Geneious中應(yīng)該使用哪種最大似然樹(shù)生成器？

• 以下基于機(jī)器學(xué)習(xí)翻譯，僅供參考。?
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  Geneious包含用于最大似然樹(shù)建立器PHYML，Garli，RAxML，PAUP *和FastTree的插件。在這篇文章中，我們將簡(jiǎn)要回顧哪些數(shù)據(jù)集最適合哪種數(shù)據(jù)集，哪種數(shù)據(jù)集最快，以及每種數(shù)據(jù)集都有哪些選項(xiàng)。有關(guān)每個(gè)程序使用的算法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱該程序的網(wǎng)站。

  如果您從這些插件發(fā)布您的結(jié)果，請(qǐng)記得引用您使用的程序的原作者。引用信息可以在各自的插件頁(yè)面上找到。

  每個(gè)程序的背景

  1.?PHYML

  PHYML由?法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)LIRMM的Stephane Guindon和他的同事撰寫??。它于2003年首次發(fā)布，Geneious插件使用本文中描述的3.2版本??。??PHYML是其最簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確和速度最好的最大似然程序之一。

  2.?RAxML

  RaxML來(lái)自??亞歷山德羅Stamatakis?'??Exelixis公司實(shí)驗(yàn)室??在海德堡研究所的理論研究，德國(guó)。它的開(kāi)發(fā)目的是處理較大的數(shù)據(jù)集，其相對(duì)較低的內(nèi)存消耗，先進(jìn)的搜索算法和使用加速的可能性。 ?

  Geneious插件當(dāng)前使用RAxML版本8.2.7，因此下表中列出的功能適用于該版本。

  3.?GARLI

  Garli由?當(dāng)前在堪薩斯大學(xué)的Derrick Zwickl撰寫和維護(hù)??。它基于GAML程序（Lewis，1998）。該程序的文檔可以在這里找到。

  4.?PAUP *

  PAUP *是Dave Swofford編寫的一個(gè)流行的系統(tǒng)發(fā)育程序，可用于構(gòu)建最大簡(jiǎn)約性，距離和最大似然樹(shù)。本文中有關(guān)PAUP *的信息只涉及最大似然樹(shù)。PAUP * 4.0b10曾經(jīng)可以從Sinnauer Associates購(gòu)買，但目前正在進(jìn)行重大更新。目前免費(fèi)“測(cè)試”版本都可以從這里。 ?

  請(qǐng)注意，Geneious PAUP *插件不包含程序本身，它僅提供運(yùn)行您自己的PAUP *副本的界面。您必須下載自己的PAUP *副本，并在Geneious第一次運(yùn)行插件時(shí)將路徑設(shè)置為可執(zhí)行文件。該插件目前兼容舊4.0b10版本，新的測(cè)試alpha版本（4.0a149及以上版本）

  4.?FastTree

  FastTree由Morgan N. Price??在???Lawrence Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Adam Arkin小組開(kāi)發(fā)??。它針對(duì)多達(dá)一百萬(wàn)個(gè)序列的極大比對(duì)進(jìn)行了優(yōu)化，并使用相鄰連接，最小演化和最大似然的組合來(lái)推斷近似最大似然樹(shù)。這里給出了它如何工作的詳細(xì)描述??，但總的來(lái)說(shuō)，F(xiàn)astTree使用鄰居連接來(lái)獲得近似的起始樹(shù)，然后使用最小的演化方法來(lái)減少樹(shù)的長(zhǎng)度，然后最大似然地進(jìn)一步改進(jìn)樹(shù)。Generate實(shí)現(xiàn)FastTree 2.1.5。

  你可以用這些程序做什么？

  所有程序都將從DNA和蛋白質(zhì)比對(duì)中構(gòu)建樹(shù)木，但是每種方法的選擇都有一些差異，總結(jié)在下表中。請(qǐng)注意，PAUP *將為蛋白質(zhì)比對(duì)構(gòu)建最大簡(jiǎn)約性和距離樹(shù)，但不會(huì)構(gòu)建最大似然樹(shù)。

  ?**?由于Garli設(shè)置的方式，Geneious插件中目前只實(shí)現(xiàn)了GTR + G + I模型的默認(rèn)選項(xiàng)并且沒(méi)有引導(dǎo)。但是，如果您需要其他選項(xiàng)（如引導(dǎo)或分區(qū)），請(qǐng)與支持人員聯(lián)系，也可以根據(jù)Garli文檔自行編輯Garli配置文件（位于插件文件夾中）??。

  PHYML和PAUP *為您提供最廣泛的模型選擇，并且可以輸入Modeltest比較DNA數(shù)據(jù)的大部分模型。但是，請(qǐng)記住，大多數(shù)這些模型都嵌套在其他程序中實(shí)施的通用時(shí)間可逆（GTR）模型中。PAUP *包含模型測(cè)試，因此您可以選擇將其作為樹(shù)構(gòu)建過(guò)程的一部分來(lái)運(yùn)行。對(duì)于PHYML和其他程序，您需要在Geneious之外運(yùn)行jModeltest，然后在Geneious中手動(dòng)配置適當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦x項(xiàng)。?

