Mito-nuclear selection induces a trade-off between species ecological dominance and evolutionary lifespan
线粒体和核基因组必须相互适应，以确保适当的细胞呼吸和能量生产。线粒体核不相容性降低个体适应性，诱导杂种不育，这表明可能在生殖障碍和物种形成中发挥作用。在这里，我们开发了一个出生死亡模型的选择下，在空间扩展的人口的线粒体核共适应的进化。交配受到身体和遗传接近的限制，后代通过重组从父母双方继承核基因组。该模型预测了宏观格局，包括社区的长期物种多样性〈动〉<动>，物种多度分布，物种形成和灭绝率，以及种内和种间的遗传变异。我们探讨这些长期的结果如何取决于繁殖的微观参数：由线粒体核相容性，交配相容性的限制，和生态承载力的个人健身。我们发现，强选择的线粒体核兼容性减少了辐射后的物种平衡数，增加了物种的丰度，同时增加了物种形成和灭绝率。在我们的模型中，物种多样性〈动〉性<动>和多样化率之间的负相关关系与温带地区较低的物种多样性〈动〉性<动>和较高的物种形成/灭绝率的广泛经验模式相一致。因此，我们认为，这些经验模式可能部分是由代谢需求的纬度变化，以及相应的变化，选择对线粒体核功能。
2022-06-08 q-bio.PE
A speciation simulation that partly passes open-endedness tests
University of Lille（里尔大学）；Sony Computer Science Laboratories / National Institute for Basic Biology（索尼计算机科学实验室/基础生物学研究所）
本文研究了ToLSim在开放性进化测试中的表现，发现其在基因层面表现出无界进化活动，但整体上未能通过开放性测试。
2026-03-02 cs.MA q-bio.PE
The Shape of Phylogenies Under Phase-Type Distributed Times to Speciation and Extinction
系统发育树被广泛用于了解生物的进化历史。树形结构提供了宏观进化过程的信息。然而，宏观进化模型是不可靠的推断经验树的真实过程。在这里，我们提出了一个灵活的和生物学上合理的宏观进化模型的系统发育树的时间物种形成或灭绝事件是从Coxian相型（PH）分布。首先，我们表明，在我们的模型中的参数的不同选择导致一系列的树木平衡测量Aldous的$β$统计。特别是，我们证明，这是可能的，找到对应的参数，以及经验树平衡。接下来，我们提供了一个自然的扩展的$β$统计树集。与使用来自单个树的中值$β$相比，该扩展产生的$β$的偏倚估计值更小。此外，我们推导出一个概率的似然表达式观察任何树的分支长度下的物种形成，但没有灭绝的模型。最后，我们说明了我们的模型的应用程序，通过执行绝对和相对的拟合优度检验两个大的经验adminogenies（有鳞动物和被子植物），比较模型与Coxian PH分布时间的物种形成模型，假设指数或Weibull分布的等待时间。在我们的数值分析中，我们发现，在大多数情况下，假设Coxian PH分布的模型提供了最佳拟合。
2021-10-08 q-bio.PE
Who Replaces Whom? Local versus Non-local Replacement in Social and Evolutionary Dynamics
在本文中，我们检查著名的群体遗传学和社会动力学模型。在这些模型中，相互作用的个体在参与自组织过程的同时，产生了复杂的行为和模式。虽然群体遗传学的一个主要焦点是群体的适应性行为，但社会动力学更经常关注的是一个连接的个体阵列分裂成全球极化状态，即物种形成的出现。应用计算和数学工具，我们表明，选择，相互作用和替换的机制的方式受到约束，并结合在建模中有一个重要的关系，适应和出现的物种形成。个体替代机制的无约束（无约束）为物种形成或适应提供了必要的条件，因为这些特征表现为两种相反的现象，而不是通过同一个模型实现的。尽管自然选择作为一种外部环境机制，对于物种形成来说既不是必要的，也不是充分的，但我们的建模练习强调了自然选择在进化和自组织建模方法的相互作用中所发挥的重要作用。
