生物數(shù)據(jù)分析插件GenAlex

GenAlex是一款基于EXCEL的生物數(shù)據(jù)分析加載宏，這款插件可以讓你直接在excel上進(jìn)行生物數(shù)據(jù)分析。插件包括幾個Tutorial，有數(shù)據(jù)和實(shí)例，可對共線性數(shù)據(jù)、單倍體數(shù)據(jù)和二元數(shù)據(jù)分析，包含20多種不同的圖表總結(jié)數(shù)據(jù)，可方便的在相關(guān)軟件中轉(zhuǎn)化格式。

功能介紹：

1、GenAlEx軟件在教學(xué)方面的功能

GenAlEx軟件的界面友好直觀，它可以使學(xué)生在一種非常熟悉的軟件環(huán)境中(MSExcel)分析真實(shí)的遺傳數(shù)據(jù)。教學(xué)可采用包括講座和個別指導(dǎo)相結(jié)合的方式，在這之中更多的是強(qiáng)調(diào)理論知識，同時也有大量的手動計(jì)算。一旦學(xué)生們掌握了理論和手

動計(jì)算，就可以向他們介紹在GenAlEx中分析現(xiàn)實(shí)的居群遺傳數(shù)據(jù)。雖然GenAlEx軟件是一種有力的教學(xué)輔助手段，但是它不能代替教師的作用。

盡管自從第一代GenAlEx被開發(fā)以來，出現(xiàn)了大批界面友好的用于居群遺傳分析的軟件包，但是GenAlEx軟件在教學(xué)方面仍舊表現(xiàn)出它獨(dú)特的優(yōu)勢——它在廣泛應(yīng)用的兩個系統(tǒng)環(huán)境中都可以提供大量的居群遺傳分析選項(xiàng)。只要學(xué)生們理解了GenAlEx特有的參數(shù)和要求的數(shù)據(jù)格式，那么分析選項(xiàng)看起來就像是在Excel中的另一組選項(xiàng)而已。另外，除了為研究人員提供的輸出選項(xiàng)外，所有的GenAlEx分析產(chǎn)生的輸出結(jié)果都是Excel工作簿格式，因此學(xué)生們可以很容易地對結(jié)果進(jìn)行修改校對和添加注釋。他們也可以復(fù)制、粘貼或者輸出圖像和表格到他們的研究報(bào)告或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中。

在所提供的諸多輸出圖像中，有一些已經(jīng)被專門設(shè)計(jì)為教學(xué)環(huán)境服務(wù)。例如，基于遺傳距離的AMOVA分析和Mantel檢驗(yàn)過程就涉及到前突變的重新取樣。在這些分析之中，除了繪制出專門分析的結(jié)果圖，GenAlEx還能輸出直方圖，比較獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)值。這對于理解統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的過程和解釋具有重要意義。

GenAlEx軟件同時還提供了一些一開始就為教學(xué)目的而設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)選項(xiàng)。這些包括F統(tǒng)計(jì)、哈迪-溫伯格平衡(HWE)的χ2檢驗(yàn)以及基于頻率的分布檢驗(yàn)。除此之外，GenAlEx軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時，在必要的地方運(yùn)用了一些在居群遺傳學(xué)教科書上被廣泛應(yīng)用的公式和算法。另外，在一些分析中，GenAlEx軟件提供局部計(jì)算。這些計(jì)算通常都在幕后進(jìn)行，從而學(xué)生們可以跟蹤整個計(jì)算過程。例如，在HWE選項(xiàng)之下有一個step-by-step選項(xiàng)，選中它之后，隨著實(shí)際的和預(yù)期的基因型總結(jié)圖一起會把檢驗(yàn)HWE預(yù)期的所有步驟一一列出。

因?yàn)镚enAlEx6涉及從教學(xué)平臺到合作教學(xué)/研究平臺，所以選擇菜單的排列也相應(yīng)增加了。因此設(shè)計(jì)者增加了為教師定制的GenAlEx菜單項(xiàng)和對話框，從而保證教師在教學(xué)環(huán)境下可以隱藏一些高級功能來避免對他教學(xué)造成干擾。

