群體遺傳學和分子生態(tài)學軟件介紹

本文格式為Word版，下載可任意編輯——群體遺傳學和分子生態(tài)學軟件介紹附錄3分子生態(tài)學統(tǒng)計軟件介紹

分子生態(tài)學是研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用的分子基礎與分子機理的嶄新的分子生物學與生態(tài)學的交織學科，是從基因、蛋白質、酶等生物分子活動規(guī)律來闡釋生態(tài)規(guī)律進化、生態(tài)過程、適應和蛻變歷程(Burkeetal，1992;Bachmannetal，1994)。這些研究尋常會產生大量而繁雜的分子數據，選擇適合的統(tǒng)計方法對正確的解釋科學現象是十分重要的。以下就介紹幾類常用的分子生態(tài)學軟件。

3.1遺傳多樣性與遺傳結構分析軟件

遺傳多樣性是生物多樣性的基礎，豐富的遺傳多樣性可以提供好多寶貴的遺傳資源。因此為了對自然群體的遺傳多樣性研究，分子生態(tài)學專家開發(fā)出了一系列的評估軟件，用于計算和檢測生物群體基因變異的度量和遺傳指標，其中用得比較廣泛的有POPGENE、STRUCTURES、GENEPOP、GenAlEx6、NTSYSpc、FSTAT等。

POPGENE是由FrancisYeh等人開發(fā)的用共顯性和顯性標記來研究群體內和群體間的遺傳多樣性。這個軟件操作較簡單，功能也比較全，主要包括計算廣泛的遺傳學數據如等位基因頻率、遺傳多樣性、遺傳距離、G-statistics、F-statistics等以及繁雜的遺傳學數據基因流、中性檢測、連鎖不平衡、多位點結構等。新版本的POPGENE還可用來分析數量遺傳變異以及提供更高質量的系統(tǒng)聚類圖。POPGENE下載地址：

http://.ualberta.ca/~fyeh/download.htm

FSTAT軟件包是Jér?meGoudet開發(fā)的用于計算共顯性標記的遺傳多樣性和遺傳分化參數。主要功能如下：檢測樣本和總體水平上的基因頻率，觀測和期望基因型，等位基因數，基因豐富度；檢測整體水平上以及每個樣本或位點是否處于哈溫平衡；Nei's(1987)的遺傳多樣性和遺傳分化的估計值和Weir&Cockerham(1984)每個等位基因，每個位點以及總體上的Capf(Fit)，theta(F)和smallf(F)的估計值；檢測R-statistics(Slatkin，1995)，5將原始數

st

is

據轉化成Genepop的格式等。FSTAT下載地址：

http://2.unil.ch/popgen/softwares/fstat.htm

ARLEQUIN軟件是由Excoffier等開發(fā)出來的群體遺傳學軟件，能提供大量的基礎方法和統(tǒng)計學檢測。由于Arlequin有大量的選項，所以認真閱讀說明來使用。Arlequin的主要功能有以下幾個方面。在群體內，包括計算多態(tài)位點、群體內遺傳多樣性、單倍體頻率、連鎖不平衡、哈溫平衡、Tajima’s中性檢測、Fu'sF中性檢測、Ewens-Watterson中性檢測等。在群體

S

間，包括尋覓共顯的單倍型、分子方差分析、成對的群體間遺傳距離、基因型的指派分析等。ARLEQUIN下載地址：

http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin3/

GENEPOP軟件包是由MichelRaymond和FrancoisRousset開發(fā)出來的，主要功能與FSTAT相近。在數據處理上，可以將數據直接提交網上計算，也可下載軟件計算。主要也有7個功能：1檢測于哈溫平衡，提供種群內各位點的平衡狀態(tài)及種群整體的平衡狀態(tài)的檢驗；2連鎖不平衡的分析；3遺傳分化和基因流的計算；4基因型矩陣，基因頻率，觀測和期望基因型；5計算F-statistics和Rho-statistics，以及根據地理距離進行Mantel檢測；6轉化成FSTAT，BIOSYS，LINKDOS，ARLEQUIN的格式；7用極大似然估計檢測基因頻率，將單倍體的信息二倍體化；直接在線計算地址：

.au/index.htmlGENEPOP4.0下載地址：

http://kimura.univ-montp2.fr/~rousset/Genepop.htm.

