臺(tái)本，很多地方為了發(fā)音故意打錯(cuò)，懶得改了湊合看。

觀前提示，本系列視頻極為硬核，請(qǐng)謹(jǐn)慎觀看。

歡迎來到ASTER實(shí)戰(zhàn)論，本系列視頻主要講解如何用ASTER系列工具構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹以及分享建樹小技巧，非常適合科研中需要構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹的研究方向?yàn)榉诸悓W(xué)或生物信息學(xué)且有一定基礎(chǔ)的同學(xué)。

本系列視頻的目的有兩個(gè)，一是為被建樹淹沒不知所措的同學(xué)解惑。

二是證明夜羽蝶真的是知識(shí)區(qū)的up主！

本視頻主要講解系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的兩種主要流派：concatenation method串聯(lián)法又稱super matrix法，和coalescence method并聯(lián)法又稱super gene法的區(qū)別。

首先是串聯(lián)法，故名思議，就是吧所有基因的多序列比對(duì)橫向串起來形成一個(gè)超級(jí)矩陣，然后從這個(gè)超級(jí)矩陣推測(cè)系統(tǒng)發(fā)育樹的方法。

很多經(jīng)典的maximum parsimony最大簡(jiǎn)約法，maximum likelihood最大似然法，Bayesian method貝葉斯法的工具都是屬于串聯(lián)法。

其中代表性的工具有RAX-M-L，IQ-tree，以及Fast-tree。

需要注意的是，很多傳統(tǒng)的串聯(lián)法都是使用建基因樹的方法來建物種樹，這些方法忽略了一個(gè)重要的事實(shí)。

那就是堿基序列重組會(huì)導(dǎo)致染色體不同位置的演化歷史并不完全相同。

尤其是在deep coalescence深聚結(jié)，也就是ILS不完全譜系分選很普遍時(shí)，忽略不同位置的演化歷史的差異會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。

早在2014年，Roch and Steel就在數(shù)學(xué)上證明了對(duì)于某些系統(tǒng)發(fā)育樹，如果忽略演化歷史的差異，無(wú)論用多少基因，多長(zhǎng)的基因組序列建樹，都得不到正確的系統(tǒng)發(fā)育樹。

甚至有可能，基因越多，序列越長(zhǎng)，錯(cuò)得越離譜。

這點(diǎn)在同年Jarvis et al發(fā)在科學(xué)雜志上的鳥類基因組文章中就有體現(xiàn)。

所以，不管是理論還是實(shí)踐，無(wú)數(shù)的先人告訴我們：

不要用RAX-M-L建物種樹。

不要用IQ-tree建物種樹。

不要用Fast-tree建物種樹。

當(dāng)然，并不是說所有串聯(lián)法的工具都不能用來建物種樹。

SVD-Quartets就是一個(gè)針對(duì)ILS設(shè)計(jì)的物種樹算法。

同樣，我們ASTER組的MASTER同樣也是針對(duì)ILS設(shè)計(jì)的物種樹算法。

SVD-Quartets和MASTER之間孰優(yōu)孰劣以及各自的優(yōu)勢(shì)區(qū)間我們留到以后再討論。

講完了串聯(lián)法，我們?cè)僦v講并聯(lián)法。

并聯(lián)法，準(zhǔn)確的來說是聚結(jié)法，是針對(duì)ILS開發(fā)的方法，這種方法首先建立基因樹，然后從基因樹推斷最有可能的物種樹。

并聯(lián)法的代表就是ASTRAL。

ASTRAL的原理基于2010年Allman et al發(fā)表的一個(gè)定理。

對(duì)于只有四個(gè)物種的物種樹，其基因樹中最常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最有可能就是物種樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

注意，這個(gè)定理只對(duì)只有四個(gè)物種的物種樹才成立，對(duì)有五個(gè)物種的物種樹都不成立！

ASTRAL的基本理念就是找到一個(gè)目標(biāo)物種樹盡可能滿足對(duì)于每四個(gè)物種，其在目標(biāo)物種樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正是基因樹中最常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

所以，即使ILS非常頻繁，只要有足夠多基因樹，且保證基因樹都是準(zhǔn)確無(wú)誤的，那么你用ASTRAL肯定能得到正確的物種樹。

講到這里，聰明的同學(xué)應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了一個(gè)盲點(diǎn)，怎么能保證基因樹都是準(zhǔn)確無(wú)誤的呢？

的確，事實(shí)上，基因樹都是由RAX-M-L，IQ-tree，或Fast-tree構(gòu)建的，而且為了保證構(gòu)建基因樹的序列沒有過多的重組，這些序列長(zhǎng)度都不會(huì)很長(zhǎng)，這反而降低了基因樹的準(zhǔn)確性。

這也是ASTRAL的最大缺點(diǎn)。

好在，我們ASTER組的weighted ASTRAL很大程度上彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)。

weighted ASTRAL的思想非常簡(jiǎn)單，ASTRAL僅僅只用了基因樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，這導(dǎo)致ASTRAL無(wú)法區(qū)分高質(zhì)量的基因樹和低質(zhì)量的基因樹。

weighted ASTRAL通過利用基因樹的枝長(zhǎng)和支持度信息，給予不同的基因樹，確切的來說，給予每個(gè)基因樹的每四個(gè)物種，基于其質(zhì)量好壞的權(quán)重。

這大大提高了weighted ASTRAL的準(zhǔn)確性。

所以，我呼吁。

能用weighted ASTRAL一定要用weighted ASTRAL！

能用weighted ASTRAL一定要用weighted ASTRAL！

能用weighted ASTRAL一定要用weighted ASTRAL！

重要的事情說三遍！

當(dāng)然，本視頻的內(nèi)容并不是完全充分的。

例如，本視頻就沒有介紹距離法，鼎鼎有名的NJ法就是距離法。

本視頻也沒有分析HGT水平基因轉(zhuǎn)移對(duì)各種方法的影響。

所以，如果有建樹需求的同學(xué)歡迎加入ASTER系統(tǒng)樹軟件群。

群里有ASTRAL和ASTER系列的開發(fā)者，Phylo-suite的開發(fā)者，TB-tools的開發(fā)者，以及很多熱心的同學(xué)。

大家一起學(xué)習(xí)，一起成長(zhǎng)。