2019-10-31OrthoFinder-----準(zhǔn)確推斷直系同源物、直系同源群、有根物種和基因樹、基因復(fù)制事件(一)

OrthoFinder是用于比較基因組學(xué)的一個(gè)快速,準(zhǔn)確和全面的平臺(tái)。 它查找直系同源群(orthogroups)和直系同源物(orthologs),推斷所有直系同源群的有根基因樹(rooted gene trees),并識(shí)別這些基因樹中的所有基因復(fù)制事件(gene duplication events)。它還可以為要分析的物種推斷出一個(gè)有根的物種樹(rooted species tree),并將基因復(fù)制事件從基因樹映射到物種樹中的分支。 OrthoFinder還可為比較基因組分析提供全面的統(tǒng)計(jì)信息。 OrthoFinder易于使用,您只需要運(yùn)行一套FASTA格式的蛋白質(zhì)序列文件即可。 主要用于做進(jìn)化、基因家族分析、比較基因組使用。
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注:圖簡單介紹

Proteomes:有三個(gè)物種,每個(gè)方框內(nèi)的存在旁系同源(存在于一個(gè)物種中,因基因復(fù)制而被區(qū)分開,且功能發(fā)生改變)(圖中體現(xiàn)為形狀不一樣),不同方框之間存在直系同源(因物種形成而被區(qū)別開,一個(gè)基因原先存在于某個(gè)物種,而該物種分化為了兩個(gè)物種,兩個(gè)物種中的相同的基因功能未變化)(圖中體現(xiàn)為形狀一樣)。

Orthogroups:直系同源群,分為3個(gè)群,同一個(gè)圈內(nèi)的基因功能一樣(圖中體現(xiàn)形狀一樣)。

Gene Trees:將上面分成的直系同源群分別進(jìn)行進(jìn)化樹分析。(分成幾個(gè),就能畫幾個(gè)進(jìn)化樹)。

Species Tree:根據(jù)直系同源群畫的樹,進(jìn)行物種樹的繪制。

Orthologues:直系同源,可以知道每個(gè)直系同源的起源。

summary statictistics:一些統(tǒng)計(jì)情況。

2.相關(guān)概念

同源序列可以分為直系同源和旁系同源。

直系同源(Orthologs):直系同源的序列因物種形成而被區(qū)分開,若一個(gè)基因原先存在于某個(gè)物種,而該物種分化為了兩個(gè)物種,兩個(gè)物種中的相同的基因功能未變化,那么新物種中的基因是直系同源的。

旁系同源(Paralogs):旁系同源的序列存在于同一個(gè)物種。旁系同源的序列因基因復(fù)制而被區(qū)分開,若生物體中的某個(gè)基因被復(fù)制了,功能改變了,那么兩個(gè)副本序列就是旁系同源。

直系同源是由系統(tǒng)發(fā)育定義的。它不能通過氨基酸含量,密碼子偏好,GC含量或其他序列相似性測量定義。識(shí)別直系同源的唯一方法是通過分析系統(tǒng)發(fā)育樹。確保直系分配正確的唯一方法是對(duì)所考慮的物種的最后共同祖先的單個(gè)基因下的所有基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育重建。這組基因是直系同源群。因此,定義直系同源的唯一方法是分析直系同源群。
圖片來自百度
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3.OrthoFinder的安裝

下載站網(wǎng)站: https://github.com/davidemms/OrthoFinder/releases

注:由于Linux系統(tǒng)版本較低,故選擇Orthofinder2.3.7版本的第二個(gè)安裝包下載。
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下載完成后用FileZilla等軟件把安裝包傳到Linux服務(wù)器上。連接上服務(wù)器,輸入以下代碼完成解壓和安裝。

#終端連接服務(wù)器
ssh 用戶名@服務(wù)器地址
password(密碼)
#解壓縮
tar xzf OrthoFinder_glibc-2.17.tar.gz
cd OrthoFinder/               #cd到可執(zhí)行文件orthofinder所在的文件夾
./orthofinder                 #如果出現(xiàn)以下圖片所示,說明軟件已經(jīng)可以運(yùn)行。

./orthofinder

4.軟件的使用

下載氨基酸序列,格式為fasta,每個(gè)物種一個(gè)文件,并將所有fasta文件存于一個(gè)目錄。文件名應(yīng)該簡潔并有區(qū)分性,因?yàn)槲募€會(huì)作為最終物種ID。
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#查看幫助文檔
cd --
OrthoFinder/orthofinder -h
#以軟件自帶的數(shù)據(jù)運(yùn)行
OrthoFinder/orthofinder -f OrthoFinder/ExampleData -S diamond   #第一個(gè)參數(shù):OrthoFinder/orthofinder為orthfinder可執(zhí)行文件所在地址。第二個(gè)參數(shù)-f:輸入目錄,里面包含需要運(yùn)行的蛋白質(zhì)fasta文件。第三個(gè)參數(shù)-S:序列搜索程序,默認(rèn)為diamond。

運(yùn)行結(jié)果存放在文件夾:
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5.運(yùn)行結(jié)果文件解讀

標(biāo)準(zhǔn)OrthoFinder運(yùn)行會(huì)生成一組文件,這些文件描述了直系同源群,直系同源,基因樹,解析基因樹,有根物種樹,基因復(fù)制事件以及所分析物種集的比較基因組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
結(jié)果文件