2012-07-10 cs.SI nlin.AO physics.soc-ph
Intérêts et limites de l'approche moléculaire pour aborder la biogéographie et la spéciation : l'exemple de quelques Mammifères d'Afrique tropicale
我们试图测试的热带动物群的线粒体DNA序列的选择非洲哺乳动物类群（食虫目，啮齿目和灵长类动物）的进化提出的地理假说。1/我们构建了分类群的分子系统发育学，以确定它们的单系性并校准分子时钟; 2/我们分析并比较了五种森林居住分类群的系统地理模式; 3/我们评估了可能参与物种形成的进化过程猕猴灵长类动物。系统发育的结果证实，基因的历史不一定是相同的生物体的历史。系统地理学分析揭示了不同的模式，为每个模式物种，表明在初始分布的差异或不同的反应相同的事件。它们表明了上新世-更新世在小型哺乳动物种内多样化中的替代作用。因此，遗传分化的时间比最后一次冰期要早得多。在长尾猴类灵长类中，物种形成主要是异地的，并受到中新世和上新世的替代事件的驱动。总之，结果支持避难所假说，不排除河流屏障，也不古地理的。他们强调古生态变化在产生多样性方面的作用，以及主要河流障碍在形成目前多样性分布方面的作用。
2007-03-23 q-bio.PE
Phylodynamics of rapidly adapting pathogens: extinction and speciation of a Red Queen
快速进化的病原体，如流感病毒，可以通过足够快地积累抗原新颖性以逃避宿主群体的适应性免疫而持续存在，但没有持续积累遗传多样性〈动〉性<动>。这种动态状态经常被比作红皇后尽可能快地进化以维持其在宿主群体中的立足点：抗原新颖性的积累被宿主免疫力的建立所平衡。在大规模快速突变群体中，这种持续适应的红皇后状态（RQS）在群体遗传学的行波（TW）理论中得到了很好的理解。在这里，我们将明确的映射到TW理论建立的多株易感-感染-传播（SIR）模型，并证明病原体可以在RQS中持续存在，如果交叉免疫是长期的，其人口规模是大的人口允许快速适应。然后，我们研究了这种状态的稳定性，重点是灭绝率和定义为交叉抑制范围以外的病毒株抗原分歧的“物种形成”率。RQS状态是短暂的，但在一定范围内的进化参数可以存在的时间长的典型时间相比，最近的共同祖先（$T_{MRCA}$）。在这个范围内，稳定的TW是不稳定的，并且相对于典型的共循环病毒，先导株的抗原性进展趋于振荡。这导致了流行率的大幅波动，从而促进了灭绝。我们将证明TW分裂成抗原性非偶联病毒群体的速率与$T_{MRCA}$的波动有关，并构建一个“相图”，以确定不同的病毒增殖动力学机制作为进化参数的函数。
2018-10-29 q-bio.PE
Evolutionary consequences of assortativeness in haploid genotypes
我们研究了大种群中等位基因频率的演变，在大种群中，随机交配以一种特殊的方式被违反，这种方式与最近的物种形成工作有关。具体来说，我们认为非随机遇到的单倍体生物体描述的双等位基因在两个位点，并假设个人的等位基因在两个位点不同是不兼容的。我们表明，在这些条件下的进化导致一个等位基因的消失，大大减少了人口的多样性。消失的等位基因和其他处于平衡状态的等位基因频率只取决于它们的初始值，达到平衡的时间也是如此。然而，某些组合的等位基因频率保持不变的过程中，揭示了出现强相关性的两个位点之间的上位性不亲和机制促进。确定了单倍型频率空间的几何结构，求解了动力学方程，得到了由初始条件确定平衡解的简单规则。我们表明，我们的研究结果相当于选择对双杂合子的二倍体个体的人口，并讨论我们的研究结果的物种形成的相关性。
2013-09-03 q-bio.PE
Unifying Theories of Molecular, Community and Network Evolution
