有根树和无根树的区别

有根树和无根树的区别就在于一个有根，一个则没有根。有根树叶就是具有方向的树木，将有根的树根系去除的话，它就会变为无根树。树木生长主要就是依靠根系，根系在吸收养分以及水分后，会将其输送到枝叶上，从而会生长的越好越旺盛。若是根系长势不良的话，树木也会很瘦弱。

无根树和有根树有什么根本区别？

系统树可以是有根的，也可以是无根的。在有根树中，存在一个被称为根的特殊节点，由此导向任何别的节点都只有唯一有根系统树和无根系统树。箭头指示从根到OTUD的唯一途径。每一途径中的方向与进化时间相对应，而根则是所有正被研究的OTU的共同祖先。无根树是一种只将OUT间的关系具体化而未定义进化途径的树。 对三个物种来说，存在着三种可能的有根树，但只有一个无根树。从三种OYU可能会构建出三种不同的有根树，但却只有一种无根树。对n个OTU而言，两分叉有根树的数目(N R )由N R =(2n-3)!/{[2^(2-n)](n-2)!}(n≥2)，对n≥3，两分叉无根树的数目为(N U )=(2n-5)!/{[2^(n-2)](n-2)!}。n个OTU的可能无根树数等于(n-1)个OTU的可能有根树数。OTU从2到10的可能有根树和无根树的数目如下表： 随着n的增加N U 和N R 和都极快地增大，而到10OTU时已经有200多万两分叉无根树和将近3500万有根树了。由于这些树种只有一种能正确表示这些OTU间真是的进化关系，所有，当n较大时，推论出真实的系统树比较困难。

一文读懂进化树（图文详解）

系统发育进化树 (phylogenetic tree)：** 一般也叫系统进化树，进化树。它可以利用树状分支图形来表示各物种或基因间的亲缘关系。

建进化树的过程，用术语讲：

分支系统发育分析 (Molecular phylogenetic analysis)：** 是用来研究物种或序列进化和系统分类的一种方法。一般研究对象是碱基序列或氨基酸序列，通过数理统计算法来计算生物间进化关系。最后，根据计算结果，可视化为系统进化树。

我们模拟一个项目，使用人和鼠的各两个基因做进化树，结果如下：

可以看到上面有一堆标注，下面来看看它们代表什么意义：

所有分支的共同祖先叫做根

根据有无根可分为：

有根树：上面的图就是有根树，可以从树中找到共同的祖先。

无根树：顾名思义，没有根，也就找不到共同的祖先。比如后边会提到的 Straight Tree

每个结点代表一个分类单元，物种上可以是属，种群等，基因上可以是基因家族，同源物等。

但是，也有另外一种解释：

这种解释将 node 分为 外部节点与内部节点：

外部节点又叫叶节点，也就是最外层的人基因1，人基因2等，代表参与分析的序列样本

内部节点，也就是我们使用蓝色标注的位置，代表假定祖先。

也叫分支，指两种及以上的生物或序列组成的进化关系。

可以利用这个来看同源。比如，上图中人基因1与人基因2可能是旁系同源基因，而人基因1与鼠基因1可能是直系同源基因。

与分析序列相关的生物序列，但是具有较远的亲缘关系。

也叫遗传变异度，进化距离。一般会标注在分支线上，代表进化支变化的程度，越短代表差异越小，进化距离越近。比如人基因1与人基因2的遗传变异度为 0.21+0.22=0.43。遗传变异度实际代表基因组序列中每个位点碱基的替换频率，计算方法也很简单：变异度=变异碱基数/总碱基数(%)。我们常见的形式，通常以0-1的小数来表示，代表100个碱基位点的变异度大小。

我们可以从水平方向上的分支及长度，看到进化谱系随着时间的变化，进化分支长度越长代表着该分支对应的物种或基因的变化越大。比如，对应上图，我们可以描述为人基因1相对其他基因在进化时间上更早，而且在进化时间上鼠基因2最晚。

有意思的是，根据基因序列相似度与进化时间假说对这种进化距离进行转换，就可以得到分子钟。比如，用它分析病毒进化树，甚至可以推断出初代病毒产生的时间点。

生物或序列间差异数值的单位长度，相当于进化树的比例尺。

一般会标注在结点，用来评估该分支的可信度。

Bootstrap value 对于我们后续分析比较重要，尤其在进化树评估中。

对于进化树评估一般会使用 Bootstrap 进行检验。

Bootstrap检验，自举法检验，也叫自展，自助法。其实就是放回式抽样统计法的一种，通过对数据集多次重复取样，构建多个进化树，用来检查给定树的分枝可信度。

那么重复取样的次数会在建树时设置，现在一般文章要求Bootstrap 取样值 >1000。

虽然根据严格的统计学概念，自展值需要要大于95%才较为可信。

然而在实际应用中，我们一般认为结点的 Bootstrap value >70，这个分支就是可靠的。特别是微生物等相似度比较大的分类中，一般大于50%就认为可信（小于50%不会显示）。

如果低 Bootstrap value 更靠近分支末端，代表相似度太高而很难区分

如果低 Bootstrap value 更靠近根，代表相似度太低

优点很明显，就是可以清晰的展示出样本间进化距离和进化分支。缺点就是展示出来效果不炫。

有时候也可以这样显示，相对来说，更酷一点：

Straight Tree

再酷一点：

Curved Tree

本质上是将树图极坐标化。这种图，可以说是进化树最炫的一种展示，而且在分析样本数量大的时候，效果更佳。但是，致命缺点是可读性不好，比如很难横向对比进化距离。因此，适用于展示差异较大的物种或基因样本。

这种图用于根不确定的进化树构建。它可以将相似度高的样本序列聚集在一起。因此，更适合做亲缘关系近的物种或差异小的基因样本。