(1)直系同源群(Orthogroups)目錄

Orthogroups.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,每行包含屬于單個(gè)直系同源群的基因。來自每個(gè)直系同源群基因被組織成列,每個(gè)物種一列。

Orthogroups_UnassignedGenes.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其格式與Orthogroups.csv相同,但包含未分配給任何直系同源群的所有基因。

Orthogroups.txt(傳統(tǒng)格式):包含Orthogroups.tsv文件中描述的直系同源群,但使用OrthoMCL輸出格式。(方便需求)

Orthogroups.GeneCount.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其格式與Orthogroups.csv相同,但包含每個(gè)直系同源群中每個(gè)物種的基因數(shù)計(jì)數(shù)。

Orthogroups_SingleCopyOrthologues.txt:每個(gè)物種正好包含一個(gè)基因的直系同源群列表,即它們包含一對(duì)一的直系同源物。 它們非常適合進(jìn)行種間比較和種樹推斷。(實(shí)際使用時(shí)候可以根據(jù)需求挑選)

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(2)直系同源物(Orthologues)目錄

直系同源物目錄為每個(gè)物種包含一個(gè)子目錄,該子目錄又包含每個(gè)成對(duì)物種比較文件,列出該物種對(duì)之間的直系同源物。 直系同源物可以是一對(duì)一,一對(duì)多或多對(duì)多,這取決于直系同源物分化后的基因復(fù)制事件。文件中的每一行都包含一個(gè)物種中的基因,而該基因是另一物種中該基因的直系同源物,并且每一行都被交叉引用到包含這些基因的直系群中。

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(3)基因樹(Gene Trees)目錄

為每個(gè)直系同源群推斷的系統(tǒng)發(fā)育樹。(根據(jù)需求用)

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(4)解析的基因樹( Resolved Gene Trees)目錄

為每個(gè)直系同源群推斷出有根的系統(tǒng)發(fā)育樹,使用OrthoFinder復(fù)制損失合并模型進(jìn)行解析。(根據(jù)需求來)
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(5)物種樹(Species Tree)目錄

SpeciesTree_rooted.txt:從所有直系同源群推斷出的STAG物種樹,包含內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上的STAG支持值,并以STRIDE為根。

SpeciesTree_rooted_node_labels.csv:與上述相同的樹,但是節(jié)點(diǎn)具有標(biāo)簽(而不是支持值)以允許其他結(jié)果文件交叉引用物種樹中的分支/節(jié)點(diǎn)(例如基因復(fù)制事件的位置)。
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(6)比較基因組統(tǒng)計(jì)目錄

Duplications_per_Orthogroup.tsv:是一個(gè)制表符分隔的文本文件,該文件給出每個(gè)直系同源組中標(biāo)識(shí)的復(fù)制項(xiàng)的數(shù)量。 該數(shù)據(jù)的主文件是Gene_Duplication_Events / Duplications.tsv。

Duplications_per_Species_Tree_Node.tsv:是一個(gè)制表符分隔的文本文件,該文件給出了沿物種樹的每個(gè)分支發(fā)生的復(fù)制次數(shù)。 該數(shù)據(jù)的主文件是Gene_Duplication_Events / Duplications.tsv。

Orthogroups_SpeciesOverlaps.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其中包含每個(gè)物種對(duì)之間共享的直系同源群(以方矩陣形式)。

OrthologuesStats _ *.tsv:是制表符分隔的文本文件,其中包含矩陣,這些矩陣給出了每對(duì)物種之間一對(duì)一,一對(duì)多和多對(duì)多關(guān)系的直向同源物數(shù)量。

Statistics_Overall.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其中包含有關(guān)直系同源群大小和分配給直系同源群的基因比例的常規(guī)統(tǒng)計(jì)信息。

Statistics_PerSpecies.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其中包含與Statistics_Overall.csv文件相同的信息,但包含每個(gè)單獨(dú)的物種。

在Statistics_Overall.csv 和Statistics_PerSpecies.csv中的一些名詞

Species-specific orthogroup:完全由一個(gè)物種的基因組成的直系同源群。

G50: 直系同源群中的基因數(shù)量,以使50%的基因位于該大小或更大的直系同源群中。

O50: 最小數(shù)目的正交群,以使50%的基因位于該大小或更大的直系同源群中。

Single-copy orthogroup: 單拷貝直系同源群,每個(gè)物種中僅有一個(gè)基因的直系同源群。 這些直系同源群是推斷物種樹和許多其他分析的理想選擇。

Unassigned gene: 未分配的基因,尚未與任何其他基因放入直系同源群的基因。

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(7)基因復(fù)制事件(Gene Duplication Events)目錄

Duplications.tsv:一個(gè)制表符分隔的文本文件,其中列出了所有基因復(fù)制事件,這些事件是通過檢查每個(gè)直系同源群基因樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)來標(biāo)識(shí)的。

SpeciesTree_Gene_Duplications_0.5_Support.txt :提供了物種樹分支上上述復(fù)制的總和。 它是newick格式的文本文件。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)或物種名稱后面的數(shù)字是在導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)/物種的分支上發(fā)生的具有至少50%支持的基因復(fù)制事件的數(shù)量。

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(8)直系同源群(Orthogroups sequences)序列

每個(gè)直系同源群的FASTA文件給出了每個(gè)直系同源群中每個(gè)基因的氨基酸序列。

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(9)單拷貝的直系同源群序列(Single copy orthologue sequences)

與直系同源群序列目錄相同的文件,但僅限于每個(gè)物種僅包含一個(gè)基因的直系同源群。

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