2、GenAlEx軟件在科研方面的功能

雖然GenAlEx6并未取代其他一些居群遺傳學(xué)分析軟件包，但是它確實(shí)提供了我們認(rèn)為會被科研工作者歡迎的一些選項(xiàng)。這些選擇包括一系列專門設(shè)計(jì)用來幫助用戶從自動生成的序列和基因型軟件中輸入、編輯并校對原始數(shù)據(jù)的新工具。有了這些程序用戶可以從自動生成序列的軟件中(如GENEMAPPER)快速輸入基因型數(shù)據(jù)。輸入DNA序列信息和查找單倍型的功能在GenAlEx中也可獲得。在輸入數(shù)據(jù)以后，選項(xiàng)就會提供在運(yùn)行過程中合并數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)是否完全匹配。因此，選項(xiàng)允許位點(diǎn)以任意順序出現(xiàn)。另外，此軟件可以立即獲取存在缺失位點(diǎn)數(shù)據(jù)的樣本列表，最終還能按照單個居群的數(shù)據(jù)形式給出數(shù)據(jù)集。只要完成了最終數(shù)據(jù)組的編輯收集，就可以運(yùn)行GenAlEx軟件中的所有的統(tǒng)計(jì)分析功能了。為了擴(kuò)大可被用于其他居群遺傳分析軟件的數(shù)據(jù)格式，GenAlEx軟件包還提供了輸出選項(xiàng)菜單。通過編輯該選項(xiàng)，可以將GENA2LEX格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其他多種適于居群遺傳學(xué)分析軟件的數(shù)據(jù)格式，如ARLEQUIN、KINGROUP、GENEPOP、GENECLASSMSA、MSVAR、SPAGEDI以及STRUCTURE。用戶還可以通過NEXUS、PHYLIP和MEGA的輸出選項(xiàng)菜單將數(shù)據(jù)輸出為一系列系統(tǒng)發(fā)育分析的格式。這些新的工具可以使研究人員方便地在GenAlEx與其他分析軟件中輸入、校對、分析并輸出居群的遺傳數(shù)據(jù)組。

在GenAlEx6中還為高級用戶提供了一些新的統(tǒng)計(jì)分析算法。除了已經(jīng)存在的一系列多元空間分析選項(xiàng)外，其中還包括二維局部空間(2DLSA)自相關(guān)分析程序。此外，還有用于估測比較個體之間以及居群之間兩兩相互關(guān)系的選項(xiàng)。多位點(diǎn)共顯性數(shù)據(jù)組的分析工具也被添加到GenAlEx6中。在一個數(shù)據(jù)組中定位配對的多位點(diǎn)基因型，計(jì)算基因型概率、同一性概率以及排除概率等功能都可以在該軟件包內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這些多位點(diǎn)分析工具在被應(yīng)用到遺傳標(biāo)簽的標(biāo)志重捕研究中時，被認(rèn)為有廣闊的應(yīng)用空間。TWOGENER選項(xiàng)專門用于在植物學(xué)研究中分析花粉流，還可對植物克隆進(jìn)行檢測并構(gòu)圖。

實(shí)際上，所有的GenAlEx選項(xiàng)都可以處理缺失數(shù)據(jù)。這些缺失數(shù)據(jù)在基于距離的比對分析，如AMOVA、Mantel和空間自相關(guān)分析中是不可忽略的問題。因此，GenAlEx軟件包提供了一個獨(dú)立的選項(xiàng)用于入和缺失的逐個個體比對距離。

盡管在GenAlEx軟件包中有一小部分的統(tǒng)計(jì)分析選項(xiàng)最初是出于教學(xué)目編寫的，但是它們對研究人員也有一定的參考價值。例如，利用HWE選項(xiàng)做出的圖形可以幫助研究者快速估計(jì)所有符合HWE的類型。Paetkau等認(rèn)為居群兩兩分配可能值的雙標(biāo)圖為居群分配的統(tǒng)計(jì)學(xué)提供了可靠的圖表信息。這些圖表都是由GenAlEx軟件自動生成，在將數(shù)據(jù)輸出到專門的居群分配軟件中之前，其中的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)允許人工輸入。

