APE在R中分析分子进化与系统发育的工具

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1、APE：在 R 中分析分子进化与系统发育的工具Emmanuel Paradis, Julien Claude and Korbinian Strimmer摘要总结： 分子进化与系统发育分析包，简称 APE，是用 R 语言写的专门用于分子进化和系统发育分析的工具。 APE中包含了非常实用的读写数据、操作系统发育树以及其他分子进化和系统发育分析的高等方法的函数，例如比较与种群基因方法。APE充分利用了 R 对于统计与图像应用的优势，并且提供了发展和引入更多进化过程的统计分析方法的灵活的架构。可用性：这个软件可以从官方的R 语言包档案库中免费获得，该档案库网址为： http:/cran.r-proj

2、ect.org/src/contrib/PACKAGES.html#ape 。 APE已经在 GNU 公共注册系统下注册。联系方式： paradisisem.univ-montp2.fr从宏观角度说， 系统发育分析涵盖面广阔。它研究了计算进化距离、重建基因树、估计发散日期、 相对数据分析、 估计进化速率以及多样化分析等多种领域的方法。这些多样的任务有一个共同点，那就是他们非常依赖统计计算。R 语言作为一个自由的开源的独立平台的统计分析软件，最近成为了统计计算与图像的一款标准软件。 R 语言的一大优势是可以建立和编写各种R 包，来服务于特定领域的应用。特别的， R 在生物信息学领域的实用性已经在

3、基因表达分析中被充分展示了。APE首次利用了 R 语言，制作函数为系统发育和进化数据的分析提供便利。APE利用系统发育树和系统树作为输入来进行统计分析。在1.1 版本中， APE包含了许多函数，可以读写数据、制作和调整系统树、在系统发育框架下分析对比数据、多样性分析、计算等位基因和核苷酸数据的距离、读入核苷酸序列以及其他的一些工具，比如Mantel检验、计算最小生成树或者估计种群基因参数等。表格 1 中包含了 APE中可用函数的简介。 需要注意的是，一些方法， 比如对比法、 天际线等只在专有的软件中才能使用。使用 R 标准的壳指令， 可以使用外部的一些树形重建软件，比如PHYLIP。R 的一大

4、优势在于可以利用其PostScript 装置获得高质量的图片输出，这些图片可直接用于出版文书。 举例来说， 在 APE中的系统发育画图函数可以调整每一个树枝的颜色、线的粗细、字体和标签大小，从而可以在一张图上画出三个不同的变量。APE 还可以用简单的一行命令画出更复杂的种群基因图，比如泛天际线图。APE 与其他所有的 R 包一样，都是用命令行进行操作。用户可以调用函数、设定选项。任何使用 APE的地方都需要先加载，使用语句library(ape)使得在接下来的操作中，可以直接使用APE 中的函数。如果要查看APE 中含有哪些函数，可以使用命令行library(help = ape)从而可以看到

5、它们的名字以及简介。一个APE自带的标准 Newick 弧形格式的进化树模型数据保存在文件“tree1.txt ”中，如果需要调用，可以使用命令tree1 - read.tree(tree1.txt)这将系统发育树保存在tree1 这个对象中，此对象属于“phylo”类型。如果要查看此对象的信息，比如树枝长度，可以输入命令“tree1 ”。如果需要输出一个类似进化树的图像，可以输入plot(tree1)这个命令调用了APE中的 plot.phylo 来做出进化树。这是由于R 面向对象的特性，plot函数会根据对象类型的不同做出截然不同的图。进化树默认在一个图像窗口中输出，但是可以变成多种图像形

6、式从R 中输出，使用在其他软件里。除此之外， 在一个面向对象的结构中，系统树可以直接用于处理系统发育数据，用于进化分析中不同的计算要求。目前APE 中有许多方法，比如系统发育独立对比法、出生-死亡模型拟合、种群-基因分析、进化速率的非参数平滑化，以及使用Klastorin 方法对一组基因系统树进行估计。更进一步的，R 中利用距离进行聚类的方法，比如hclust ，也可以在APE中在“ phylo”和“ hclust ”两个类型间进行转化。APE 中的 R 函数都用超链接的形式保存了下来，如果需要查看，可以通过help 函数调用。例如：help(read.tree)APE中的类型（比如 phyl

7、o）和方法还可以扩展到其他的用途，比如给系统树进行注释。因此， APE 不仅是一个数据分析的包，还为发展和加入新的方法提供了环境。并且，在C、C+和 Fortran77 中写的程序同样可以在 R 中调用。这在用计算机进行大量的计算时非常有用。表格 1应用输入/ 输出图像树的操作对比法多样化种群基因分子时间其他函数数据集可用指令read.dna, write.dna, read.nexus, write.nexus, read.tree, write.tree,read.GenBankadd.scale.bar, plot.mst, plot.phylo, plot.skyline, lines

8、.skyline,ltt.plotbind.tree, drop.tip, is.binary.tree, is.ultrametriccompar.gee , compar.lynch, pic, vcv.phylobirthdeath, cherry, diversi.gof, diversi.time, gamma.statbranching.times, coalescent.intervals, collapsed.intervals,find.skyline.epsilon, heterozygosity, skylineplot, skyline,theta.h, theta.k

9、, theta.schronogram , ratogram , NPRS.criterionall.equal.phylo, balance, base.freq, dist.dna, dist.gene,dist.phylo, GC.content, klastorin, mantel.test, mst , summary.phylobird.families, bird.orders, hivtree, landplants, opsin, woodmouse,xenarthra致谢我们感谢两位匿名的贡献者，感谢他们在之前一篇类似文献中的建设性意见。感谢Programme inter- EPST “ Bioinformatique以及来”自DFG 的 Emmy-Noether 的研究资助。这是一篇在 Institute des Sciences de l Evolution 2003-053 上的文献。