基因和物种的多样性和共存的起源传统上是在孤立的生物学水平上研究的。生态学和进化论的观点集中在使或限制物种共存的机制，遗传变异和物种形成的遗传学，但仍然缺乏一个统一的理论连接这些方法。在这里，我们介绍进化图的分子进化和生物多样性的中性学说〈动〉的背景下，提供一个框架，同时解决物种形成率和联合遗传和物种多样性〈动〉性<动>。为了说明这个问题，我们还研究了两个模型的进化图与健身差异，这提供了见解如何遗传和生态动力学驱动的多样化的速度。中性进化产生了最高速度的物种形成、物种丰富度（即，分别是遗传图和生态图的五倍和两倍）和遗传物种多样性〈动〉性<动>（即，分别是遗传图和生态图的两倍）。因此，物种形成的速度、遗传-物种多样性〈动〉和共存可能会有很大的不同，这取决于遗传因素与生态因子〈动〉<动>是否驱动系统的进化。通过在生态和进化尺度上将分子、性和营养行为联系起来，相互作用图可以阐明多样性和生物共存的起源和进化。
2008-07-16 q-bio.OT q-bio.PE
The time-dependent reconstructed evolutionary process with a key-role for mass-extinction events
同质重建的进化过程是一个出生-死亡过程，没有观察到灭绝的谱系。每个物种都以相同的多样化率（物种形成率$λ(t)$和灭绝率$μ(t)$）独立进化，这些多样化率可能会随着时间的推移而变化。该过程通常应用于对物种多样化建模，其中数据被重建，例如，树木重建从今天的分子数据，并用于推断多样化率。在本文中，我开发的一般概率密度下的任何时间依赖的生灭过程的重建树。我阐述了如何适应这种概率密度，如果条件生存的一个或两个初始谱系，或采样$n$物种，并显示如何转换之间的概率密度重建和概率密度的物种形成时间。我演示了使用一般的时间依赖性的概率密度函数推导出的概率密度重建树下的出生死亡转移模型与明确的大规模灭绝事件。我通过提供和讨论几种特殊情况来丰富这个纲要，包括：纯生过程，纯死过程，生灭过程和临界分支过程。因此，我在这里提供了一个统一的框架中的大多数常用的出生-死亡模型（例如，相同的条件和相同的数据）。
2014-02-11 q-bio.PE
A fast method to estimate speciation parameters in a model of isolation with an initial period of gene flow and to test alternative evolutionary scenarios
我们考虑一个模型的“隔离与初始阶段的迁移”（IIM），其中祖先人口瞬间分裂成两个后代人口交换移民对称在一段时间内，但现在是完全相互隔离。使用Wilkinson-Herbots（2012）中获得的似然性的显式分析表达式，对由大量独立基因座中的每个基因座处的两个DNA序列之间的核苷酸差异的数量组成的数据，实施模型参数的最大似然估计方法。该方法证明了一个大的DNA序列数据集从两个物种的果蝇，以及模拟数据。该方法非常快，对于由来自10，000个基因座的序列对之间的差异数量组成的数据集，在不到1分钟内返回参数估计值，或者如果所有基因座被修剪到相同的估计突变率，则在一秒的一小部分内返回参数估计值。它还说明了如何最大化的可能性可以用来快速区分竞争模型描述替代的进化方案，无论是通过比较AIC分数或通过似然比测试。本实现是针对模型的简单版本，但各种扩展是可能的，并简要讨论。
2015-11-17 q-bio.PE q-bio.QM stat.AP
Parameter Identifiability of a Multitype Pure-Birth Model of Speciation
多样性模型描述了进化树的随机生长，通过物种形成和灭绝事件来模拟物种的历史关系。一类这样的模型允许独立改变树内物种的特征或类型，物种形成和灭绝率取决于此。虽然参数的可识别性是必要的证明参数估计与模型，它还没有正式建立这些模型，尽管他们采用的推断。这项工作建立了通用的可识别性标签交换的参数的一个简单的形式，这样一个模型，一个多类型的纯出生模型的物种形成，从一个渐近分布来自一个单一的树观察，因为它的深度去到无穷大。对于可用数据的应用来说，至关重要的是，在树的任何内部点都不需要观察类型，甚至在叶子上也不需要。
2022-06-18 math.ST q-bio.PE stat.TH
Is nestedness in mutualistic networks an evolutionary spandrel?
