计算分子进化

出版时间：2008-6  出版社：复旦大学出版社  作者：杨子恒  页数：364  译者：钟扬 张文娟  
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内容概要

分子进化生物学是一门利用分子数据重建物种或基因间的进化关系并了解其进化过程与机制的学科，统计模型及算法则是分子进化研究中的主要方法论工具。    本书包含核苷酸置换和氨基酸置换模型、系统发育重建的常规方法及最大似然法与贝斯推断法、分子钟检验与物种分歧时间估计、适应性进化检测以及分子进化模拟技术等章节，内容丰富，方法新颖，并辅以实例说明，可作为高年级本科生和研究生教材，也可供进化生物学、分子系统学、群体遗传学以及生物统计学和计算生物学等相关领域的研究人员阅读。

作者简介

杨子恒，1964年生于甘肃通渭，1984年毕业于甘肃农业大学，1992年获北京农业大学博士学位。曾在甘肃农业大学和北京农业大学畜牧系工作以及英美等国从事博士后研究。1997年起在伦敦大学学院（University College London）生物系任教（1997-2000年任讲师，2000-2001年任副教

书籍目录

第1部分 分子进化建模　第1章 核苷酸置换模型　　1.1 引言　　　1.2 核苷酸置换和距离估计的马尔可夫模型　　　1.2.1 JC69模型　　　1.2.2 K80模型　　　1.2.3 HKY85、F84、TN93等模型　　　1.2.4 转换／颠换比率　　1.3 位点问可变的置换率　　1.4 最大似然估计　　　1.4.1 JC69模型　　　1.4.2 K80模型　　　1.4.3 概形与积分似然方法　　1.5 马尔可夫链和广义模型下的距离估计　　　1.5.1 广义理论　　　1.5.2 广义时间可逆（GTR）模型 　　1.6讨论　　　1.6.1不同置换模型下的距离估计　　　1.6.2成对比较的局限　　1.7练习　第2章 氨基酸和密码子置换模型　　2.1 引言　　2.2 氨基酸替代模型　　　2.2.1 经验模型　　　2.2.2 机理模型　　　2.2.3 位点间的异质性　　2.3 两条蛋白质序列间距离的估计　　　2.3.1 泊松模型　　　2.3.2 经验模型　　　2.3.3 伽马距离　　　2.3.4 例子：猫和兔的p53基因间的距离　　2.4 密码子置换模型　　2.5 同义和非同义置换率的估计　　　2.5.1 计数法　　　2.5.2 最大似然法　　　2.5.3 方法比较　　　2.5.4 对距离的诠释及滥用　　2.6 转换概率矩阵的数值计算.　　2.7 练习第2部分 系统发育重建　第3章 系统发育重建：概述　　3.1 树的概念　　　3.1.1 术语　　　3.1.2 树之间的拓扑距离　　　3.1.3 一致树　　　3.1.4 基因树和物种树　　　3.1.5 树重建方法的分类　　3.2 穷举式或启发式树搜索　　　3.2.1 穷举式树搜索　　　3.2.2 启发式树搜索　　　3.2.3 分枝交换　　　3.2.4 树空间的局部峰　　　3.2.5 随机树搜索　　3.3 距离方法.　　　3.3.1 最小二乘法　　　3.3.2 邻接法　　3.4 最大简约法　　　3.4.1 简史　　　3.4.2 对给定树计算最小变化数目　　　3.4.3 加权简约法和颠换简约法　　　3.4.4 长枝吸引　　　3.4.5 简约法的假定　第4章 最大似然法　　4.1 引言　　4.2 树的似然计算　　　4.2.1 数据、模型、树及似然函数　　　4.2.2 修剪算法　　　4.2.3 时间可逆性、树根及分子钟　　　4.2.4 缺失数据与对位排列间隔　　　4.2.5 一个数值例子：猿类系统发育关系　　4.3 复杂模型下的似然计算　　　4.3.1 位点间可变置换率模型　　　4.3.2 多个数据集联合分析的模型　　　4.3.3 非齐次与非稳定模型　　　4.3.4 氨基酸与密码子模型　　4.4 祖先状态重建　　　4.4.1 概述　　　4.4.2 经验和等级贝斯重建　　　4.4.3 离散形态性状　　　4.4.4 祖先重建中的系统偏差　　4.5 最大似然估计的数值算法　　　4.5.1 单变量最优化　　　4.5.2 多变量优化　　　4.5.3 树形固定时的优化　　　4.5.4 树形固定时似然表面上的多重局部峰　　　4.5.5 最大似然树搜索　　4.6 似然法的近似　　4.7 模型选择与稳健性　　　4.7.1 LRT、AIC和BIC 　　　4.7.2 模型的充分性与稳健性　　4.8 练习　第5章 贝斯方法　　5.1 贝斯范式　　　5.1.1 