专题汇总

<一> 科学家发布生物进化与多组学综合分析软件
 <二> eGPS开篇与使用示例一

背景——生物分析软件的使用心得

对于生物软件的使用者来说，一般都有如下的一个使用过程：

打开软件、导入文件、设置参数、点击运行、输出文件

当然对于数据分析模块是这样的，如果是序列编辑、可视化与美化等处理的话，应该是：

打开软件、导入文件、实时操作与查看、输出文件

我们遵循这样的软件过程来讲解eGPS的使用示例二。

目标与数据准备

如果说分子生物进化是进化上的一顶皇冠，那么重构进化树便是皇冠上一颗璀璨的宝石，闪耀着高贵迷人的光芒。下面我们介绍距离法建进化树及相应基础知识。

假设你收集到了不同猿类的线粒体基因组序列，我们称这些序列为多重序列（Multiple sequences）。现在你想以这些序列为基础推断不同猿类的系统发育关系，也就是，这些猿类是如何进化而来的？人和他们的关系是怎么样的？

分子进化学提供了相应的方法论与工具来处理这个问题，并在一定程度上给出了解答。
下面我们尝试使用距离法来构建系统发育树，推断他们可能的进化关系。

原理与步骤

总体知识

首先，我们用多重序列联配器对多重序列进行联配，以生成对位排列（或者叫做多序列联配，英文为 Multiple sequence alignment，简称为MSA，详细内容见使用示例一）。一般软件有MAFFT/ClustalW等。注意，多序列联配是动词，也是一个名词，MS与MSA的区别在于MSA是对位排列的，以‘-’gap补全。所以MSA有两个中文翻译，联配是说明了它的来源，对位排列说明了它的性质。

然后我们成对地计算两两之间的遗传或进化距离，形成一个对称的距离矩阵。一旦距离矩阵算好，多序列联配即不再需要，所以计算距离会比较重要。已经有很多的模型/方法来计算这个距离，从最简单的p距离（即差异的比例），到最复杂的UNREST模型。系统发育关系就以距离矩阵出发，以聚类的方式生成，常用的计算方法有NJ法，UPGMA法。

我们以后会出多序列联配、遗传距离、建树方法的数学原理与哲学思想的介绍。在一些方法中有个很有意思的 “先有鸡还是先有蛋的问题？”：也就是在联配的过程中我们需要一颗引导树（guided tree）来让这个对位排列更准确，但是在构树的时候我们又需要对位排列更准确。也就是说，计算对位排列的时候，我们需要一颗准确的树；但是在构树的时候，我们需要一个准确的对位排列。当然解决方法就是从一棵粗略的树出发。

具体的操作步骤

第一步当然是打开软件，我们选择官网上下载的测试数据 mtDNA.fa 作为例子。数据中包含不同猿类的线粒体DNA基因组。
本教程基于 eGPS v 1.0.2版本！

形成联配

注意，这个测试数据形成了对位排列，为了演示这个步骤。我们选用一个未联配的fasta文件。

导入数据：通过工具栏的导入按钮将数据导入，或者直接拖入数据文件。此时 suitable methods 区域显示Alignment按钮，点击进入联配模块。
设置参数：默认参数。
点击运行：点击 Align sequences 按钮。运行完成之后，结果显示在Alignment viewer模块中。
保存结果：点击工具栏总的另存为按钮，或者菜单栏File中的另存为按钮。可选择fasta格式，此文件即为对位排列。

导入数据1

点击运行

查看结果

输出文本

计算距离矩阵

导入数据：通过工具栏的导入按钮将数据导入，或者直接拖入数据文件。此时 suitable methods 区域显示Build tree/View alignment/Calculate distance按钮。
设置参数：默认参数，或者 Option -> Preferences ->Genetic distance，选择其他的遗传距离。
点击运行：点击Calculate distance进入模块。
保存结果：点击工具栏总的另存为按钮，或者菜单栏File中的另存为按钮。可选择DIST格式，此文件为距离矩阵的文本格式。

结果展示

重构系统发育树

导入数据：通过工具栏的导入按钮将数据导入，或者直接拖入上面的 dist 结尾的数据文件。此时 suitable methods 区域显示Build tree/View distance matrix按钮。
设置参数：默认参数，或者 Option -> Preferences ->Genetic distance，选择其他的构树方法。
点击运行：点击Build tree进入模块。
保存结果：点击工具栏总的另存为按钮，或者菜单栏File中的另存为按钮。可选择nwk格式。

树结果展示

一气呵成——连贯的数据分析流程体验

eGPS的一个特性在于，它可以给用户一个连贯的数据分析流程体验。

导入数据：通过工具栏的导入按钮将数据导入，或者直接拖入数据文件。此时 suitable methods 区域显示Alignment按钮，点击进入联配模块。
设置参数：默认参数，或者 **Option -> Preferences **，设置各种不同参数。
点击运行：一开始点击 Align sequences 按钮，然后在 Further analysis 栏目中一次点击calculate distance与Build tree，效果如图。
保存最终结果：同上。