互惠网络已被证明涉及动物和植物物种之间复杂的相互作用模式。这些网络的结构似乎渗透了它们的一些健壮和脆弱的行为。最近的研究表明，动植物相互作用的模式与其系统发育组织之间有很强的相关性。在这里，我们表明，这种模式和其他报道的互利网络的干扰可以通过一个非常简单的物种形成和分歧的模型得到适当的解释。该模型还预测了物种损失下的共同灭绝动力学与进化信号的存在相一致。观察到的网络和模型网络之间的一致性表明，真正的互利网络所显示的某些模式实际上可能代表了进化的拱肩。
2016-12-06 q-bio.PE
A stochastic model for speciation by mating preferences
导致物种形成的机制是进化生物学的一个主要焦点。在本文中，我们提出和研究一个随机模型的人口中，个人，类型A或A，是等价的生态，人口和空间的观点，不同的只是他们的交配偏好：两个具有相同基因型的个体有更高的概率交配，并产生一个可行的后代。种群被细分为几个斑块，个体可以在它们之间迁移。我们表明，交配偏好本身，即使他们是非常小的，是足够的补丁之间需要生殖隔离〈动〉<动>，我们提供的时间需要这种隔离发生作为一个功能的人口规模。我们的结果依赖于一个精细的研究的随机过程和它的确定性限制在大人口，这是由一个系统的耦合非线性微分方程。此外，我们提出了我们的模型的几个概括，并证明我们的研究结果是强大的概括。
2017-04-18 math.PR q-bio.PE
When evolution realizes large deviations of fitness: from speciation to dynamical phase transitions
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Université Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，LIPhy）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Institut Fourier (UMR 5582)（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，傅里叶研究所）；Université Grenoble Alpes, INRAE, LESSEM（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家农业食品与环境研究院，LESSEM）
该研究将进化过程与大偏离理论联系起来，揭示了种群基因组分布的转变可视为动态相变，并扩展到更广泛的模型类中。
2026-01-07 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A Diffusion-Based Approach for Simulating Forward-in-Time State-Dependent Speciation and Extinction Dynamics
本研究提出基于扩散近似的通用框架，可模拟ClaSSE模型的时间正向状态动态，验证了其与树过程的可比性，还实现了速率参数推断、稳态频率计算及稳态时间求解，为研究状态依赖多样化下的进化模式与过程提供工具。
2024-06-24 math.PR q-bio.PE
Random Evolutionary Dynamics in Predator-Prey Systems Yields Large, Clustered Ecosystems
该研究通过在Lotka-Volterra捕食者-猎物系统中引入随机进化的新物种，发现物种形成可产生大量物种稳健共存的生态系统，并涌现出关联功能差异与系统发育历史的物种聚类。
2025-03-19 q-bio.PE
On the distribution of interspecies correlation for Markov models of character evolution on Yule trees
重建系统发育树和理解进化过程的努力从根本上依赖于物种形成和突变的随机模型。在系统发育树中，最简单的连续时间物种形成模型是Yule过程，在这个过程中，新种〈动〉<动>以恒定的速率从现有的谱系中“诞生”。最近的工作已经阐明了圣诞树的一些结构特性，但这些特性如何影响在系统发育树顶端观察到的序列和性状模式仍然是未知的。了解物种形成和突变之间的相互作用，在简单的进化模型是必不可少的衍生有效的系统发育推断方法，并提供了深入了解系统发育研究的最佳设计。在这项工作中，我们得到的概率分布下的种间协方差的布朗运动和奥恩斯坦-乌伦贝克模型的表型变化的圣诞树。我们计算的概率分布的突变数量之间共享的两个随机选择的类群在一个圣诞树离散马尔可夫突变模型。我们的研究结果提出了系统发育信息含量的概括措施，阐明了相关生物序列或性状中位点模式之间的相关性，并为实验设计和系统发育树的重建提供了理论依据。
