的blocks序列文件（result aligment）转化成phylips格式文件(使用jmodeltest)#因为忽然连不上服务器，没法重新跑一次流程，就直接粘贴上次用的命令----记得重新跑一次

java -jar jModelTest.jar -d gB_out_muscle_gblocks.fas -getPhylip >gB_out_muscle_gblocks.phy

开始进行model的寻找

java -jar jModelTest.jar -BIC -d gB_out_muscle_gblocks.phy -f -g 4 -i -o gB_out_muscle_gblocks.fas.bic -s 203 -S BEST -tr 50

-s 203表示在203个model（即全部的model）中寻找，如果使用默认值可能有些model会被忽略。

阅读输出文件最后的部分，找出最优模型

tail gB_out_-_gblocks.fas.bic

image.png

此最优模型为 TIM1+I+G 这些需要作为参数输入phyml（本实验使用的建树方法）

image.png

有时需要进行参数的换算，可以参照表格

b90e009a-56c0-4b48-ad3c-230ce7da3a29.png

所以最佳参数为 -m 012230 -a 0.98 -v 0.31

进行进化树的构建

软件的安装(这边使用的是mpi版的)

tar -zvxf phyml-20120412.tar.gz
cd phyml-20120412
mkdir phyml_1
./configure --prefix=/home/wangjl/tree_test/phyml-20120412/phyml_1/ --enable-mpi
make

进化树的构建：

mpirun -np 50 phyml-mpi -i gB_out_-_gblocks.fas.phy -d nt -b 1000 -s BEST -o tlr  -m 012230 -a 0.98 -v 0.31 --no_memory_check  #有一个 -m 参数，需要输入jmodeltest得到的最优模型，具体要研究·jmodeltest和参数说明。-b表示进行1000bootstrap

结果可以用mega或itol查看。
进化树的美化：建议使用itol（http://itol.embl.de/）（通过写配置文件可以实现比较炫的美化效果）