IQtree:使用 SNP 数据构建系统发育树


IQ-tree也是一款最大似然法构建进化树的软件,目前IQ-tree已经更新到2.0版本功能和性能也有很大的提升,主要有四大功能,高效建树(efficient tree reconstruction),模型选择(modelfinder: fast and accurate model selection),超快bootstrap(ultrafast bootstrap approximation),大型数据(big data analysis),以上特点特别适用于高通量测序的大量SNP构建进化树。

模型选择

构建进化树有很多模型对于初学者往往不知道那种模型最适合,iqtree提供自动模型选择功能,使用的软件为modelfinder。Modelfinder是一款速度超快的自动最佳模型选择软件。其在保证准确性的情况下,速度上比jmodeltest(针对DNA)和prottest(针对蛋白)要快100倍(ModelFinder is up to 100 times faster than jModelTest/ProtTest.),使用命令举例:

#自动选择最佳模型并构建进化树:-m MFPiqtree-ssupergene.phy-mMFP

#只是想找最佳模型不构建进化树:iqtree-sexample.phy-mMF


软件官网:http://www.iqtree.org

下载软件

wget -c https://github.com/iqtree/iqtree2/releases/download/v2.3.6/iqtree-2.3.6-Linux-intel.tar.gz

tar zxf iqtree-2.3.6-Linux-intel.tar.gz

#解压

cd ./iqtree-2.3.6-Linux-intel/bin/

chmod a+x *

#转到下载文件夹并赋予可执行操作

export "PATH=/home/monkeyflower/biosoft/iqtree-2.2.0-Linux/bin/:$PATH"

#添加环境变量

cd /home/monkeyflower/bioworkplace

#转到工作文件夹

iqtree2 -s test.fas -m MFP -T 16 -B 1000

#test.fas就是需要建树的比对后的序列矩阵,MFP表示查找模型并建树,-T表示线程,该数值可以进行调整,-B 表示自展值,运行完后就会在序列目录下有结果,treefile文件就是树文件,log里的Best-fit model就是最适模型

不确定就用 

iqtree -s supergene.phy -m MFP


但是:,iqtree做群体遗传进化构建进化树推荐命令:

iqtree2 -s supergene.phy -st DNA -T 2 -mem 8G \

    -m  GTR  -redo \

    -B 1000 -bnni \

    --prefix iqtree

-s supergene.phy: 指定输入文件名,即包含对齐序列的文件 supergene.phy。

-st DNA: 指定序列类型为 DNA。

-T 2: 指定使用两个线程(CPU核心)来加速计算过程。

-mem 8G: 分配 8GB 的内存给程序使用。

-m GTR: 指定使用通用时间可逆模型(General Time Reversible model),这是一种灵活的概率替代模型,允许不同的核苷酸具有不同的替换率。

-redo: 强制重新分析,即使输出文件已经存在也会重新计算。

-B 1000: 进行 1000 次 bootstrap 分析来评估分支的支持度。

-bnni: 启用分支支持的近似最大似然改进。

--prefix iqtree: 设置输出文件的前缀为 iqtree,这样输出的文件如树文件等将以这个名字为基础命名。

当你运行这个命令时,iqtree2 将会读取 supergene.phy 文件中的 DNA 数据,然后构建一棵最大似然树(Maximum Likelihood tree),并利用 bootstrap 方法评估树的分支可靠性。输出文件将包含树的信息和其他统计数据,这些文件将以 iqtree 开头。


也可以:

经过 ModelFinder 检索(-m MF),本数据集的最佳替换模型为 GTR+F+R6+ASC,所以这里直接指定 -m GTR+F+R6+ASC 模型。

iqtree -s SNP.varsites.phy -m GTR+F+G4+ASC -fast -nt 50

将输出文件 SNP.varsites.phy.treefile 放入 iTOL 中即可观察所构建出的系统发育树结构。




2.vcf格式转化:

下载vcf2phylip.py数据转换脚本

wget https://github.com/edgardomortiz/vcf2phylip/archive/v2.0.zip

unzip v2.0.zip

cd vcf2phylip-2.0/

转换数据,坑!样本名⼀定要少于10个字符

python /home/yangling/biosoft/vcf2phylip-master/vcf2phylip.py  -i *.vcf  -o name



备注:

-s:序列比对文件(支持多个文件逗号隔开,或者包含比对文件的文件夹),可选PHYLIP、FASTA、NEXUS、CLUSTAL、MSF

--seqtype:序列类型,可选BIN、DNA、AA、NT2AA、CODON、MORPH默认为自动检测

-o:外类群列表,不同物种之间逗号隔开

--prefix:结果文件名前缀

--seed:随机数种子,主要出于调试目的

--mem:最大可使用内存,单位为G、M或百分数%

--redo:忽略检查重写输出文件,默认为off,也即从上次意外中断处开始

-T:程序运行使用的核数,可设置具体数字或者AUTO(推荐),默认为1

--threads-max:最大可使用的核数,默认为所有核

--fast:快速模式,类似FastTree

-b:非参数bootstrap次数,大于等于100

-B:超快速bootstrap次数,大于等于1000

--bnni:使用NNI优化超快速bootstrap的树,搭配-B使用

--alrt:SH近似似然比检验重复次数

-m:模型选择,设置MF自动选择最佳模型但不建树;设置MFP自动检测最佳模型并建树。此外还可以设置具体的模型,或者多个可选模型,例如-m LG,WAG

--ancestral:基于经验贝叶斯的祖先状态重建

接下来看这个工具如何使用。首先从最简单的建树开始:

iqtree -s example.phy -T AUTO

假如设置自动选择最佳模型并建树:

iqtree -s example.phy -m MFP -T AUTO

选择最佳模型并只输出模型选择结果:

iqtree -s example.phy -m MF -T AUTO

Iqtree会测试多达546个蛋白模型并给出最佳模型,:

使用bootstrap自助法计算节点支持率:

iqtree -s example.phy -m MFP -b 100 -T AUTO

使用SH近似似然比检验计算节点支持率:

iqtree -s example.phy -m MFP --alrt 100 -T AUTO

同时使用两种方法计算节点支持率:

iqtree -s example.phy -m MFP --alrt 100 -b 100 -T AUTO

使用超快速bootstrap自助法计算节点支持率:

iqtree -s example.phy -m MFP -B 1000 --bnni -T AUTO

使用上述设置构建500个基因组的120个串联蛋白树需要两天左右。超快自助法ultrafast bootstrap1000次比普通自助法100次要快10倍左右,是该软件的特有算法,所以一般使用Iqtree的超快自助法建树。

原文链接 https://zhuanlan.zhihu.com/p/408382758



参考资料

//www.greatytc.com/p/a34c377924a7

https://blog.csdn.net/qq_36608036/article/details/120531889

//www.greatytc.com/p/47492d75b5e9

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