2014-08-15 q-bio.PE
The reconstructed tree in the lineage-based model of protracted speciation
进化生物学中一个流行的研究方向是使用时间校准的遗传学来推断多样化过程。这需要计算一个给定的超度量树的可能性作为重建的树产生一个给定的多样化模型。Etienne & Rosindell（2012）提出了一个基于谱系的多样化模型，称为持久的物种形成，其中物种在转变为好物种之前的随机时间内保持初始状态，并表明这可以解释在真正的物种形成中观察到的谱系积累的放缓。然而，他们无法提供一个通用的可能性公式。在这里，我们提出了一个可能性公式的持久的物种形成模型，其中的速度，物种变好或灭绝可以取决于他们的年龄和时间。我们唯一的限制性假设是，物种形成率不依赖于物种的地位。我们的似然公式利用了一种新技术，基于系统发育树的轮廓，并在Lambert（2010）中首次开发。我们认为重建的树跨越所有现存物种，所有好的现存物种，或所有代表物种，这要么是好的现存物种或初期物种代表一些好的灭绝物种。具体来说，我们证明了这些树是一个聚结点过程，也就是说，一个平面，超度量树的聚结时间之间的两个连续的提示是独立的，同分布的随机变量。我们的共同分布的特点，这些聚结时间在一些，生物学上有意义的，特殊的情况下，可能性减少到一个优雅的分析公式或成为数值上易于处理。
2013-01-23 math.PR q-bio.PE
The concerted emergence of well-known spatial and temporal ecological patterns in an evolutionary food web model in space
生态系统在空间和时间上表现出多样性的特征模式。找到能够重现和解释观察到的模式的模型对理论来说是一个挑战。自岛屿地理学出现以来，这些模型围绕着物种形成、扩散和灭绝，但它们通常忽略了营养结构。在这里，我们提出并研究了一个空间扩展的进化食物网〈动〉<动>模型，使我们能够研究大型空间系统的几个营养层。我们的计算机模拟表明，该模型同时产生了几个生物多样性模式在空间和时间上，从物种丰度分布的地理范围的盈亏。我们发现，在网络中的营养位置起着至关重要的作用，当涉及到范围大小的时间演变，因为营养环境限制了物种的发生和生存，特别是在较高的营养水平。
2019-10-18 q-bio.PE
Evolutionary dynamics in the Bak-Sneppen model on small-world networks
本文研究了小世界网络中Bak-Sneppen模型的动力学行为。对于网络中的每个站点，我们定义了一个“连通性”，它测量到所有其他站点的距离。我们发现不同的网站，根据其连通性和网络的拓扑结构，从根本上不同的活动模式。对于一个给定的网络，具有最小连通性的站点显示出长时间的停滞，被小得多的活动周期所打断。相比之下，最大连接站点的活动模式在相同的时间尺度上似乎是均匀的。我们讨论了这些结果的物种形成事件的意义。
1999-05-06 cond-mat q-bio.PE
Evolutionary dynamics from deterministic microscopic ecological processes: A toy model for evolutionary processes
进化动力学理论的中心目标是通过考虑个体水平上的生态过程来抽象特征空间中的平均进化轨迹。在这项工作中，我们开发了这样一个理论的一类新的确定性的基于个体的模型描述个人的出生和死亡，它捕获的基本特征的标准随机基于个体的模型，并成为与后者在最大竞争。关键动机是从这个微观生态模型（可以被视为进化的“玩具模型”）中以简单的方式推导出适应动力学的正则方程，并给予它直观的几何解释。另一个目标是研究在“最大”竞争下的进化和同域物种形成。我们表明，这些模型，在自适应动力学的确定性限制，导致相同的方程，描述解开的平均进化轨迹从标准的随机模型。我们进一步研究条件下，这些模型导致进化分支，并发现它们是类似的标准随机模型。我们发现，虽然确定性模型的结果，在一个强大的竞争，导致加快在表型空间中的人口云的时间动态，以及增加生物多样性的生成率，它似乎并没有导致生物多样性的绝对增加，就物种总数而言。因此，“玩具模型”基本上捕捉了标准随机模型的所有特征。有趣的是，适应度函数的概念并没有明确地出现在我们对正则方程的推导中，从而提倡了一种进化的机械论观点。