使用方法：

1.軟件下載和安裝。在官網(wǎng)上下載最新版本，最新版Genalex6.5適用更大數(shù)據(jù)量的表格數(shù)據(jù)。（http://biology-assets.anu.edu.au/GenAlEx/Download.html）解壓后無需安裝，先打開Excel表格，文件菜單下選擇打開，找到Genalex6.2的xla文件，點(diǎn)擊打開。

會彈出對話框

選擇啟用宏，彈出歡迎界面。

加載成功以后顯示如下圖。

2.數(shù)據(jù)格式整理。

數(shù)據(jù)格式如下圖所示，需要說明的是Genalex6.2可識別多種數(shù)據(jù)格式，如每個標(biāo)記只有1列的單倍體形式的數(shù)據(jù)，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)和多種等位基因基因的數(shù)據(jù)，以及每個標(biāo)記有2列的二倍體形式的數(shù)據(jù)。建議盡可能整理成二倍體格式的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫M(jìn)行居群分析的時候，有些計(jì)算單倍體格式的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行。缺失數(shù)據(jù)用“-1”表示，基因型可以用“0”“1”二進(jìn)制的格式，也可以用“1”“2”“3”“4”這樣的數(shù)據(jù)表示，但是有1234的時候不可以有0，否則軟件會報(bào)錯。亞群的材料數(shù)不能為1，否則軟件會報(bào)錯。如果格式嚴(yán)格按照下圖進(jìn)行設(shè)置，軟件仍然報(bào)錯，請檢查標(biāo)記基因型區(qū)內(nèi)是否有空單元格、空格的單元格，缺失數(shù)據(jù)表示是否正確，標(biāo)記數(shù)目和標(biāo)記名稱數(shù)目，材料數(shù)目和材料編號數(shù)目，亞群數(shù)目和亞群編號數(shù)目，亞群材料數(shù)相加是否與材料數(shù)目總和一致。

3.Frequency計(jì)算。在GenAlEx下拉菜單選擇Frequency，彈出如下界面。

格式正確的話，會自動識別位點(diǎn)數(shù)目、材料數(shù)目、亞群數(shù)目以及各亞群材料數(shù)目。Data Format根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。選擇之后點(diǎn)擊OK，進(jìn)入下個界面。

根據(jù)分析目的選擇需要分析的選項(xiàng)。這一步主要分析每個位點(diǎn)在各亞群的等位基因頻率，每個亞群的特有的等位基因（Private Alleles）和亞群間Nei遺傳距離分析等。點(diǎn)擊OK，運(yùn)行出結(jié)果，如下圖所示依次為allele frequency by population (AFP), summary of private alleles by population (PAS) 和 Loci with private Alleles (PAL)。亞群間的Nei遺傳距離必須利用二倍體格式數(shù)據(jù)計(jì)算。

AFP

PAS

PAL

4.哈溫平衡分析。數(shù)據(jù)必須使用共顯性的二倍體格式數(shù)據(jù)。

點(diǎn)擊OK之后會運(yùn)行出結(jié)果。如下圖所示，有兩個結(jié)果文件分別命名為HW和HWS，HW為哈溫平衡檢測的詳細(xì)結(jié)果，HWS是哈溫平衡檢測的概況。

HW

HWS

5.分子遺傳變異方差分析(AMOVA)。進(jìn)行AMOVA分析需要二倍體格式數(shù)據(jù)輸入，可以從原始數(shù)據(jù)raw data開始計(jì)算，也可以先計(jì)算遺傳距離（Genetic Distance, GD）分析。如圖所示，在GenAlex菜單選擇Distance—>Genetic。

計(jì)算完Genetic Distance之后，會生成遺傳距離矩陣，保存在GD工作簿里。從GD工作簿或者原始數(shù)據(jù)開始進(jìn)行AMOVA分析。

根據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇好之后，點(diǎn)擊OK，彈出界面如下圖所示。PhiPT就是群體分化系數(shù)，有的文章中使用Fst來表示，即群體間分化系數(shù)。

點(diǎn)擊OK之后，會出現(xiàn)兩個工作簿，一個命名為PhiPT，保存了AMOVA分析的結(jié)果表格，群體分化系數(shù)PhiPT及其顯著性P值和基因流Nm，一個命名為PhiPTP，保存亞群兩兩間的群體分化系數(shù)。