植物譜系地理數(shù)據(jù)分析方法

趙　寧

西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏　拉薩　850012

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植物譜系地理數(shù)據(jù)分析方法

趙寧

西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏拉薩850012

譜系地理是以歷史生物地理學(xué)為基礎(chǔ)，通過分子手段將居群遺傳變異宏觀地理分布及孢粉遺傳學(xué)和古生物學(xué)相結(jié)合，研究物種內(nèi)居群形成現(xiàn)有格局的歷史原因和進(jìn)化過程的一門學(xué)科。本文主要論述其后期數(shù)據(jù)分析所用到的軟件以及部分原理和使用方法。

譜系地理；植物；數(shù)據(jù)分析；方法

譜系地理學(xué)，是通過比較一個地區(qū)中多個共同分布的類群的譜系地理格局，來揭示這個地區(qū)生物區(qū)系在地質(zhì)歷史組合中模糊的隔離分化事件，進(jìn)而分析評價這一地區(qū)的生物地理格局以及構(gòu)成這一格局的地質(zhì)歷史過程。基因是遺傳信息的載體，通過復(fù)制將遺傳信息傳給下一代，DAN序列本身具有相對穩(wěn)定的進(jìn)化演變過程和巨大的信息量等優(yōu)勢，而在復(fù)制過程中因?yàn)橥饨绛h(huán)境的改變或者隨機(jī)的差異會導(dǎo)致基因序列發(fā)生變化。通過研究不同居群內(nèi)和居群間的植物的DAN序列的差異度、突變率、遺傳多樣性等追蹤基因流的變化方向來推斷物種的進(jìn)化方向，進(jìn)而推斷期間發(fā)生的歷史事件是譜系地理學(xué)的主要研究方向。譜系地理學(xué)研究前期工作主要有：野外采樣，DAN提取，PCR擴(kuò)增獲得目的片段，核基因的單克隆制備，測序等。后期主要是用相關(guān)統(tǒng)計分析軟件對測序所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本文主要針對后期數(shù)據(jù)分析做簡單介紹。

一、查看峰形圖——chromas 1.62

測序回來拿到的序列一般先進(jìn)行峰形圖的查看，峰形圖各峰單一明晰且沒有重復(fù)序列視為良好。

二、序列拼接軟件——contigExpress 6.0.620.0

一般為確保測序結(jié)果的準(zhǔn)確性，做正反向引物的雙向測序，通過雙向的序列進(jìn)行拼接，獲得最終序列，序列拼接時遵循雙空位切掉，根據(jù)好的改錯的原則對序列進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ば薷摹?/p>

三、序列比對——Clustal

將contigExpress拼接好的序列以Fasta文件格式復(fù)制并粘貼到記事本中，對于有些方向倒置的序列，可用EditSeq進(jìn)行調(diào)整，所有序列按照一定的順序排列到TXT文檔中，保存。將上述TXT文檔輸入ClustalX中進(jìn)行比對，名稱程序自動輸出兩個文件，aln格式和dnd格式，根據(jù)自己所需要的長度在另存為中設(shè)置所需要的堿基位點(diǎn)區(qū)間，并修改文件名稱，以防與軟件自動輸出的aln文件混淆；dnd格式是ClustalX 自動建立的NJ樹，可以忽略，aln文件可以用于后續(xù)MEGA4.0構(gòu)建NJ樹。ClustalX比對結(jié)果還可以保存另外幾個格式，其中phy格式可以用于后續(xù)核苷酸多態(tài) 性分析。

四、DnaSP分析

DNASP軟件是一個分析DAN序列多態(tài)性和單倍型的實(shí)用軟件，它可用于分析單倍型的種類和數(shù)量，計算單倍型多樣性(Hd)與核苷酸多樣性(π)和某一時間點(diǎn)的多態(tài)性的Tajima中性檢驗(yàn)(Tajima 1989)及Fu & Li檢驗(yàn)(Fu and Li，1993；FU，1997)。同時由于群體遺傳結(jié)構(gòu)上，群體大小的變化會通過DAN序列數(shù)據(jù)的檢測得到變化的痕跡，序列失配分布(Roger and Harpending，1992)提供了可推測動態(tài)時間的方法。

失配分布(Mismatch Distribution)是用來檢測居群是否發(fā)生擴(kuò)張的一種方法，它是用來檢測觀察居群的失配分布曲線和理論居群的失配分布曲線的偏離度的，若居群處于擴(kuò)張狀態(tài)或者經(jīng)歷瓶頸效應(yīng)的情況會導(dǎo)致失配分布呈單峰分布，則r值偏低，若居群處于動態(tài)平衡或者處于緩慢的衰退狀態(tài)，則失配分布為雙峰或者多峰，則r值偏高。

五、遺傳多樣性分析——Arlequin v3.0

Arlequin v3.0是一款集合了多種功能功能的遺傳學(xué)分析軟件，包括分子多態(tài)性、錯配分布、遺傳距離估計以及分子差異度分析(AMOVA)，同時，Arlequin v3.0也可以計算Tajima中性檢驗(yàn)及及Fu & Li檢驗(yàn)。

六、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖——Nexwork

Nexwork4.600這種網(wǎng)絡(luò)圖可以包含所有最簡約的樹，而且可顯示序列的信息(如同質(zhì)性位點(diǎn)的位置、突變熱點(diǎn)以及分辨單倍型類型等)在聚類節(jié)點(diǎn)之間的距離越近，它們的單倍型就越相近，因此，分析單倍型網(wǎng)絡(luò)圖可以更加直觀地看出各個單倍型之間的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近。

七、系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建

(一)NJ樹的構(gòu)建

相鄰鏈接法(Neighbor Joining NJ)是Saitou和Nei 1987基于最小進(jìn)化原理提出的，NJ法并不檢驗(yàn)有可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但在每一個階段都要應(yīng)用最小進(jìn)化原理，軟件MEGA4.0可以構(gòu)建NJ樹。

(二)MP樹的構(gòu)建

最大簡約法(Maximum parsimony，MP)，是一種常用于系統(tǒng)發(fā)生學(xué)計算的構(gòu)樹算法，利用簡約信息位點(diǎn)(Parsimony Informative site)，對給定分類單元所有可能的樹進(jìn)行比較，選擇其中長度最小、代價最小的樹作為最終的系統(tǒng)發(fā)生樹(楊子恒，2008)。

(三)ML樹

最早利用最大似然法(Maximum likelihood，ML)來構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹的是Cavalli-sforza和Edwards(1967)。在ML法中，以一個特定的替代模型分析既定的一組數(shù)據(jù)，使獲得的每一個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的似然率均最大，再找出最大似然率最大的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選為最終樹(Nei and Kumar著，呂寶忠等譯，2002)。相對于MP樹，ML樹建樹速度最快。

[1]Avise J.C.The history and purview of phylogeography：a personal reflection[J].MEcology，1998，7：317-319.

[2]Avise J.C.Phylogeography：retrospect and prospect[J].Journal of Biogeography，2009，36：3-15.

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