  PHYML也為您提供了多種計(jì)算支持值的方法，但它對(duì)分類群數(shù)量有內(nèi)在的限制。我不知道Garli，PAUP *和RAxML有相似的數(shù)據(jù)集大小約束（雖然正如您在下面看到的，這些程序都是由FastTree為超大型數(shù)據(jù)集執(zhí)行的）。

  例如，如果您想估計(jì)不同密碼子位置或基因的不同比率，RAxML和PAUP *允許您劃分?jǐn)?shù)據(jù)。在PAUP *中，這是通過(guò)編輯自定義命令塊完成的 - 請(qǐng)參閱PAUP *命令行指南以獲取可以用這種方式實(shí)現(xiàn)的完整選項(xiàng)列表。 ?

  關(guān)于這些程序如何在Geneious中運(yùn)行的簡(jiǎn)要說(shuō)明

  這些插件不能在Geneious Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境中運(yùn)行，因此它們不使用分配給Geneious的RAM。相反，他們作為獨(dú)立程序與Geneious提供接口。Geneious將您的文件導(dǎo)出到插件，運(yùn)行插件程序，然后將結(jié)果導(dǎo)入Geneious。盡管樹(shù)構(gòu)建過(guò)程本身并不使用分配給Geneious的RAM，但您需要為Geneious分配足夠的RAM才能處理文件的導(dǎo)出/導(dǎo)入 - 而對(duì)于大型文件，這可能需要大量數(shù)據(jù)。?

  哪個(gè)最快？

  這個(gè)問(wèn)題的答案很大程度上取決于您所擁有的數(shù)據(jù)集類型。作為一個(gè)非常普遍的規(guī)則，速度如下所示：FastTree >> RAxML> PHYML> Garli >> PAUP *。 ?

  FastTree是迄今為止擁有大量分類群的大樹(shù)最快的算法。FastTree可以在幾分鐘內(nèi)生成一個(gè)支持值為10,000的分類樹(shù)，而由RAxML或Garli構(gòu)建的同一棵樹(shù)可能需要幾天才能運(yùn)行。PHYML甚至不會(huì)運(yùn)行在這樣大的路線上，因?yàn)樗哂?000個(gè)分類群的內(nèi)置截止點(diǎn)。然而，由FastTree生成的樹(shù)是“近似最大似然”樹(shù)，而對(duì)于類群之間的關(guān)系不那么明確的數(shù)據(jù)集，它們可能不如其他方法生成的樹(shù)更精確地搜索樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（請(qǐng)參閱??FastTree網(wǎng)站??，以獲得關(guān)于FastTree與PHYML與RAxML的速度和準(zhǔn)確性的更全面討論）。 ?

  如果您的序列非常長(zhǎng)，但只有少數(shù)分類群（例如，如果您要從少量細(xì)菌基因組中構(gòu)建樹(shù)），那么RAxML和PHYML將執(zhí)行FastTree。一個(gè)長(zhǎng)度為400萬(wàn)個(gè)堿基（計(jì)算時(shí)沒(méi)有支持值）的5個(gè)序列的樹(shù)在FastTree中花了大約14分鐘，而在RaxML和PHYML中花了大約1分鐘。Garli不能很好地處理長(zhǎng)序列，最好用于較短的比對(duì)。?

  在全部最大似然樹(shù)建造者中，RAxML似乎對(duì)于來(lái)自DNA數(shù)據(jù)的大型樹(shù)木來(lái)說(shuō)效率最高。對(duì)于較小的數(shù)據(jù)集，PHYML是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)楦鶕?jù)PHYML手冊(cè)，PhyML的“舒適區(qū)”通常位于100-200個(gè)序列中，少于2,000個(gè)字符長(zhǎng)。該??PHYML網(wǎng)站??已采用了一系列數(shù)據(jù)集的PHYML和RAxML之間的一些廣泛的比較。 ?

  PAUP *是最大似然樹(shù)構(gòu)建器中最慢的，特別是在使用默認(rèn)選項(xiàng)運(yùn)行時(shí)。PAUP *默認(rèn)??情況下使用樹(shù)分叉和重新連接（TBR）進(jìn)行拓?fù)渌阉鳎撍惴ū萈HYML（NNI，最近鄰居立交）或RAxML（快速爬山）中的默認(rèn)拓?fù)渌阉鬟x項(xiàng)評(píng)估更多的樹(shù)。要將PAUP *配置為使用NNI而不是PBR，請(qǐng)打開(kāi)自定義命令塊并將SWAP = NNI添加到HSEARCH行。這將大大加快速度，但速度仍然不接近PHYML或RAxML。?

  我怎樣才能讓我的樹(shù)跑得更快？

  簡(jiǎn)短的答案是獲得一臺(tái)更快的電腦。為你的treebuilder提供更多的內(nèi)存不一定會(huì)加速它，但是可能意味著你可以在不耗盡內(nèi)存的情況下構(gòu)建更大的樹(shù)。速度主要取決于處理器的速度，目前這里提到的所有樹(shù)建設(shè)者都只使用一個(gè)處理器，并且無(wú)法將其配置為跨多個(gè)核心運(yùn)行。

  那么，哪棵樹(shù)最好？

  這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有一個(gè)答案，因?yàn)樗耆Q于數(shù)據(jù)集的性質(zhì)，以及所選模型適合您的數(shù)據(jù)的程度。考慮到您選擇的數(shù)據(jù)和模型，最大似然樹(shù)建造者返回最高可能性正確的樹(shù)，但由于算法的差異，每個(gè)程序產(chǎn)生的似然值不能直接進(jìn)行比較。使用多種建樹(shù)方法來(lái)評(píng)估樹(shù)形拓?fù)涞姆€(wěn)健性是一種很好的做法。