概述　　　5.1.2 贝斯定理　　　5.1.3 经典统计学与贝斯统计学的比较　　5.2 先验分布　　5.3 马尔可夫链蒙特卡罗算法　　　5.3.1 蒙特卡罗积分　　　5.3.2 MetropoliS_Hastings算法　　　5.3.3 单一成分Metropolis—Hastings算法　　　5.3.4 Gibbs取样法　　　5.3.5 Metropolis-偶联MCMC（MCMCMC或MC3）　　5.4 简单建议及其建议比　　　5.4.1 均匀分布的滑动窗口　　　5.4.2 正态分布的滑动窗口　　　5.4.3 多元正态分布的滑动窗口　　　5.4.4 比例收缩和膨胀　　5.5 监测马尔可夫链及处理输出　　　5.5.1 验证和诊断MCMC算法　　　5.5.2 潜在尺度减约统计　　　5.5.3 处理输出　　5.6 贝斯系统发育分析　　　5.6.1 简史　　　5.6.2 总体框架　　　5.6.3 汇总MCMC输出 　　　5.6.4 贝斯法与似然法的比较　　　5.6.5 一个数值例子：猿类系统发育关系　　5.7 溯祖模型下的MCMC算法　　　5.7.1 概述　　　5.7.2 θ的估计　　5.8 练习　第6章 方法比较与树的检验　　6.1 树重建方法的统计性能　　　6.1.1 标准　　　6.1.2 性能　　6.2 似然法　　　6.2.1 与常规参数估计的不同之处　　　6.2.2 一致性　　　6.2.3 有效性　　　6.2.4 稳健性　　6.3 简约法　　　6.3.1 与病态似然模型的等价性　　　6.3.2 与正常行为的似然模型的等价性　　6.4 检验关于树的假设　　　6.4.1 自展　　　6.4.2 内枝检验　　　6.4.3 Kishino—Hasegawa检验及改进　　　6.4.4 简约法分析中所用的指数　　　6.4.5 例子：猿类的系统发育　　　6.5附录：Tuffley和Steel的单性状似然分析第3部分 高级专题　第7章 分子钟与物种分歧时间估计　　7.1 概述　　7.2 分子钟检验　　　7.2.1 相对速率检验　　　7.2.2 似然比检验　　　7.2.3 分子钟检验的局限性　　　7.2.4 离散指数　　7.3 分歧时间的似然估计　　　7.3.1 全局分子钟模型　　　7.3.2 局部分子钟模型　　　7.3.3 试探式速率平滑方法　　　7.3.4 确定灵长类分歧时间　　　7.3.5 化石的不确定性　　7.4 分歧时间的贝斯估计　　　7.4.1 总体框架　　　7.4.2 似然计算　　　7.4.3 速率的先验分布　　　7.4.4 化石的不确定性与分歧时间的先验分布　　　7.4.5 在灵长类和哺乳类分歧中的应用　　7.5 展望　第8章 蛋白质的中性与适应性进化　　8.1 引言　　8.2 中性理论和中性检验　　　8.2.1 中性与近中性理论　　　8.2.2 Tajima的D检验　　　8.2.3 Fu和Li的D检验与Fay和Wu的H检验　　　8.2.4 McDonald—Kreitman检验和选择强度估计　　　8.2.5 Hudsorl—Kreitman—Aquade检验　　8.3 经历适应性进化的谱系　　　8.3.1 启发式方法　　　8.3.2 似然法　　8.4 经历适应性进化的氨基酸位点　　　8.4.1 三种策略　　　8.4.2 随机位点模型下正选择的似然比检验　　　8.4.3 处于正选择的位点鉴定　　　8.4.4 人类主要组织相容性（MHC）基因的正选择　　8.5 影响特定位点和谱系的适应性进化　　　8.5.1 正选择的分枝一位点检验　　　8.5.2 其他类似模型　　　8.5.3 被子植物光敏色素的适应性进化　　8.6 假定、局限与比较　　　8.6.1 当前方法的局限　　　8.6.2 中性检验与基于dN和ds的检验间的比较　　8.7 适应性进化的基因　第9章 分子进化的计算机模拟　　9.1 简介　　9.2 随机数发生器　　9.3 连续随机变量的产生　　9.4 离散随机变量的产生　　　9.4.1 离散均匀分布　　　9.4.2 二项式分布　　　9.4.3 广义离散分布　　　9.4.4 多项式分布　　　9.4.5 针对混合分布的组分法　　　9.4.6 从离散分布中抽样的重影法　　9.5 分子进化的计算机模拟　　　9.5.1 树形固定时序列的模拟　　　9.5.2 生成随机树　　9.6 练习　第10章 展望　　10.1 系统发育重建中的理论问题　　10.2 大规模和异质数据集分析中的计算问题　　10.3 基因组重排数据　　10.4 比较基因组学附录　附录A：随机变量函数　附录B：△技术　附录C：系统发育分析软件参考文献

