رایان زیست آریا

**آنالیز فیلوژنتیک (Phylogenetics)** شاخه‌ای از بیوانفورماتیک و زیست‌شناسی تکاملی است که به **بررسی روابط تکاملی** بین موجودات زنده، ژن‌ها یا پروتئین‌ها می‌پردازد. هدف اصلی، ساخت **درخت فیلوژنتیک** (شجره‌نامه تکاملی) است که نشان می‌دهد اجزای مورد مطالعه چگونه از یک نیای مشترک تکامل یافته‌اند.  

---

🔴 مراحل انجام آنالیز فیلوژنتیک**  
1. **انتخاب توالی‌ها**  
  - جمع‌آوری توالی‌های **همولوگ** (مثلاً ژن 16S rRNA برای باکتری‌ها یا ژن Cytochrome c در جانوران).  
  - استفاده از پایگاه‌هایی مثل **GenBank**, **UniProt**, یا **Ensembl**.  

2. **همترازی توالی‌ها (Alignment)**  
  - ابزارها: **Clustal Omega**, **MAFFT**, **MUSCLE**.  
  - هدف: ایجاد یک ماتریس همترازی برای شناسایی **نواحی حفاظت‌شده** و **نواحی متغیر**.  

3. **انتخاب مدل تکاملی**  
  - تعیین مدلی که بهترین توصیف‌کنندهٔ تکامل توالی‌ها باشد (مثلاً `Jukes-Cantor`، `Kimura 2-parameter`، یا `GTR`).  
  - ابزار: **ModelTest-NG** یا **jModelTest**.  

4. **ساخت درخت فیلوژنتیک**  
  - روش‌های رایج:  
    - **فاصله‌ای (Distance-based)**: مثل **Neighbor-Joining (NJ)** (سریع و ساده).  
    - **حداکثر صرفه‌جویی (Maximum Parsimony)**: کمینه‌سازی تعداد جهش‌ها.  
    - **حداکثر درست‌نمایی (Maximum Likelihood - ML)**: محاسبه احتمال تکامل توالی‌ها تحت یک مدل.  
    - **استنتاج بیزی (Bayesian Inference)**: استفاده از توزیع‌های احتمالی (ابزار: **MrBayes**).  

5. **اعتبارسنجی درخت**  
  - **مقدار Bootstrap**: درصد تکرارهایی که گره‌های درخت در آن ظاهر می‌شوند (مثلاً ≥70% قابل اعتماد است).  
  - **Probability Posterior** در روش بیزی (مثلاً ≥0.95).  

6. **تجسم و تفسیر درخت**  
  - ابزارهای ترسیم: **FigTree**, **iTOL**, **MEGA**.  
  - شناسایی **خوشه‌های تکاملی (Clades)**، **نیای مشترک** و **نرخ واگرایی**.  

---

🔴 کاربردهای کلیدی در زیست‌شناسی**  
- **ردیابی منشأ بیماری‌ها**: مثلاً تحلیل تکامل ویروس SARS-CoV-2 در پاندمی کووید-۱۹.  
- **شناسایی گونه‌های جدید**: مقایسه توالی‌های DNA برای تعیین موقعیت گونه‌های ناشناخته.  
- **تحلیل روابط میزبان-پاتوژن**: مثلاً بررسی هم‌تکاملی (co-evolution) بین میزبان و انگل.  
- **مهندسی پروتئین**: شناسایی پروتئین‌های همولوگ با عملکرد بهبودیافته برای بیوتکنولوژی.  

---

🔴 مثال عملی**  
فرض کنید توالی یک **ژن ناشناخته** از یک باکتری را دارید و می‌خواهید بدانید:  
- آیا این ژن به یک خانوادهٔ آنزیمی شناخته شده تعلق دارد؟  
- نزدیک‌ترین خویشاوند تکاملی آن چیست؟  

✅ نتیجه: اگر ژن شما در یک clade با **آنزیم‌های تجزیه‌کنندهٔ نفت** قرار گیرد، احتمالاً در پاک‌سازی آلودگی‌های نفتی نقش دارد!  

---

🔴 چالش‌های رایج**  
- **توالی‌های ناهمگن**: اگر توالی‌ها طول متفاوت یا ناهمگونی داشته باشند، همترازی اشتباه می‌شود.  
- **انتخاب مدل نادرست**: منجر به درخت نادرست می‌گردد.  
- **Long Branch Attraction**: خطای رایج در روش‌های پارسیمونی که باعث نزدیک‌نمایی غیرواقعی توالی‌های با جهش‌های سریع می‌شود.  

---

🔴 منابع یادگیری**  
- **کتاب**:  
 - *"Phylogenetic Trees Made Easy"* (Barry G. Hall).  
- **دوره‌های آنلاین**:  
 - [Coursera: Bioinformatics Specialization (UCSD)](https://www.coursera.org/specializations/bioinformatics)  
 - [EMBL-EBI: Phylogenetics](https://www.ebi.ac.uk/training/online/courses/).  
- **نرم‌افزارهای آموزشی**:  
 - **MEGA** (رایگان و کاربرپسند).  

🔴 مقایسه MEGA با ابزارهای NCBI در فیلوژنتیک