GENALEX軟件是Peakall和Smouse研究出的一種在MicrosoftExcel程序中運行的跨操作系統(tǒng)平臺的居群遺傳分析軟件包，它可以對共顯性數據、單倍體數據和二元數據進行分析。GENALEX還提供了一系列基于頻率的分析。例如GENALEX可進行F統(tǒng)計檢驗、Nei’s遺傳距離和地理距離的同一性檢驗以及偏性分布的檢驗?；诰嚯x的計算如AMOVA分析、相關性PCA分析、Mantel檢驗等。該軟件包還提供了20多種不同的圖表總結數據已經輔助檢測。除此之外，序列信息和基因型數據可以便利地在相關軟件中轉化格式(李欣，2023)。GenAlEx6.2下載地址：

http://..au/BoZo/GenAlEx/genalex_download_6_1.php

STRUCTURES軟件包實現了通過基因型信息來推斷群體遺傳結構。這種方法是由Pritchard，Stephens和Donnelly(2000)以Falush，Stephens和Pritchard(2023，2023)開發(fā)和修訂的。他們利用一個假想的模型：有K個群體(K不一定知道)，個體被隨機的指派到群體中，假使某些個體的基因型顯示出他們是混合的狀況下，它們甚至參與了兩個或兩個的群體中。這種方法可以應用解釋現有的群體結構識別獨特的遺傳群體，將個體指派到群體中，鑒定遷移者和混合的個體。該軟件主要有家系模型和等位基因模型。其中家系模型包括：1不混合模型；2混合模型；3連鎖模型(考慮位點的連鎖信息的混合模型)；4從前信息模型(可以讓使用者指派一些或所有的個體到提前定義好的群體中)。STRUCTURES2.2下載地址：

/software/structure2_2.html

NTSYS-pc軟件可以用來從多元數據中尋覓其規(guī)律和結構，是形態(tài)學和遺傳學分類的常用軟件?？梢杂脕磉M行多變量數據、數據轉換、相像及非相像分析、群集分析、數字性分類系統(tǒng)、也可以應用于族群分析、委任分析、多尺寸縮放、樹狀資料分析、cophenetic數值數組、調和分析、主要成份分析、雙中心化、特征函數向量、傅立葉變換、合并方差-協(xié)方差、遺傳距離系數、相像/不相像、轉化等。NTSYS能將AFLP、RAPD和ISSR等顯性標記分析的群體，以單個個體的形式聚類出來。這樣可以很直觀的看出群體間的關系和混合程度。但對于以共顯性標記如SSR，由于數據處理方面的問題(NTSYS要求以1，0矩陣的形式輸入)，應用得較少。這款軟件需要購買使用。NTSYSpc2.2下載地址：

http://./cat/ntsyspc/ntsyspc.html

SPAGeDi(SpatialPatternAnalysisofGeneticDiversity)是由OlivierHARDY和XavierVEKEMANS開發(fā)的主要利用基因型來分析個體或群體的空間遺傳結構的一個軟件包。它可以通過成對的比較來計算出多種數據來描述個體或群體間的相關和分化程度，同時也分析這些數值與地理距離之間的關系如空間自相關分析和線性回歸分析(這些回歸分析的斜率可以用來間接的評估基因分散的參數如鄰去尺寸等)。在沒有地理信息的條件下，SPAGeDi也可用來計算總的遺傳分化和兩兩比對的矩陣。SPAGeDi1.2下載地址：

