來源：聚生物原創(chuàng)|2019-11-28

近日，中國科學(xué)院水生生物研究所領(lǐng)銜開發(fā)的系統(tǒng)發(fā)育分析平臺PhyloSuite的相關(guān)論文“PhyloSuite: an integrated and scalable desktop platform for streamlined molecular sequence data management and evolutionary phylogenetics studies”在分子生態(tài)學(xué)綜合期刊《Molecular Ecology Resources》發(fā)表。

①英文摘要：

Multi-gene and genomic datasets have become commonplace in the field of phylogenetics, but many of the existing tools are not designed for such datasets, which?often?makes the analysis time-consuming and tedious. Here, we present PhyloSuite, a (cross-platform, open-source, stand-alone Python graphical user interface)?user-friendly workflow desktop platform dedicated to streamlining molecular sequence data management and evolutionary phylogenetics studies. It employs a plugin-based system that integrates a number of phylogenetic and bioinformatic tools, thereby streamlining the entire procedure, from data acquisition to phylogenetic tree annotation (in combination with iTOL), with the following features: (i) point-and-click and drag-and-drop graphical user interface, (ii) a workplace to manage and organize molecular sequence data and results of analyses, (iii) GenBank entries extraction and comparative statistics, (iv) a state-of-the-art phylogenetic workflow with batch processing capability, comprising sequence alignment (MAFFT and MACSE), alignment optimization (trimAl, HmmCleaner and Gblocks), dataset concatenation, best partitioning?scheme?and best evolutionary model selection?(PartitionFinder and ModelFinder),?and?phylogenetic inference?(MrBayes and IQ-TREE). PhyloSuite?aims both to?enable beginners to quick?start their way to?phylogenetic analysis and experienced researchers to conduct, store and manage their work in a streamlined way, and spend more time playing with scientific questions instead of wasting it on transferring files from one software to another.

圖1：PhyloSuite界面與主要功能

隨著測序技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的基因數(shù)據(jù)被存放在公共數(shù)據(jù)庫。這開啟了許多研究方向的大門，比如基于多基因序列的生物系統(tǒng)發(fā)育研究；但是也帶來了挑戰(zhàn)，特別是對于那些剛?cè)腴T的“新手”或者不熟悉電腦操作的人來說，搜索、獲取、管理及使用這些海量的數(shù)據(jù)無疑會花費(fèi)大量時間甚至造成困擾。標(biāo)準(zhǔn)的多基因系統(tǒng)發(fā)育分析流程主要包括：數(shù)據(jù)獲取、序列提取、比對、比對序列修剪（可選）、序列串聯(lián)、最優(yōu)進(jìn)化模型選擇、系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建以及系統(tǒng)發(fā)育樹美化等。

系統(tǒng)發(fā)育分析是一個復(fù)雜且困難的過程，為了推導(dǎo)出更接近真實(shí)進(jìn)化歷史的結(jié)果，研究者們常常需要進(jìn)行多次系統(tǒng)發(fā)育分析以比較不同數(shù)據(jù)集（氨基酸或核苷酸序列）、建樹方法（貝葉斯法和最大似然法，同質(zhì)性模型和異質(zhì)性模型等）或軟件參數(shù)對結(jié)果的影響，甚至同一個系統(tǒng)發(fā)育分析也需要重復(fù)多次來確定其結(jié)果的穩(wěn)定性。因此，一個全面的系統(tǒng)發(fā)育分析往往需要重復(fù)幾次到數(shù)十次上述系統(tǒng)發(fā)育分析流程。鑒于每一次重復(fù)均需要經(jīng)歷繁瑣的格式轉(zhuǎn)換以滿足不同軟件對輸入文件的要求，并且流程中所用到的軟件往往需要一些終端命令行操作技巧甚至是編程語言知識，這無疑壓縮了生物學(xué)者們鉆研科學(xué)問題的時間。因此，批量運(yùn)行、多核操作、自動文件格式轉(zhuǎn)化和流程化操作成為了大多數(shù)系統(tǒng)發(fā)育學(xué)者最迫切的需求。

為了解決上述問題，中國科學(xué)院水生生物研究所張東博士經(jīng)過三年的努力，開發(fā)了一款操作簡單、界面直觀友好、無需編程基礎(chǔ)、自動化輸入輸出以及滿足所有上述系統(tǒng)發(fā)育分析需求的軟件—PhyloSuite。該軟件面向所有層次的科研人員，可以使初學(xué)者快速入門系統(tǒng)發(fā)育分析，并且讓有經(jīng)驗(yàn)的研究者以更高效的方式開展和管理自己的系統(tǒng)發(fā)育研究，因此可以解放出更多的時間來思考科學(xué)問題。

