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PAML: 最大似然法分析系统发育

Phylogenetic Analysis by Maximum Likelyhood

版本：4.3（2009年9月）

Ziheng Yang

马向辉翻译

1、概述

PAML (for Phylogenetic Analysis by Maximum Likelihood) 是一个用最大似然法分析蛋白质或DNA序列系统发育的一个程序包。

1.1 PAML 文件：

除了这个手册以外，以下资源也需要注意：

PAML网站：http://abacus.gene.ucl.ac.uk/software/PAML.html。在这个网站上有PAML的下载以及编译程序;

PAML FAQ页面：http://abacus.gene.ucl.ac.uk/software/pamlFAQs.pdf; PAML讨论群：http://www.rannala.org/phpBB2/，在这里你可以提出你的问题，或者提出你发现的漏洞。

1.2 PAML 可以做些什么？

PAML 的最新版本包含一下几个程序模块：baseml, basemlg, codeml, evolver, pamp, yn00, mcmctree, 以及 chi2。其中最常用的模块的介绍可以参考杨子恒教授2007年发表的文章。模块运行中用到的计算、统计方法在杨子恒教授的书中有详细的介绍。模块的主要作用包括：计算以及检测系统发育树（baseml 和 codeml）; 计算复杂的碱基替代或者氨基酸替代模型中的参数，如不同位点间不同速率的模型或多个基因或者位点的综合分析模型（baseml和codeml）; 用似然比例检测比较几个模型（baseml，codeml以及chi2）; 用全局分子钟或者局部分子钟估算分歧时间（baseml和codeml）; 用最大似然法重建祖先氨基酸、核苷酸序列以及密码子模型（baseml和codeml）; 用蒙特卡洛模拟生成氨基酸、密码子

或者核酸序列（evolver）; 估算同义替代、非同义替代的速率，检测DNA的蛋白编码区的正选择（yn00和codeml）; 综合贝叶斯法以及化石校正估算物种分歧时间（mcmctree）。

PAML的优势在于它整合了各种复杂的替代模型。在baseml和codeml中建树的算法相对简单，所以较少的物种（如<10个）可以用这两个软件分析，对于大量物种的建树分析，最好还是用其他的程序去分析树结构，例如phylip、paup或者myBayes。当然，你可以用其他的软件构树，然后作为用户树用baseml或codeml验证。

baseml 和 codeml：baseml程序用于最大似然法分析核苷酸序列; codeml程序则是由两个旧程序组合而成：codonml和aaml。其中前者是基于Goldman和Yang在1994年提出的编码蛋白质的核酸序列的密码子替代模型，而后者主要用于氨基酸序列的替代模型。现在，这两种序列可以在codeml.ctl中通过seqtype定义，其中1表示密码子序列，2表示氨基酸序列。在这个手册里面，我将使用codonml和aaml来分别表示codeml中的seqtype=1和seqtype=2。这三个程序（baseml，codonml和aaml用相同的最大似然算法对于模型进行拟合，而三者之间主要的不同点在于，三个程序中对于序列进化的马尔科夫模型中“位点”的定义：在baseml中一个位点表示一个核苷酸，在codonml中一个位点表示一个密码子，aaml中一个位点表示一个氨基酸。马尔科夫过程模型常常用于描述核苷酸、氨基酸序列之间或者密码子之间的替代。对于不同的位点，这种替代既可以是恒定的，也可以是可变的。

evolver：这个程序可以在特定的核苷酸、氨基酸、密码子替代模型下模拟序列的产生。它还可以用于其他的一些操作，如产生随机树、计算树间的距离。