分子系统发育分析的生物信息学方法

  本文关键词：分子系统发育分析的生物信息学方法，由笔耕文化传播整理发布。

系统发育分析

第３７卷　第８期２０１０年８月计算机科学

Ｃｏｍｕｔｅｒｃｉｅｎｃｅ　Ｓｐ

Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．８

Ａｕ２０１０ｇ分子系统发育分析的生物信息学方法

２，４３，４

张树波１，　赖剑煌

１２

（））广州航海高等专科学校计算机系　广州５中山大学数学与计算科学学院　广州５１０７２５１０２７５　（３４（））中山大学信息技术与科学学院　广州５广东省信息安全技术重点实验室　广州５１０２７５１０７２５　（

摘　要　物种之间的系统发育分析研究物种的形成或进化历史，以及物种之间的进化关系，它是当代生命科学研究的一个重要分支。分子生物学和计算机科学的发展，为人类采用计算的方法从分子水平研究生物的进化历史以及探索基于分子水平的系统发育学研究取得很大的进展，各种各样基于分生命的起源提供了新的思路。在过去的几十年中，

子水平的系统发育树推断方法被提出来。现从物种进化距离刻画和系统发育树重构算法两个方面，总结和评述了在过去十几年里，人类利用生物信息学方法在分子水平上研究物种进化关系的进展和取得的成果，分析了物种进化研究存在的问题和面临的挑战，指出了物种进化研究今后的主要方向。

关键词　生物信息学，系统发育分析，基因进化，最大简约法，最大似然法，邻接法中图法分类号　ＴＰ３０５　　　文献标识码　Ａ－　

ＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓＡｒｏａｃｈｆｏｒＭｏｌｅｃｕｌａｒＥｖｏｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ　　　　　ｐｐ

１２４３４

ＺＨＡＮＧＳｈｕｂｏＡＩＪｉａｎｈｕａｎ　－　Ｌ　－ｇ

１（，，）ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＧｕａｎｚｈｏｕＭａｒｉｎｅＣｏｌｌｅｅＧｕａｎｚｈｏｕ５１０７２５，Ｃｈｉｎａ　　　　　　ｐｐｇｇｇ２（，，）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｍａｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅＳｕｎＹａｔｓｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＧｕａｎｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ　　　　　　－　　ｐｙｇ３（，，）ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＳｕｎＹａｔｓｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＧｕａｎｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ　　　　　　－　　ｇｙｙｇ４（，）ＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＳｅｃｕｒｉｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＧｕａｎｚｈｏｕ５１０７２５，Ｃｈｉｎａ　　　　ｙｙｇｙｙｇ　　　　

，，

，

，Ａｂｓｔｒａｃｔｈｅｈｌｏｅｎｉｎｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｃｉｅｓａｉｍｓｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｈｉｓｔｏｒｏｆｃｅｒｔａｉｎｓｅｃｉｅｓａｓ　Ｔ　　　　　　　　　　ｐｙｇｙｇｐｙｙｐ　　　　’ｗｅｌｌａｓｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉａｍｏｎｔｈｅｍ，ｉｔｉｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｂｒａｎｃｈｉｎｔｈｅｔｏｄａｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｃｉｅｎｃｅｌｉｆｅ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｙｐｇｙ　　　，ｉｎｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｉｏｌｏｓｕｌｉｅｓａｌａｒｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄａｔａｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｈｌｏｅｎｉｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｅｖｏｒｏｒｅｓｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｐｐｇｐｙｇｙｐｇ　　

，ｌｕｔｉｏｎａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉａｍｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｃｉｅｓａｔｍｏｌｅｃｕｌａｒｌｅｖｅｌｉｓｒｅｃｅｉｖｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｄｅｃａｄｅａｓｔ　　　　　　　　　　ｙｐｇｐｇｐ　　　　，ｒｏｒｅｓｓｍｕｃｈｉｎｔｈｉｓａｒｅａｈａｓｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄｂｍｅａｎｓｏｆｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓａｎｄａｖａｒｉｅｔｏｆａｌｏｒｉｔｈｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｉｓｅｄ　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｇｙｙｇ　　，ｈｌｏｅｎｅｔｉｃａｅｒｔｏｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｔｒｅｅｏｆｓｅｃｉｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄ　　　　　　　　　　　　　ｐｙｇｐｐｐｐｇｙ　　

，ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎａｌｏｒｉｔｈｍｆｏｒｈｌｏｅｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄａｎｄｃｏｍｍｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｅｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ　　　　　　　　　　　　ｇｇｐｙｇｙｇ　　，，ｗａｓｔｈｅｎｏｕｔｉｎｔｈｅｅｎｄｉｎｔｈｉｓｒｅａｌｍ　ｗｅｒｅａｌｓｏｆａｃｅｄｏｉｎｔｅｄｅｒｓｅｃｔｉｖｅｓｒｏｏｓｅｄ．　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｐ

，，，，ｅｎｅＫｅｗｏｒｄｓ　ＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓＰｈｌｏｅｎｅｔｉｃａｎａｌｓｉｓＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＰａｒｓｉｍｏｎａｒｏａｃｈＭａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄａ　　　　　－ｇｙｇｙｙｐｐｐｙ　，ｒｏａｃｈＮｅｉｈｂｏｒｏｉｎｉｎａｒｏａｃｈ　ｐｇｊｇｐｐ　　

１］

，的［采用这种方法很难全面把握生物之间的进化历史和进

１　引言

），系统发育学也称系统发生学（它研究的是物ｈｌｏｅｎｐｙｇｙ种的形成或进化历史，以及物种之间的进化关系，它是生物信息学的一个重要分支，通过系统发育研究，人们可以了解物种之间的进化历史，探索生命的起源，开展流行病学研究，探索未知基因的功能，进行物种差异性研究和微生物生态学的研究。

生命的进化是一个非常漫长的过程，如何找到物种之间进化的证据一直是摆在科学家面前的一大难题，长期以来人们一直认为生物界中不同物种的进化历史可以从化石中找到证据，但是由于我们能够得到的化石数量是有限的、零散

化关系。在分子生物学出现以前，利用生物的形态学特征、解剖学特征和发育学特征来研究物种之间的进化关系是一种最普遍的方法，但是这些方法对特征的选择依赖性很大。由于在进化过程中，相似的结构可能独立地进化，如脊椎动物和章鱼的眼睛虽然功能相同，但却是由完全不同的途径进化而来的；又如蝙蝠具有可以飞行的翅膀，从这个角度看，它应该属但是实际上，蝙蝠是一种哺乳动物，因此很难找到稳于鸟类，

定的特征来分析物种之间的进化关系。在２随着０世纪中叶，分子生物学的发展，进化研究开始进入分子水平，尤其是在过去的３基因测序技术快速发展，多种物种的生０多年时间里，物序列数据（比如Ｄ的积累已经越ＮＡ、ＲＮＡ和蛋白质序列）

）到稿日期：资助。２００９０９０２２００９１２０９Ｎｏ．６０６７５０１６，６０６３３０３０－－　返修日期：－－　　本文受国家自然科学基金（

：张树波　博士，主要研究方向为模式识别、生物信息学，赖剑煌　教授，博士生导师，，主要研究方向为模式识别、数字Ｅ－ｍａｉｌｔｒｅａｔｏｎｔｏｍ．ｃｏｍ；＠图像处理。

·４７·

  本文关键词：分子系统发育分析的生物信息学方法，由笔耕文化传播整理发布。