授業/H20/系統解析論/演習1 のバックアップ(No.3)

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- 1 (2009-01-19 (月) 12:39:21)
- 2 (2009-01-19 (月) 14:01:24)
- 3 (2009-01-19 (月) 16:33:23)
- 4 (2009-01-20 (火) 08:49:49)
- 5 (2009-01-21 (水) 08:49:09)
- 6 (2009-01-21 (水) 19:16:14)

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演習１：Cygwinを用いたUnixライク環境の体験 †

系統解析ソフトウェアには、Mac版PAUP*やMesquiteのように、使いやすいグラフィカルユーザーインターフェースを備えていないものが多くあります。また、ソースコードで配布されるため、自分の環境に合わせてコンパイルしなければ使用できないものも多くあります。そういうソフトウェアを操作し、自分のコンピュータで使えるようにするには、Unix系のコマンドラインでの操作に慣れておくことが必須です。この講義では、Windows上で走るUnix環境エミュレータであるCygwinを使って、コマンドラインコンピュータの操作を学習します。
Some softwares for phylogenetic analysis are not equipped with GUI like PAUP* of Macintosh or Mesquite. Some softwares also to be compilied under the configuration of each terminal. Here, we try to use Cygwin, an emulater of Unix environment on Windows, to use r8s, PAML, and others.

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演習１：Cygwinを用いたUnixライク環境の体験

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準備：ソフトウェアのインストールと環境の設定 †

この演習では、Windowsのグラフィカルインターフェース’（GUI: 簡単に言うと、”マウスでポインタを動かしクリックしてそうさするもの"）の下で動作するソフトウェアと、Unix様のコマンドラインインターフェース（CLI: 簡単に言うと、"キーボードから命令を文字で打ち込むもの"）の両方を組み合わせて使用できるように、WindowsXPの環境をセットアップします（MacOSXやLinuxのGUIを使っている人は、こんなことをしなくとも、GUIとCLIの両方を簡単に使うことができます）。インストールするのは、以下のソフトウェアです。

Cygwin: Windows環境で動くUNIXエミュレータ。このソフトウェアをインストールすることで、UNIXのCLIで使われる様々な機能を簡単に体験することができます。
K2Editor:　テキストエディタ。UNIXのCLI環境にもviやemacs等のエディタがありますが、Windows利用者には使いやすいと思われるGUIで動くテキストエディタを使います。

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Cygwinのインストール: Installation of Cygwin †

Cygwinを右のサイトからダウンロード http://cygwin.com/
Download Cygwin from the URL above.
デスクトップ上のSetupをクリックしてインストール
Double click Setup on your desktop.
- c:\cygwinにインストール
  Cygwin will be installed under c:\cygwin
- インストールするパッケージの選択で、Devel（開発環境）とデータベースのいくつかのセットを選択しておく
  Choose following packages under Devel when you see the list of packages
```
	make
	gcc       #C compiler 一つクリックすると、関連するものがすべて選択される。
	gcc-g77
```
  Select sqlite3 under Database
インストールが終了したら、デスクトップかスタートメニューのCygwinアイコンをクリック。コマンドラインウィンドウが表示されます。
Click the Cygwin Icon on the desktop to start.
一度立ち上げることで、c:\cygwinに/home（自分のユーザー名：以下の例ではuser1）というディレクトリができます。
In this example, user have a directory named "user1" under c:\cygwinに/home.
これでUnixライクな環境が構築できました。
Now you are in a Unix-like environment running in Windows PC.
- See Tutorials for Unix/Linux of Marine Biological Laboratory

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K2Editorのインストール †

ダウンロードサイトにアクセス　→　http://k2top.jpn.org/index.php?K2Editor
ページの中程から、k2e10508.lzh をダウンロードして展開(パソコンにLHAやeoが入っていることが必要）
デスクトップにK2Editorのフォルダができる
フォルダの中のK2Editor.exeをクリックして起動してみよう
※Free ASCII text editor is listed in this page: http://www.thefreecountry.com/programming/editors.shtml

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r8sのインストール †

r8s を右のサイトからダウンロード　http://loco.biosci.arizona.edu/r8s/
eoなどの解凍ソフトがインストールされていたら、ファイルが自動的に展開されて、r8s1.71というフォルダができる。
Download r8s from the site above. You will have a folder named "r8s1.71" on your desktop.
このフォルダを、c:\cygwin/home/user1 に移動
Move the folder to c:\cygwin/home/user1.