章节摘录

　　第2章　氨基酸和密码子置换模型　　2.1　引言　　在第1章中，我们讨论了核苷酸置换的连续时间马尔可夫链模型（continuous-time Markov chain model）及其在估计两个核苷酸序列间距离方面的应用。本章将讨论类似的马尔可夫链模型以描述蛋白质中氨基酸间的置换或蛋白质编码基因中密码子间的置换。我们直接套用第1章中介绍过的马尔可夫链理论，只是链的状态不再是4个核苷酸而是20个氨基酸或61个有义密码子（sense codon）（通用遗传编码系统）。　　运用蛋白质编码基因，我们可以区分同义置换（synonymous substitution，亦称沉默置换，指所编码氨基酸不改变的核苷酸置换）以及非同义置换（nonsynonymous substitution，亦称替代置换，指所编码氨基酸改变的核苷酸置换）。由于自然选择主要作用于蛋白质水平，同义突变和非同义突变处于极不相同的选择压力之下，并以极不相同的速率固定。因而，正如分子进化研究的先驱们所指出的，DNA测序技术一经实现，同义和非同义置换率之间的比较就成为理解蛋白质上自然选择效应的一种途径（如Kafatos et al.，1977；Kimura，1977；Jukes and King，1979；Miyata and Yasunaga，1980）。这种比较不需要估计绝对置换率或者有关分歧时间的知识。第8章将详细讨论通过多条序列间的系统发育比较来检测选择的模型。在本章中，我们只考虑两条序列间的比较，以计算同义置换和非同义置换两种距离。　　2.2　氨基酸替代模型　　2.2.1　经验模型　　氨基酸置换的经验模型（empirical model）和机理模型（mechanisticmodel）有一个区别：经验模型试图描述氨基酸间的相对置换率，不考虑影响进化过程的确切因素，这些模型往往是通过分析从数据库中获得的大量序列数据而构建的；另一方面，机理模型则考虑氨基酸置换中涉及的生物学过程，如DNA上的突变偏差、密码子到氨基酸的翻译以及接受或拒绝自然选择筛选后的结果氨基酸。在研究基因序列进化的动力和机制方面，机理模型的解释性更强、更有用。对重建系统发育树而言，经验模型看起来至少是同样有效的。　　……

用户评论 (总计21条)

