嗨，我是小师妹，很高兴能够和大家一起来学习生物信息学。前几天小师妹给大家带来了多序列比对工具mafft的分享。今天，小师妹就继续带来系统发育分析一站式的分享！今天给大家介绍的是一个非常强大的工具——IQ-TREE2。本次介绍的软件操作占用内存比较大，建议使用服务器，欢迎联系小师妹租赁性价比居高的服务器~
做遗传进化的朋友肯定对进化树不会陌生，现在文献市场上做系统发育的这么多，要问进化树构建哪家强，公众号关注R语言学徒找答案。IQ-TREE2专为系统发育推断而设计，提供了快速准确的树重建功能。这款软件以其高效的算法和用户友好的界面，使得即使是处理大规模数据集也变得轻松快捷。进化树可难不倒生信高手小师妹，要是同学们有自己做不了的生信分析，欢迎随时联系我！！！。
自2013年推出以来，iqtree以其快速精准的建树和全面的功能在竞争激烈的系统发育树（phylogenetics）领域快速蹿红，并广受好评，目前砍下谷歌学术8748次引用。
图1 工具引用情况
IQ-TREE2的核心特点包括：
1.高效的树重建：采用快速有效的随机算法，通过最大似然推断系统发育树，计算时间上优于RAxML和PhyML。
2.ModelFinder：这是一个快速准确的模型选择工具，支持自由速率变化模型，并且比jModelTest和ProtTest快10到100倍。它还能找到最合适的分区方案。
3.UFBoot：提供近似无偏的分支支持值，运行速度比非参数引导程序快100倍，比RAxML快速引导程序快10到40倍。
4.AliSim：AliSim（比对模拟器）允许在比 Seq-Gen 和 INDELible 更真实的模型下快速模拟多序列比对。
图2 IQTREE工具的亮点
一、下载和安装
$ wget -c https://github.com/iqtree/iqtree2/releases/download/v2.1.3/iqtree-2.1.3-Linux.tar.gz
$ tar -zxvf iqtree-2.1.3-Linux.tar.gz
$ echo ‘export PATH=”~/iqtree-2.1.3-Linux/bin:$PATH”‘>>~/.bashrc
$ source .bashrc
解压后iqtree执行文件就在bin/目录下，进入iqtree-2.1.3-Linux目录后还有一个示例文件example.phy。
二、常用命令
1.选择最佳模型
IQTREE2内置了上百种模型，作为小白的我们应该如何选择呢，不用担心，我们可以利用ModelFinder功能进行最佳模型选择，参数-m设置MF自动选择最佳模型但不建树；参数-m设置MFP自动检测最佳模型并建树。
$ iqtree2 -s example.phy -m MF
图3 ModelFinder结果文件
Iqtree会测试多达546个蛋白模型并给出最佳模型，打开后缀名为model.gz，结果如图4所示：
$ zcat example.phy.model.gz | less
图4 ModelFinder结果示意图
我们找到红色方框标注部分，就是ModelFinder的最终结果。依据AIC准则，最佳的替换模型应该为GTR+F+I+G4；依据BIC准则，最佳的替换模型为TIM2+F+I+G4。我们可以依据个人的研究需求以及下一步的工作选择合适的准则，如果需要进行贝叶斯推断（构建MCMC系统发育树），那我们应该采用贝叶斯（BIC）准则。
此外还有：
example.phy.iqtree：主要报告文件，我们可以查看此文件以查看计算结果。它还包含最终树的文本表示（见下文）。
example.phy.treefile：NEWICK格式的ML树，可以通过任何支持的树查看器程序（如FigTree或iTOL）进行可视化。
example.phy.log：整个运行的日志文件。
$ less example.phy.iqtree
图5 example.phy.iqtree主要报告文件
2.构建系统发育树
得到了最佳模型之后，就可以进行系统发育树的构建了，这里选择的是赤池信息（AIC）准则选择的最佳模型。
$ iqtree2 -s example.phy -m GTR+F+I+G4
3.其他命令
直接选择最佳的模型进行树的构建，不进行bootstrap：
$ iqtree.exe -s example.phy -m MFP
进行最佳模型构建树，并且进行bootstrap：
$ iqtree.exe -s example.phy -m MFP -b 1000 -nt AUTO
进行GTR+F+I+G4模型构建系统发育树：
$ iqtree.exe -s example.phy -m GTR+F+I+G4 -b 1000 -nt AUTO
重抽样加速，结果无差异，但是耗时相对少一些：
$ iqtree.exe -s example.phy -m GTR+F+R3 -b 1000 -bnni -nt AUTO -redo
使用4个 CPU 核来加速计算:
$ iqtree -s example.phy -T 4
基于IQTree的UFBoot2进行打分，这个打分并不是普通的Bootstrap自展值，而是一种近似值，速度会快很多，但要在95%以上的UFBoot才可信。如果想要改成普通的Bootstrap值，则改成-b 100，我们平时查看进化树可以不设置自展值，但是如果要发表文献，要记得设置1000以上的自展值，编辑才会认同哦~
$ iqtree -s example.phy -m MFP -B 1000
–symtest：目前一般的建树方法，都是基于所谓的SRH原则，即stationary, reversible, and homogeneous，对于SRH原则的违背在文献中十分普遍，建出来的树是否真的可靠就要打上问号了。你的dataset是否存在对该原则的违背呢？不妨用–symtest检测一下。
$ iqtree -s example.phy -symtest
2.0.3版本中增加了LSD2法对进化时间的推算。不过目前有两个不足之处，一是给出的结果属于点估计，二是当不同序列或物种间进化速率差异较大时，可能不太灵光。
三、小结
既然说到建树基于多序列比对，就不得不介绍一下整体流程：
①挑选合适的基因生成fasta文件（DNA/AA）
②多序列比对 (Mafft/ ClustalW)
③去掉比对中的gap (TrimAl)
④转换格式，生成的FASTA, NEXUS, CLUSTALW格式的文件均
⑤建树 (IQ-TREE)
⑥进化树美化（figtree、itol、mega）
今天小师妹给大家介绍的是第五步，其中树文件为后缀是treefile，导入mega或itol即可进行可视化，结果如下。
图6 Mega软件可视化进化树
把treefile（nwk文件）导入到树查看程序就可以进行进化树的美化啦，我们可以用iTol、figtree等等，以上代码就是对IQTree2的介绍与基本使用方法，学会这些方法后，你可以学习如何使用IQTree2进行系统发育树的绘制，包括选择最佳的替换模型、设置Bootstrap值等等。当然，大家也可以根据自己的需求和研究目标修改和扩展这些代码哦！！怎么样，你学会了嘛！？
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