AMI方法構(gòu)建30種生物的進(jìn)化樹(shù)

劉旻昊

摘 要：該文選取了30種脊椎動(dòng)物線(xiàn)粒體基因數(shù)據(jù)，應(yīng)用AMI方法提取出它們的序列特征，結(jié)合相關(guān)系數(shù)和離差平方和方法構(gòu)建生物進(jìn)化樹(shù)。對(duì)30種脊椎動(dòng)物，其生物進(jìn)化樹(shù)與白鳳蘭等人的方法進(jìn)行對(duì)比，更加合理并且計(jì)算方法簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：AMI 基因組 線(xiàn)粒體 生物進(jìn)化樹(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（b）-0032-01

1 數(shù)據(jù)選取

線(xiàn)粒體是真核細(xì)胞內(nèi)較為簡(jiǎn)單的DNA分子，具有極少發(fā)生重組、進(jìn)化速度快等特點(diǎn)。同時(shí)，線(xiàn)粒體DNA只通過(guò)母系遺傳的機(jī)制也使其成為了探索母系遺傳的絕佳工具，被廣泛用于群體遺傳學(xué)研究。

該文從文獻(xiàn)2和3選取30種脊椎動(dòng)物線(xiàn)粒體DNA完全基因組數(shù)據(jù)，可從NCBI網(wǎng)站http：//www.ncbi.nlm.nih.gov免費(fèi)下載。

2 數(shù)據(jù)計(jì)算

2.1 方法一

對(duì)于這30種線(xiàn)粒體基因組，首先提取各自序列的AMI向量，每種生物得到一個(gè)向量。對(duì)于參數(shù)k的選取，我們選取了10、50、100、200、300、400、500、600、700等多個(gè)值，對(duì)這30種動(dòng)物的聚類(lèi)都能得到近似的結(jié)果，但是綜合各向量之間的距離和聚類(lèi)分析的結(jié)果來(lái)看，k取500是比較合適的，這樣AMI向量共有501個(gè)分量。對(duì)于這30種動(dòng)物的AMI向量，進(jìn)行聚類(lèi)，最后得到結(jié)果（具體數(shù)據(jù)和結(jié)果可同作者電子郵件聯(lián)系索取）。

2.2 方法二

白鳳蘭在其博士論文中將DNA序列用三維圖形表示，利用圖的不變量給出了序列之間的距離度量，然后定義了物種進(jìn)化距離，最后用NJ算法構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)。

3 結(jié)果分析

分析方法一的結(jié)果我們可以看出，guinea pig（幾內(nèi)亞豬）和cat（貓）dog（狗）被分在了一起，以上三種構(gòu)成一個(gè)分支；platypus（鴨嘴獸）、rabbit（兔子）、squirrel（松鼠）和fat dormouse（睡鼠）構(gòu)成了第二個(gè)分支，其中的squirrel和fat dormouse距離更近，這是符合進(jìn)化關(guān)系的；下一個(gè)分支是human（人類(lèi)）、gorilla（大猩猩）還有comlnon chimpanzee和pigmy chimpanzee兩種猩猩構(gòu)成的一個(gè)靈長(zhǎng)目的分支，其中的兩種猩猩comlnon chimpanzee和pigmy chimpanzee在系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)中距離最接近；再往下的一個(gè)大分支cow（牛）和sheep（羊）距離最近，同屬于嚙齒動(dòng)物的rat（田鼠）和mouse（家屬）在發(fā)生樹(shù)上最接近；以上這些構(gòu)成了第一個(gè)大的分支。在另一個(gè)分支中，從上往下看是兩種海豹harbor seal和gray seal、兩種犀牛Indian rhinoceros和white rhinoceros印第安犀牛與白犀牛，這兩類(lèi)的近緣物種分別距離最近；剩下的hippopotamus（河馬）、orangutan（猩猩）、donkey（驢）和gibbon（長(zhǎng)臂猿）構(gòu)成了最后一個(gè)分支。總體來(lái)看，由AMI構(gòu)成的系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)上面的多數(shù)近緣物種都能夠聚在一起，符合我們已知的結(jié)論和觀(guān)點(diǎn)。

通過(guò)與方法二的結(jié)果對(duì)比，除了靈長(zhǎng)目的human、gorilla還有comlnon chimpanzee和pigmy chimpanzee兩種猩猩在一個(gè)分支，而orangutan和gibbon在另一個(gè)分支，而在方法二這是分的比較好的，這幾個(gè)物種在方法二中被聚為了一類(lèi)。對(duì)于方法二兩種犀牛Indian rhinoceros和white rhinoceros分別被分到了較遠(yuǎn)的分支上，并且印第安犀牛與donkey距離最近，白犀牛與horse（馬）距離最近，rat與mouse兩種鼠類(lèi)也被分開(kāi)了，沒(méi)有聚在一起。總體來(lái)說(shuō)，方法一在對(duì)物種的分類(lèi)中結(jié)果要優(yōu)于方法二的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] Mark Bauer，Sheldon M Schuster and Khalid Sayood.The Average Mutual Information Profile as a Genomic Signature[J].BMC Bioinformatics 2008，9：48doi：10.1186/1471-2105-9-48.

[2] 白鳳蘭.生物序列的圖形表示極其應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2005.

[3] Snel B，Bork P，Huynen M A.Genome phylogeny based on gene cotent[J].Nat Genet，1992，21：108-110.