•   非常经典、全面、深刻的一本分子进化的书籍。唯一不足的是部分语句翻译有点不妥当。建议中文版本与英文版本对照阅读，读中文版了解进化领域大概知识框架，读英文版确认细节。
•   本书的内容虽然比较深奥，与数学的关联比较大，但要彻底了解分子系统发生学的原理和计算方法，本书是必读的。
•   是本好书，解决了好多疑惑。可能对一些本来进化学基础很好的人来说，此书有点浅。但是对我真的是很好，所以给五星
•   在做这方面的工作，加深了我对很多概念和模型的理解，很有帮助！
•   对我男朋友的实验分析很有帮助，呵呵
•   书的内容还是蛮好的，就是寄来的书后面几页有烂页，让人很不爽！书的质量都没法保证，发货的时候也不检查一下吗？退货手续又繁琐。这让人以后还怎么敢在当当继续买书？
•   我对书非常非常爱惜，平时看书都不舍得折叠。这次买的书都有破损，看得我揪心啊。更何况是我喜欢的大牛的书，竟然破了！
•   经典中的经典，值得再三研读。
•   帮同实验室的师弟买的，他说很好，很 满意！
•   杨子恒演化生物界几乎就是最大似然的代名词。写的这本书就是他这些年来工作的总结。国内能引进中文版是很好，毕竟80几个$的美金对我们来说还是很贵的。
  书的内容翻译得很生硬，有些地方我觉就根本不同，好些演化的概念和统计学的概念没有分清，英语的表达顺序与通用的汉语语法相距太远，有点“英式中文”！希望国内的学者在在组织翻译这些一类书的时候，一定要把好关，不能只是就一帮学生作一些文秘工作。毕竟分子演化在国内的还不是那么普及，一点小失误可能会误导初学者和行外的热心人。
•   感谢当当，便捷快速，经济实惠，诚实高效！
•   首先感谢译者的辛苦劳动！此书对于分子进化领域的科研者，意义非凡，杨子恒在此领域内的影响非同小可，应用的最为广泛的选择压力的检测的软件就出自他手。此书不足之处在于很多专业词汇翻译的很不恰当，比如多重击中校正，应为多重置换（替换）校正，因此此领域初学者，如果想获取一些更准确的专业术语，最好先读《分子进化与系统发育》。
•   书的内容非常好，对进化算法讲得非常清晰，对分子进化分析和算法研究非常有用，但是翻译不怎么样，建议看原版。英文不好的话建议先读这本书，然后看原版。
•   如果你困惑于模型的选择，并且想熟悉分子进化的模型，可以选用此书，但此书并不适合那些想知道例如paml，paup等分析软件怎么用的人，此书主要介绍进化的模型。
•   中文的阅读起来容易一些，因为里面很多统计方面的英文词汇，对生物背景的来说比较陌生。还没有时间仔细阅读，内容方面待以后分享感想。
•   作为初步、粗略了解使用的话，还不错，如果想详细了解其中的某个部分，建议还是专门阅读相关文献或者书籍的比较好。性价比还是不错的~毕竟有个系统的了解也不错的。
•   这本书就是讲的是生物信息学的一些有关方法！！！很好！！
•   很难的一本书
•   该书比较专业。有待进一步深挖。呵呵
•   买到时候觉得看不太懂。纠结呢
•   杨子恒演化生物界几乎就是最大似然的代名词。写的这本书就是他这些年来工作的总结。国内能引进中文版是很好，毕竟80几个$的美金对我们来说还是很贵的。书的内容翻译得很生硬，有些地方我觉就根本不同，好些演化的概念和统计学的概念没有分清，英语的表达顺序与通用的汉语语法相距太远，有点“英式中文”！希望国内的学者在在组织翻译这些一类书的时候，一定要把好关，不能只是就一帮学生作一些文秘工作。毕竟分子演化在国内的还不是那么普及，一点小失误可能会误导初学者和行外的热心人。复旦引进的物理学系列就很不错，在没有把握的情况下，为什么不多引进英文原版呢？