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r8sのインストールとサンプルファイルの解析 : Installation of r8s and analysis of a sample file †

cygwinを立ち上げ、以下のコマンド($ の後の文字）を順番に入力
Start Cygwin and input following commands. Each command is shown after $.

$ pwd
/home/user1	#自分が今いるディレクトリ: Your current directory

$ ls		#そのディレクトリの内容をリスト:  List the contents of the current directory
r8s1.71  sample


$ cd r8s1.71	#r8s1.71というディレクトリに移動: Move to the directory "r8s1.71"

$ ls
bin  doc  sample  src

$ cd src	#srcディレクトリに移動:  Move to the directory "src"

$ make		#コンパイル。うまくゆくと、srcディレクトリ内にr8s.exeができる。
                         Compile with this command.  You will have "r8s.exe" if succeed.

$ mv r8s.exe /usr/local/bin	#できた実行形式ファイルを、/usr/local/binに移動: Move the binary file to /usr/local/bin
				#こうしておくと、ファイル名だけで実行できる
                                  You can execute the .exe files in /usr/local/bin from any directories
$ ls /usr/local/bin		#ちゃんと移動できたことを確認:  Confirm if the file was moved.
r8s.exe

$ r8s -v			#起動テスト: Test starting r8s.  You will see the version.
r8s version 1.71 (compiled Dec 12 2007)
r8s version 1.71 (Dec 12 2007)

r8s>quit			#起動テスト終了:  quit r8s.

$ cd /home/user1/r8s1.71/sample　　　　#sampleファイルのディレクトリに移動: Move to the sample directory

$ ls
SAMPLE_1.7          SAMPLE_CROSSVAL  SAMPLE_LOCAL_CLOCK  SAMPLE_SUPERTREE
SAMPLE_CONSTRAINTS  SAMPLE_FLU       SAMPLE_SIMPLE

$ r8s -f SAMPLE_SIMPLE                      #sampleファイルを一つ解析してみる。結果がすぐに表示される。
                                                                        Analyze one of the sample file.  You will see the result soon.

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PAML, Multidivtimeのbinディレクトリへのインストール: Installation of PAML etc to /usr/local/bin/ †

これらのファイルはウィンドウズのコマンドプロンプトからでも実行できるが、パスの設定が面倒な場合がある。また、cygwinのシェルを使う方が、コマンド入力や解析が便利な場合がある。そこで、実行形式ファイル（exeファイル）をパスの通ったc:\cygwin//usr/local/binにまとめておく。
To use PAML and Multidivtime easier, I recommend you to install them under c:\cygwin/home/user1/.

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PAMLのダウンロードと動作確認 †

右のサイトからPAMLをダウンロード。　http://abacus.gene.ucl.ac.uk/software/paml.html
eo等がインストールされていれば、paml4というフォルダが自動的に展開される。この中のbinフォルダに入っている以下9つのexeファイルを、すべて、　c:\cygwin/usr/local/bin に移動。
Download PAML from the site above,, and move 9 executable files under the bin folder of paml4 folder to c:\cygwin/home/user1/.
```
baseml.exe
basemlg.exe
chi2.exe
codeml.exe
evolver.exe
mcmctree.exe
pamp.exe
TreeTimeJeff.exe
yn00.exe
```

cygwinで確認　　　　　#下の様に表示される。
Confirm by ls if the files have moved.

$ ls /usr/local/bin
    TreeTimeJeff.exe  basemlg.exe  codeml.exe   mcmctree.exe  r8s.exe
    baseml.exe        chi2.exe     evolver.exe  pamp.exe      yn00.exe

paml4フォルダをc:\cygwin/home/user1/ディレクトリにコピー。doc, bin, src, Technicalというディレクトリは不要なので削除。
Move paml4 folder to c:\cygwin/home/user1/ . You can delete doc, bin, src, Technical directories. Just type follwing commands to run a test analysis.
```
$ ls /home/user1
   paml4
```

cygwinで下記の様に入力して、codemlの動作確認]

$ cd /home/user1/paml4
$ codeml　　　#解析結果が画面に表示される

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Multidivtimeのダウンロードとbinディレクトリへのインストール †

