有根樹和無根樹的區別

有根樹和無根樹的區別就在於一個有根，一個則沒有根。有根樹葉就是具有方向的樹木，將有根的樹根系去除的話，它就會變爲無根樹。樹木生長主要就是依靠根系，根系在吸收養分以及水分後，會將其輸送到枝葉上，從而會生長的越好越旺盛。若是根系長勢不良的話，樹木也會很瘦弱。

無根樹和有根樹有什麼根本區別？

系統樹可以是有根的，也可以是無根的。在有根樹中，存在一個被稱爲根的特殊節點，由此導向任何別的節點都只有唯一有根系統樹和無根系統樹。箭頭指示從根到OTUD的唯一途徑。每一途徑中的方向與進化時間相對應，而根則是所有正被研究的OTU的共同祖先。無根樹是一種只將OUT間的關係具體化而未定義進化途徑的樹。 對三個物種來說，存在着三種可能的有根樹，但只有一個無根樹。從三種OYU可能會構建出三種不同的有根樹，但卻只有一種無根樹。對n個OTU而言，兩分叉有根樹的數目(N R )由N R =(2n-3)!/{[2^(2-n)](n-2)!}(n≥2)，對n≥3，兩分叉無根樹的數目爲(N U )=(2n-5)!/{[2^(n-2)](n-2)!}。n個OTU的可能無根樹數等於(n-1)個OTU的可能有根樹數。OTU從2到10的可能有根樹和無根樹的數目如下表： 隨着n的增加N U 和N R 和都極快地增大，而到10OTU時已經有200多萬兩分叉無根樹和將近3500萬有根樹了。由於這些樹種只有一種能正確表示這些OTU間真是的進化關係，所有，當n較大時，推論出真實的系統樹比較困難。

一文讀懂進化樹（圖文詳解）

系統發育進化樹 (phylogenetic tree)：** 一般也叫系統進化樹，進化樹。它可以利用樹狀分支圖形來表示各物種或基因間的親緣關係。

建進化樹的過程，用術語講：

分支系統發育分析 (Molecular phylogenetic analysis)：** 是用來研究物種或序列進化和系統分類的一種方法。一般研究對象是鹼基序列或氨基酸序列，通過數理統計算法來計算生物間進化關係。最後，根據計算結果，可視化爲系統進化樹。

我們模擬一個項目，使用人和鼠的各兩個基因做進化樹，結果如下：

可以看到上面有一堆標註，下面來看看它們代表什麼意義：

所有分支的共同祖先叫做根

根據有無根可分爲：

有根樹：上面的圖就是有根樹，可以從樹中找到共同的祖先。

無根樹：顧名思義，沒有根，也就找不到共同的祖先。比如後邊會提到的 Straight Tree

每個結點代表一個分類單元，物種上可以是屬，種羣等，基因上可以是基因家族，同源物等。

但是，也有另外一種解釋：

這種解釋將 node 分爲 外部節點與內部節點：

外部節點又叫葉節點，也就是最外層的人基因1，人基因2等，代表參與分析的序列樣本

內部節點，也就是我們使用藍色標註的位置，代表假定祖先。

也叫分支，指兩種及以上的生物或序列組成的進化關係。

可以利用這個來看同源。比如，上圖中人基因1與人基因2可能是旁系同源基因，而人基因1與鼠基因1可能是直系同源基因。

與分析序列相關的生物序列，但是具有較遠的親緣關係。

也叫遺傳變異度，進化距離。一般會標註在分支線上，代表進化支變化的程度，越短代表差異越小，進化距離越近。比如人基因1與人基因2的遺傳變異度爲 0.21+0.22=0.43。遺傳變異度實際代表基因組序列中每個位點鹼基的替換頻率，計算方法也很簡單：變異度=變異鹼基數/總鹼基數(%)。我們常見的形式，通常以0-1的小數來表示，代表100個鹼基位點的變異度大小。

我們可以從水平方向上的分支及長度，看到進化譜系隨着時間的變化，進化分支長度越長代表着該分支對應的物種或基因的變化越大。比如，對應上圖，我們可以描述爲人基因1相對其他基因在進化時間上更早，而且在進化時間上鼠基因2最晚。

有意思的是，根據基因序列相似度與進化時間假說對這種進化距離進行轉換，就可以得到分子鐘。比如，用它分析病毒進化樹，甚至可以推斷出初代病毒產生的時間點。

生物或序列間差異數值的單位長度，相當於進化樹的比例尺。

一般會標註在結點，用來評估該分支的可信度。

Bootstrap value 對於我們後續分析比較重要，尤其在進化樹評估中。

對於進化樹評估一般會使用 Bootstrap 進行檢驗。

Bootstrap檢驗，自舉法檢驗，也叫自展，自助法。其實就是放回式抽樣統計法的一種，通過對數據集多次重複取樣，構建多個進化樹，用來檢查給定樹的分枝可信度。

那麼重複取樣的次數會在建樹時設置，現在一般文章要求Bootstrap 取樣值 >1000。

雖然根據嚴格的統計學概念，自展值需要要大於95%才較爲可信。

然而在實際應用中，我們一般認爲結點的 Bootstrap value >70，這個分支就是可靠的。特別是微生物等相似度比較大的分類中，一般大於50%就認爲可信（小於50%不會顯示）。

如果低 Bootstrap value 更靠近分支末端，代表相似度太高而很難區分

如果低 Bootstrap value 更靠近根，代表相似度太低

優點很明顯，就是可以清晰的展示出樣本間進化距離和進化分支。缺點就是展示出來效果不炫。

有時候也可以這樣顯示，相對來說，更酷一點：

Straight Tree

再酷一點：

Curved Tree

本質上是將樹圖極座標化。這種圖，可以說是進化樹最炫的一種展示，而且在分析樣本數量大的時候，效果更佳。但是，致命缺點是可讀性不好，比如很難橫向對比進化距離。因此，適用於展示差異較大的物種或基因樣本。

這種圖用於根不確定的進化樹構建。它可以將相似度高的樣本序列聚集在一起。因此，更適合做親緣關係近的物種或差異小的基因樣本。