[發(fā)明專利]一種用于量化生物進(jìn)化樹間相似度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110200970.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN112927752B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張際峰;王瀟;邢應(yīng)如;胡東;汪承潤(rùn);畢勇;陳曉雪;華攀玉;朱國(guó)華;史國(guó)經(jīng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮南師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G16B10/00
• 分類號(hào): G16B10/00;G06K9/62
• 代理公司: 北京興智翔達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11768
• 代理人: 郭衛(wèi)芹

本發(fā)明公開了一種用于量化生物進(jìn)化樹間相似度的新算法。屬于生物信息學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域。依據(jù)本發(fā)明中關(guān)于生物進(jìn)化樹間相似度的度量方法步驟和實(shí)施方案，提出了具體計(jì)算生物進(jìn)化樹相似度的方法，為生物學(xué)領(lǐng)域中生物進(jìn)化樹的物種間系統(tǒng)發(fā)育及相關(guān)方法研究、類似的樹形結(jié)構(gòu)圖之間的比較研究提供參考。

一.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物學(xué)大學(xué)科下的生物信息學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于衡量生物進(jìn)化樹間的相似程度的估算方法。

二.背景技術(shù)

20世紀(jì)以來，分子生物學(xué)發(fā)展迅猛，特別是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物技術(shù)在生物學(xué)的廣泛應(yīng)用。進(jìn)化生物學(xué)中的分子系統(tǒng)學(xué)也隨著測(cè)序技術(shù)和生物分子數(shù)據(jù)的積累飛速發(fā)展。其中，構(gòu)建生物進(jìn)化樹(又名：分子系統(tǒng)樹，系統(tǒng)發(fā)育樹等)是進(jìn)行物種間系統(tǒng)發(fā)生推演或是親緣關(guān)系研究的一個(gè)重要手段。隨著構(gòu)建和分析進(jìn)化樹的方法不斷被發(fā)明，如最大似然法(Maximum likelihood，ML)，鄰接法(Neighbor-Joining，NJ)，最大簡(jiǎn)約法(Maximumparsimony，MP)，貝葉斯推斷(Bayesian inference，BI)等，目前開展進(jìn)化樹分析的研究也逐漸趨于這樣一個(gè)情況：利用至少兩種或是兩種以上的方法構(gòu)建出一致性較高的進(jìn)化樹才會(huì)被領(lǐng)域內(nèi)認(rèn)為是可信的。因此，比較分析兩顆甚至多顆進(jìn)化樹的相似性(或稱為一致性)對(duì)于任何一項(xiàng)進(jìn)化分析研究來說都是不可避免的。

然而，據(jù)我們所知，到目前為止仍然沒有一款用于橫向比較兩顆進(jìn)化樹相似度的計(jì)算方法或是軟件。肉眼目測(cè)是最為常規(guī)的比較分析兩顆進(jìn)化樹的方法。肉眼法對(duì)于小數(shù)量物種的進(jìn)化樹比較分析并不困難，然而，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代到來，分子生物學(xué)研究構(gòu)建的進(jìn)化樹涉及的物種數(shù)目已從上世紀(jì)的十幾個(gè)物種到幾十個(gè)物種發(fā)展到如今的幾百個(gè)甚至上千個(gè)物種。肉眼觀察和對(duì)比分析往往需要研究者富有極大的耐心和細(xì)心，一款能全面分析兩顆進(jìn)化樹間的相似程度的方法亟需被提出。

基于此，本發(fā)明致力于提出一種用于量化生物進(jìn)化樹間相似度的方法，用于表征兩顆進(jìn)化樹間的多項(xiàng)相似性程度指標(biāo)。它包括：

結(jié)構(gòu)相似性程度指標(biāo)SS，樹形相似性程度指標(biāo)ST，和關(guān)系相似性程度指標(biāo)SR共3個(gè)子方法指標(biāo)，這些度量指標(biāo)將有助于全面考察兩顆進(jìn)化樹的相似性程度，為生物信息學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)的進(jìn)化樹比較研究提供量化方法，也為進(jìn)化樹相似度軟件的開發(fā)提供新思路。

三.發(fā)明內(nèi)容

1.發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明要解決以下問題：第一，總體來看，提出一種用于量化生物進(jìn)化樹間相似度的方法，為進(jìn)化樹間的總體比較和量化相似度問題提供解決方案；第二，具體地，該方法細(xì)化了比較的指標(biāo)，包括只考慮進(jìn)化樹端部物種間關(guān)系的比較描述指標(biāo)，只考慮進(jìn)化樹樹形相似程度的比較描述指標(biāo)，和兼顧樹形和物種兩個(gè)方面的結(jié)構(gòu)相似度的比較描述指標(biāo)；另外，本發(fā)明還從進(jìn)化樹的全局性和局部性提出比較指標(biāo)，可以全局性比較進(jìn)化樹間的結(jié)構(gòu)相似性程度，還可以局部地去比較物種間的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近。這些可以為進(jìn)化樹研究者們提供多角度的比較方案，可以全方位評(píng)估兩顆進(jìn)化樹的相似性程度。

2.技術(shù)方案

本發(fā)明提出了一種用于度量生物進(jìn)化樹間的結(jié)構(gòu)相似性程度的方法，具體實(shí)施方案如下：

(1)待比較的進(jìn)化樹數(shù)據(jù)獲取

為完成本專利提出的一種用于量化生物進(jìn)化樹間相似度的方法，以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行事先處理和準(zhǔn)備：

①對(duì)于沒有進(jìn)化樹文件(newick格式，即括號(hào)形式的關(guān)系式，簡(jiǎn)寫成“.nwk文件”)的情況，需要在獲得待比較的兩顆進(jìn)化樹圖后，運(yùn)用手工方法或是相關(guān)圖形識(shí)別軟件進(jìn)行進(jìn)化樹圖形信息轉(zhuǎn)化，將圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為nwk格式的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)數(shù)據(jù)的分析；

②對(duì)于可以獲得到進(jìn)化樹文件(如.tre文件)的數(shù)據(jù)，需要通過相關(guān)進(jìn)化樹可視化軟件(如FigTree軟件)或是進(jìn)化樹構(gòu)建軟件(如MEGA軟件)等將其轉(zhuǎn)化為nwk文件，如果本身就是nwk格式則無需轉(zhuǎn)化；