2018-07-04 q-bio.PE
Computing the Bounds of the Number of Reticulations in a Tree-Child Network That Displays a Set of Trees
本文针对展示一组有根二叉系统发育树的树-子网络，提出计算网状事件数量下界的计算方法并给出上界理论结果，通过模拟证明其可用于大型树数据。
2023-11-30 q-bio.PE
A Beta-splitting model for evolutionary trees
在这篇文章中，我们构建了一个推广的Blum-François Beta分裂模型的进化树，这本身是启发Aldous的Beta分裂模型的分支图。我们的方法的新颖性允许两个姐妹物种之间的多样化率（或多样化的“潜力”）的不对称份额在进化上可解释的方式，以及灭绝的自然方式添加到模型中。我们描述了一个树的增量进化建设与n叶分裂或冻结现存的血统通过生成，组织和删除过程。然后，我们给出了任何（二叉根）树在这个模型下没有灭绝的概率，在几个决议：排名平面树给予不对称的角色，一个给定的物种的第一个和第二个后代物种，并保持跟踪的顺序的物种形成事件发生在创建的树，排名平面树，排名非平面树，最后（排名非平面）树。我们还描述了一个连续时间等效的生成，组织和删除过程中，树的拓扑结构和分支长度联合建模，并提供这些算法在SageMath/Python的代码。
2016-07-01 math.PR q-bio.PE
Majority rule has transition ratio 4 on Yule trees under a 2-state symmetric model
从观察到的叶子状态推断出系统发育树根部的祖先状态是进化生物学中出现的一个问题。最简单的技术--多数规则--通过叶子上最频繁出现的状态来估计根状态。替代方法--比如最大简约法--明确地考虑了树结构。由于任何一种方法都可以在特定的树上胜过另一种方法，因此考虑在某些进化零模型（如Yule纯生模型）下生成的树上方法的准确性是有用的。在这个简短的说明中，我们回答了最近提出的一个问题，关于多数规则的性能在Yule树下的对称2状态马尔可夫替代模型的字符状态变化。我们证明了当Yule过程的出生（物种形成）率与替代率之比超过值$4$时，多数法则是精确的。相比之下，只有当这个比例至少为6时，最大简约才被证明是准确的。我们的证明依赖于二阶矩计算，耦合，和一个新的应用反射原理。
2014-04-10 q-bio.PE
Statistically consistent and computationally efficient inference of ancestral DNA sequences in the TKF91 model under dense taxon sampling
在进化生物学中，生物体的物种形成历史是用一个物种发生图来表示的，也就是说，一棵有根的树，它的叶子对应着现在的物种，而分支则表示过去的物种形成事件。系统发育通常是从分子序列，如DNA序列，从感兴趣的物种收集估计。从更高的层面上讲，这个推论背后的想法很简单：两个物种在生命之树中的距离越远，它们的基因组中自最近的共同祖先以来积累的突变数量就越多。为了在系统发育分析中获得准确的估计，标准做法是采用基于树上序列进化的随机模型的统计方法。为了便于处理，这些模型必须对所涉及的进化机制做出简化的假设。特别是，通常省略的是核苷酸的插入和缺失-也称为插入缺失。在统计系统发育分析中正确解释插入缺失仍然是计算进化生物学的一个主要挑战。在这里，我们考虑的问题，重建祖先序列上的一个已知的同源性在一个模型的序列进化，将核苷酸取代，插入和删除，特别是经典的TKF 91过程。我们专注于有界的高度，我们称之为分类丰富的设置，在统计一致性是可以实现的密集adenogenies的情况下。我们给出了第一个多项式时间的祖先重建算法，在恒定的变异率下具有可证明的保证。我们的算法成功时，遗传满足“大爆炸”的条件，在这种情况下，统计一致性的充分必要条件。
2019-08-01 cs.CE math.PR math.ST
Gene tree reconciliation including transfers with replacement is hard and FPT
