BEAST教程：利用化石校准估算古生物分化时间的贝叶斯分析

BEAST（Bayesian Evolutionary Analysis by Sampling Trees）是一种强大的软件工具，专用于进行贝叶斯进化分析，特别是当用户拥有来自化石证据或其他先验知识的校准信息时，可以估计生物种群的系统发育树（phylogeny）以及分化时间。本教程详细介绍了如何使用BEAST进行这种复杂的分析，旨在帮助初学者快速掌握其核心功能。 首先，BEAST软件套件主要包括以下几个关键组件： 1. BEAST程序：这是主程序，负责执行贝叶斯模拟，通过MCMC（Markov Chain Monte Carlo）算法在给定的数据和模型下探索种群演化可能性的广阔空间。 2. BEAUti：这是一个用户友好的图形界面，用于构建分析模型，包括定义分子数据、指定进化模型、设置分区分区、添加校准节点等，使得复杂参数设定变得直观易懂。 3. TreeAnnotator：该工具用于处理MCMC采样结果，对样本树进行后处理，提取最可能的树结构，以及计算可信区间，帮助解释和可视化结果。 4. Tracer：这是数据分析工具，用于查看和评估连续参数的分布，检查MCMC收敛情况，提供诊断信息，确保模型稳定性和有效性。 在使用BEAST进行实际操作时，你需要遵循以下步骤： 1. **模型构建**：在BEAUti中，选择合适的分子数据类型，如DNA或蛋白质序列，然后定义适合数据的进化模型，如GTR+G或HKY+Gamma。选择适当的核苷酸替换率和树长度尺度，同时添加化石校准点，这些点代表已知的时间点，可以影响树的分支长度。 2. **设置分区分区**：如果数据包含多个区域或部分，可能需要对它们进行分区分区，以便单独调整模型参数，这有助于提高分析的准确性。 3. **设定参数和超参数**：设置适当的先验分布，如Beta分布、Exponential分布等，对于某些参数，如分支长度尺度，可以采用非统一的松散度（Relaxed Phylogenetics）来允许一定程度的不确定性。 4. **运行MCMC**：启动BEAST，设定采样间隔和迭代次数，让程序进行漫长的模拟，收集足够多的样本以估计参数的分布。 5. **分析和解读结果**：用Tracer分析采样结果，观察各个参数的收敛性和混杂程度，确保MCMC过程稳定。检查并解读TreeAnnotator输出的最优树和校准点的分歧时间，以及它们的置信区间。 6. **树的可视化和展示**：使用FigTree来展示最终的系统发育树，以便于论文撰写和报告中的图形展示。 BEAST是一种强大的工具，但需要一定的学习和实践才能充分利用其潜力。通过理解这些基本步骤和原理，初学者将能够自信地进行复杂的进化树和分化时间的估计，为研究提供更多有价值的见解。