http://.ulb.ac.be/sciences/ecoevol/spagedi.html

BOTTLENECK是由Cornuet和Luikart(1996)開發(fā)出的用于檢測能夠檢測種群在過去的2Ne-4Ne(Ne為有效種群大小)世代內經歷的有效種群的急劇下降(Piryetal.，1999)。在經歷了瓶頸的種群中，有效種群大小較小，多態(tài)位點上的等位基因數和雜合度(He，從等位基因頻率計算而來)也會相應地減少，但等位基因數的降低比雜合度要快，從而使得雜合度比突變-漂變平衡下根據等位基因數計算來的期望雜合度大(He>Heq)，即雜合度過量(Piryetal.，1999)。Bottleneck有三種模型Infiniteallelemodel(IAM)，Stepwisemutationmodel(SMM)，Two-phasedmodelofmutation(TPM)。嚴格地講，只有在符合IAM模型的位點上，才能檢測出雜合度過量，對于遵循嚴格的SMM模型的位點，不會觀測到雜合度的過量。然而，極少位點會嚴格地符合SMM模型，一旦位點稍微從SMM模型偏向IAM模型，就會由于遺傳瓶頸產生雜合度過量。TPM是介于SMM和IAM之間的一個模型，是一種更適合微衛(wèi)星標記的模式(Piryetal.，1999)。為了檢測一個種群中雜合度過量的位點數是否顯著，BOTTLENECK提供了三種方法：Signtest、Standardizeddifferencestest、Wilcoxonsign-ranktest。第一種方法的統(tǒng)計功能較低，其次種方法需要至少20個多態(tài)位點，而第三種的統(tǒng)計功能相對較高，同時在4個以上多態(tài)位點的狀況下即可以使用。Bottleneck1.2.02下載地址：

http://.montpellier.inra.fr/URLB/bottleneck/bottleneck.html3.2分子系統(tǒng)學以及序列分析軟件

分子系統(tǒng)學是通過檢測生物大分子包含的遺傳信息，定量描述、分析這些信息在分類、系統(tǒng)發(fā)育和進化上的意義，從而在分子水平上解釋系統(tǒng)發(fā)育及進化規(guī)律的一門學科(徐宏發(fā)和王靜波，2023)。分析分子系統(tǒng)學數據的軟件好多，常用的分子系統(tǒng)學軟件包括PHYLIP，MEGA，PAUP等。

PHYLIP(PHYLogenyInferencePackage)是一個推斷系統(tǒng)發(fā)育或進化樹的軟件包，由西雅圖華盛頓大學的JosephFelsenstein編寫。PHYLIP其是多個軟件的壓縮包，功能極其強大，主要包括五個方面的功能軟件：1DNA和蛋白質序列數據的分析軟件；2序列數據轉變成距離數據后，對距離數據分析的軟件；3對基因頻率和連續(xù)的元素分析的軟件；4把序列的每個堿基/氨基酸獨立對待(堿基/氨基酸只有0和1的狀態(tài))時，對序列進行分析的軟件；4依照DOLLO簡約性算法對序列進行分析的軟件；5繪制和修改進化樹的軟件PHYLIP是最廣泛的系統(tǒng)發(fā)育軟件包，但對文件格式都有嚴格的規(guī)定，所有的計算過程可能要一步接一步的進行。因此PHYLIP軟件的操作過程比較繁雜。

PHYLIP3.68下載地址：

/phylip.html

MEGA(theMolecularEvolutionaryGeneticsAnalysis)是由Kumar開發(fā)出的分子系統(tǒng)學軟件它主要集中于進化分析獲得的綜合的DNA和蛋白質序列信息，構建系統(tǒng)發(fā)育樹、推測物種間的進化距離等。主要功能有以下幾個方面：

1序列比對的構建。該軟件能夠識別MEGA，NEXUS，FASTA和其它格式的序列，并且能夠手工編輯序列和直接對選中序列在網上BLAST；

2可以采用多種方法估算遺傳距離，如.Tamura-Neidistance和最大相像法等；

3選擇的檢測。其中包括Fisher'sExactTest，Tajima'sTestofNeutrality，LargesampleZ-test；多種方法建立系統(tǒng)樹。如Neighbor-Joining，MinimumEvolutionmethod，UPGMA，MaximumParsimony，并且對建好的樹進行的Bootstrap檢測和ConfidenceProbability檢測；5該軟件還可將序列輸出成PAUP3，PHYLIP的格式。MEGA4下載地址：

http://./index.html

PAUP(phylogeneticanalysisusingparsimony)是DavidL.Swofford等人開發(fā)設計的一款用于構建進化樹(系統(tǒng)發(fā)育樹)及進行相關檢驗的軟件，包含了眾多分子進化模型和方法。PAUP用最大簡約法做系統(tǒng)發(fā)生分析時既能對DNA序列做鄰近歸并法(neighborjoining，NJ)、最大簡約法(maximumparsimony，MP)和最