系统发生树说明了基因和物种的进化历史。在大多数情况下，尽管基因随着它们所属的物种一起进化，但物种树和基因树并不相同，因为基因水平上的进化事件，如复制或转移。这些差异通过系统发育协调来处理，系统发育协调在形式上是基因树节点与物种树节点和分支之间的映射。我们研究的和解模型与基因转移，取代现有的基因，这是一个生物学上的重要事件，但从来没有包括在和解模型。此外，这个问题是接近一个经典的子树修剪和regraft（SPR）的距离问题，其中一个修剪的子树必须被regrafted只在一个分支更接近根的过时版本。我们证明了和解问题，包括转让和更换是NP-难的，如果物种和转让与更换是唯一允许的进化事件，那么它是固定参数听话（FPT）的和解的重量。我们证明了这些结果可以推广到已有的SPR问题。
2017-09-13 cs.DS q-bio.PE
Construction of Gene and Species Trees from Sequence Data incl. Orthologs, Paralogs, and Xenologs
系统发育重建的目的是根据基因组序列信息对基因或物种的进化历史进行合理的假设。直系同源基因（具有共同祖先并在物种形成后分化的基因）的区分至关重要，并且是许多基因组研究的核心。然而，现有的方法，仅依赖于1：1的直系同源物来推断物种树被强烈限制到一个小的允许的基因，提供有关物种树的信息。使用更大的基因集，加上非直系同源基因（例如所谓的旁系同源或异种同源基因），可以大大增加有关相应物种进化历史的信息。在这项工作中，我们介绍了一种新的方法来计算物种的同源性的基础上的序列数据，包括直系同源，旁系同源，甚至异种。
2016-02-26 cs.DS q-bio.GN q-bio.PE
Counting and sampling gene family evolutionary histories in the duplication-loss and duplication-loss-transfer models
给定一组物种，其进化由物种树表示，基因家族是从单个祖先基因进化而来的一组基因。基因家族沿着物种树的分支通过各种机制进化，包括但不限于物种形成、基因复制、基因丢失、水平基因转移。基因树的重建是生物基因组学中的一个重要问题，它反映了一个基因家族在物种树约束下的进化。然而，与多物种融合进化模型不同，人们对基因家族史的搜索空间知之甚少，这些基因家族史包括基因复制、基因丢失和水平基因转移（DLT模型）。我们引入的概念，定义为一个二进制有序的有根树描述的基因家族的进化，约束的DLT模型中的物种树的进化历史。我们提供了正式的语法描述的所有进化历史，是兼容的一个给定的物种树，无论是排名或排名。这些文法允许我们使用分析组合学或动态规划来有效地计算给定大小的历史的数量，并且还可以在均匀分布下生成给定大小的随机历史。我们应用这些工具，以获得精确的渐近的基因家族历史的数量为两个物种的树木，根毛毛虫和完整的二叉树，以及估计的范围的指数增长性因素的历史数量为随机物种树的大小高达25。我们的研究结果表明，包括水平基因转移诱导的进化历史的数量急剧增加。我们还表明，在排名的物种树，在DLT模型的进化历史的数量几乎是独立的物种树拓扑结构。
2019-05-13 cs.DM math.CO q-bio.PE
Nested tree space: a geometric framework for co-phylogeny
University of Oxford（牛津大学）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）
本文提出嵌套树空间，用于建模共演化系统，通过定义σ空间，该空间是完全嵌套超度量系统树的模空间，保留数学符号和专业术语。
2026-04-15 math.CO math.MG q-bio.PE
Incorporating compositional heterogeneity into Lie Markov models for phylogenetic inference
系统发生学使用分子序列数据的比对来了解进化树。序列中的替换是通过连续时间马尔可夫过程建模的，其特征在于瞬时速率矩阵，标准模型假设其是时间可逆和稳定的。这些假设在生物学上是有问题的，并且诱导了一个对树的根位置不变的似然函数。这阻碍了推理，因为一棵树的生物学解释关键取决于它的根在哪里。放松这两个假设，我们引入了一个模型，其可能性可以区分有根树。该模型是非平稳的，在每个物种形成事件的瞬时速率矩阵的阶跃变化。利用最近的理论工作，每个速率矩阵属于一个不可逆的家庭的李马尔可夫模型。这些模型在矩阵乘法下是封闭的，因此我们的扩展提供了概念上吸引人的属性，即树及其所有子树可能来自同一个非平稳模型家族。我们采用贝叶斯方法，描述了MCMC算法的后验推理，并提供软件。我们的模型可以提供的生物洞察力说明通过分析，其中不可逆的，但固定的，非固定的，但可逆的模型不能确定一个合理的根源。
2020-07-17 q-bio.PE stat.AP