右のサイトからmultidivtimeをダウンロード：　http://statgen.ncsu.edu/thorne/multidivtime.html
デスクトップ上にmultidistributeというフォルダができる。フォルダを開いて種類で並び替え、以下４つのファイルを c:\cygwin/usr/local/binに移動。
```
estbranches_aa.exe
estbranches_dna.exe
multidivtime.exe
paml2modelinf.exe
```

cygwinで確認　　　　　#下の様に表示される。

 $ ls /usr/local/bin
    TreeTimeJeff.exe  chi2.exe            estbranches_dna.exe  multidivtime.exe   r8s.exe
    baseml.exe        codeml.exe          evolver.exe          paml2modelinf.exe  yn00.exe
    basemlg.exe       estbranches_aa.exe  mcmctree.exe         pamp.exe

サンプルファイルの入ったフォルダ, multidistribute を/home/user1にコピーしておく。| Pamlの場合と同様に、サンプルファイルの入ったフォルダの中から、multidivtimeの実行ファイルを実行できる。

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その他、Cygwin環境で使うと便利なソフトウェア : other useful softerwares under cygwin environment †

MrBayes http://mrbayes.scs.fsu.edu/
MrModeltest http://www.abc.se/~nylander/

いずれも、上で説明した他のソフトウェアと同様に、ダウンロードしたら、c:\cygwin/usr/local/bin/　に入れておく。Unix系の操作が必要な解析のデータファイルはいつも自分のホームディレクトリ(/home/user1)に入れておくと決めておくとよい。。解析ごとにサブディレクトリをつくれば、データの整理が簡単になる。
After downloading from above sites, move executable files to c:\cygwin/usr/local/bin/. To put data files in order, making data directories under your home directory (/home/user1 (or your own user name)) is recommendes.

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Major evolutionary transitions in ant agriculture †

Ted R. Schultz and Sean G. Brady. 2008
PNAS. 105(14): 5435-5440.

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Data †

2,459 aligned nucleotide sites from the coding regions of four nuclear genes:
- elongation factor 1-F1 (EF1-F1) (1,075 bp)
- elongation factor 1-F2 (EF1-F2) (517 bp)
- wingless (409 bp)
- long-wavelength rhodopsin (opsin) (458 bp)
All data in this study represent protein-coding (exon) sequences
intervening introns in opsin and EF1F1 were not used because they could not be aligned confidently.
Sample: 65 attine taxa and 26 nonattine outgroups.
Primers used for PCR amplification and sequencing are found in supporting information (SI) Table S1.
Of the total 2,459 included nucleotide positions from all genes, 952 were variable and 847 parsimony informative. Sequences are deposited in GenBank; taxa and accession numbers are listed in Table S2.

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Phylogenetic Analyses †

(i) Maximum parsimony (MP) analyses
- PAUP* v4.0b10
  - heuristic searches with tree bisection.reconnection (TBR) and 1,000 random-taxon-addition replicates.
    Analyses identified 12 most-parsimonious trees (MPTs) of length 4,383, CI 0.270, RI 0.704. Successive-approximations-weighting analyses identified a single tree, one of the MPTs.
  - Nonparametric bootstrap analyses used TBR branch-swapping and consisted of 1,000 pseudoreplicates, with 10 random-taxon-addition replicates per pseudoreplicate.

(ii) Maximum likelihood (ML)
- ModelTest v3.06
  The data and the MPT identified by weighting were evaluated under the Akaike information criterion (AIC) as calculated in,
  - identifying the GTR model of evolution.
- GARLI v0.951 using the GTR model (with six rate categories), with a heuristiclosuccessiveapproximationsg likelihood of 24,868.84927.
  - Nonparametric bootstrap analyses consisted of 500 pseudoreplicates in GARLI under the same conditions as the ML search.
  - A subsequent search in PAUP* using the most likely tree identified by the GARLI searches as the starting tree and employing TBR branch-swapping and the GTRI model (with six rate categories) resulted in exactly the same topology and likelihood score.

(iii) Bayesian nucleotide-model Markov Chain Monte Carlo (MCMC):
MrBayes v3.1.2 (59).
- Burn-in and run convergence were assessed by comparing the mean and variance of log likelihoods, both by eye and by using the program
  - Tracer v1.3
  - MrBayes e e.stat f f output file
  - MrBayes bthe split frequencies diagnostic.
- Eight character partitions for nucleotide-model analyses:
  - four partitions consisting of the combined first and second codon positions for each of the four genes
  - four partitions consisting of the third codon position for each of the four genes.
  - based on ModelTest results
    the wingless third-position - GTR model
    opsin and EF1F2 third positions - separately assigned the HKYI model
    all other character partitions - separately assigned the GTRI model
(iv) Bayesian codon-model MCMC

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Phylogenetic Mapping of Agricultural Systems. †

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