軟件的主要特色包括：①支持Windows、Linux和MAC OSX三大系統(tǒng)跨平臺運(yùn)行；②靈活的序列提取功能，包括提取線粒體基因組、葉綠體基因組、核糖體rDNA基因（18S/28S）等，并且支持用戶自定義；③整合了當(dāng)下最流行、最權(quán)威的系統(tǒng)發(fā)育分析軟件（如MAFFT、MACSE、HmmCleaner、PartitionFinder2、IQ-TREE和MrBayes等），并賦予它們批量運(yùn)行和多核操作等功能，以提高分析效率；④聯(lián)合上下游分析軟件，自動整理輸入和輸出文件，解放科研人員的雙手；⑤流程化系統(tǒng)發(fā)育分析，只需在第一個程序輸入文件以及配置好參數(shù)，即可一鍵完成系統(tǒng)發(fā)育分析；⑥快速完成系統(tǒng)發(fā)育樹美化；⑦全面的線粒體基因組分析，包括絕大部分常規(guī)分析（如堿基組成、核苷酸偏移、相對同義密碼子使用頻率等統(tǒng)計和基因順序可視化等）；⑧NCBI氨基酸（Protein）和核苷酸（Nucleotide）數(shù)據(jù)庫搜索功能，方便基因數(shù)據(jù)的獲取。

PhyloSuite最大的亮點(diǎn)在于低門檻，在快速完成系統(tǒng)發(fā)育分析的同時還伴隨有相關(guān)資料、教程讓初學(xué)者快速入門系統(tǒng)發(fā)育分析。更重要的是PhyloSuite迎合了基于基因組、轉(zhuǎn)錄組以及細(xì)胞器基因組（線粒體基因組、葉綠體基因組等）等的多基因聯(lián)合分析潮流，并針對這一類需求進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計：①靈活的序列提取功能可從海量數(shù)據(jù)中挖掘到需要的信息；②新增多基因串聯(lián)功能，可與下游分析完美結(jié)合；③批量運(yùn)行與多核操作可大大節(jié)省分析時間；④軟件參數(shù)記憶以及一鍵流程化功能讓系統(tǒng)發(fā)育分析不再繁瑣。

圖2：利用PhyloSuite完成的系統(tǒng)發(fā)育分析圖例

PhyloSuite的開發(fā)歷時三年，功能由最初的線粒體基因組提取發(fā)展到現(xiàn)在全面的系統(tǒng)發(fā)育分析。期間協(xié)助完成基于線粒體基因組的魚類寄生蟲系統(tǒng)發(fā)育研究近20次，并且該軟件在今年年初一經(jīng)發(fā)布，就受到廣泛好評，其GitHub網(wǎng)頁以及bioRvix預(yù)印版累計引用達(dá)35次。經(jīng)過四個多月的同行評審，該軟件最終被《Molecular Ecology Resources》雜志接收，期間審稿人和編輯均給出了正面的評價，認(rèn)為該軟件在多基因系統(tǒng)發(fā)育方面比現(xiàn)有的其他軟件更加全面，界面操作更加直觀友好，并且省去了系統(tǒng)發(fā)育分析過程中的復(fù)雜操作以及節(jié)省了學(xué)習(xí)系統(tǒng)發(fā)育分析的時間成本。系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建新興軟件IQ-TREE的作者Bui Quang Minh也在推特（Twitter）上推薦了PhyloSuite：“PhyloSuite looks like a very useful and easy to use GUI for phylogenetic analysis with lots of options!”。當(dāng)然，PhyloSuite仍然存在著一些不足，比如說PhyloBayes等熱門建樹軟件還沒有整合，PhyloBayes是一款可以使用異質(zhì)性模型（CAT）的軟件，并且該模型具有減輕長枝吸引功能。

本項工作主要由博士研究生張東等人完成，通訊作者為王桂堂研究員和李文祥副研究員。該研究得到國家自然科學(xué)基金和國家大宗淡水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金的資助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1755-0998.13096

PhyloSuite主頁：https://dongzhang0725.github.io/

PhyloSuite安裝：https://dongzhang0725.github.io/dongzhang0725.github.io/installation/

PhyloSuite公眾號：

鄭重聲明：本網(wǎng)所有文章（包括圖片和音視頻資料）系出于傳遞更多信息之目的，且明確注明來源和作者。不希望被轉(zhuǎn)載的媒體或個人可與我們聯(lián)系，我們將立即進(jìn)行刪除處理。所有文章版權(quán)歸原作者所有,且僅代表作者觀點(diǎn)，不代表本站立場。如作者信息標(biāo)記有誤，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，謝謝。