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🛠️ Phylogenetics

phylogenetics

生物の進化の歴史や種間の関係性を樹

⏱ 障害ポストモーテム 1日 → 1時間

📺 まず動画で見る(YouTube)

▶ 【衝撃】最強のAIエージェント「Claude Code」の最新機能・使い方・プログラミングをAIで効率化する超実践術を解説! ↗

※ jpskill.com 編集部が参考用に選んだ動画です。動画の内容と Skill の挙動は厳密には一致しないことがあります。

📜 元の英語説明(参考)

Build and analyze phylogenetic trees using MAFFT (multiple alignment), IQ-TREE 2 (maximum likelihood), and FastTree (fast NJ/ML). Visualize with ETE3 or FigTree. For evolutionary analysis, microbial genomics, viral phylodynamics, protein family analysis, and molecular clock studies.

🇯🇵 日本人クリエイター向け解説

一言でいうと

生物の進化の歴史や種間の関係性を樹

※ jpskill.com 編集部が日本のビジネス現場向けに補足した解説です。Skill本体の挙動とは独立した参考情報です。

⚡ おすすめ: コマンド1行でインストール(60秒)

下記のコマンドをコピーしてターミナル(Mac/Linux)または PowerShell(Windows)に貼り付けてください。 ダウンロード → 解凍 → 配置まで全自動。

🍎 Mac / 🐧 Linux
mkdir -p ~/.claude/skills && cd ~/.claude/skills && curl -L -o phylogenetics.zip https://jpskill.com/download/4204.zip && unzip -o phylogenetics.zip && rm phylogenetics.zip
🪟 Windows (PowerShell)
$d = "$env:USERPROFILE\.claude\skills"; ni -Force -ItemType Directory $d | Out-Null; iwr https://jpskill.com/download/4204.zip -OutFile "$d\phylogenetics.zip"; Expand-Archive "$d\phylogenetics.zip" -DestinationPath $d -Force; ri "$d\phylogenetics.zip"

完了後、Claude Code を再起動 → 普通に「動画プロンプト作って」のように話しかけるだけで自動発動します。

💾 手動でダウンロードしたい(コマンドが難しい人向け)
  1. 1. 下の青いボタンを押して phylogenetics.zip をダウンロード
  2. 2. ZIPファイルをダブルクリックで解凍 → phylogenetics フォルダができる
  3. 3. そのフォルダを C:\Users\あなたの名前\.claude\skills\(Win)または ~/.claude/skills/(Mac)へ移動
  4. 4. Claude Code を再起動

⚠️ ダウンロード・利用は自己責任でお願いします。当サイトは内容・動作・安全性について責任を負いません。

🎯 このSkillでできること

下記の説明文を読むと、このSkillがあなたに何をしてくれるかが分かります。Claudeにこの分野の依頼をすると、自動で発動します。

📦 インストール方法 (3ステップ)

  1. 1. 上の「ダウンロード」ボタンを押して .skill ファイルを取得
  2. 2. ファイル名の拡張子を .skill から .zip に変えて展開(macは自動展開可)
  3. 3. 展開してできたフォルダを、ホームフォルダの .claude/skills/ に置く
    • · macOS / Linux: ~/.claude/skills/
    • · Windows: %USERPROFILE%\.claude\skills\

Claude Code を再起動すれば完了。「このSkillを使って…」と話しかけなくても、関連する依頼で自動的に呼び出されます。

詳しい使い方ガイドを見る →
最終更新
2026-05-17
取得日時
2026-05-18
同梱ファイル
3

💬 こう話しかけるだけ — サンプルプロンプト

  • Phylogenetics を使って、最小構成のサンプルコードを示して
  • Phylogenetics の主な使い方と注意点を教えて
  • Phylogenetics を既存プロジェクトに組み込む方法を教えて

これをClaude Code に貼るだけで、このSkillが自動発動します。

📖 Skill本文(日本語訳)

※ 原文(英語/中国語)を Gemini で日本語化したものです。Claude 自身は原文を読みます。誤訳がある場合は原文をご確認ください。

系統解析

概要

系統解析は、生物学的配列(遺伝子、タンパク質、ゲノム)の分岐パターンを推測することで、それらの進化の歴史を再構築します。このスキルは、以下の標準的なパイプラインをカバーしています。

  1. MAFFT — 多重配列アラインメント
  2. IQ-TREE 2 — モデル選択を伴う最尤法による系統樹推定
  3. FastTree — 高速近似最尤法(大規模データセット向け)
  4. ETE3 — 系統樹操作および可視化のためのPythonライブラリ

インストール:

# Conda (CLIツールに推奨)
conda install -c bioconda mafft iqtree fasttree
pip install ete3

このスキルを使用する場面

系統解析は、以下のような場合に使用します。

  • 進化的関係: どの生物/遺伝子が私の配列に最も近縁ですか?
  • ウイルス系統動態: アウトブレイクの広がりを追跡し、伝播日を推定します。
  • タンパク質ファミリー解析: 遺伝子ファミリー内の進化的関係を推測します。
  • 水平遺伝子伝達の検出: 種/遺伝子系統樹と一致しない遺伝子を特定します。
  • 祖先配列の再構築: 祖先タンパク質配列を推測します。
  • 分子時計解析: 時間的サンプリングを用いて分岐日を推定します。
  • GWASの補完: バリアントを進化的な文脈に置きます(例:SARS-CoV-2バリアント)。
  • 微生物学: 16S rRNAからの種系統解析、またはコアゲノム系統解析。

標準的なワークフロー

1. MAFFTによる多重配列アラインメント

import subprocess
import os

def run_mafft(input_fasta: str, output_fasta: str, method: str = "auto",
               n_threads: int = 4) -> str:
    """
    MAFFTで配列をアラインメントします。

    Args:
        input_fasta: アラインメントされていないFASTAファイルへのパス
        output_fasta: アラインメントされた出力のパス
        method: 'auto' (自動選択), 'einsi' (高精度), 'linsi' (高精度、低速),
                'fftnsi' (中程度), 'fftns' (高速), 'retree2' (高速)
        n_threads: CPUスレッド数

    Returns:
        アラインメントされたFASTAファイルへのパス
    """
    methods = {
        "auto": ["mafft", "--auto"],
        "einsi": ["mafft", "--genafpair", "--maxiterate", "1000"],
        "linsi": ["mafft", "--localpair", "--maxiterate", "1000"],
        "fftnsi": ["mafft", "--fftnsi"],
        "fftns": ["mafft", "--fftns"],
        "retree2": ["mafft", "--retree", "2"],
    }

    cmd = methods.get(method, methods["auto"])
    cmd += ["--thread", str(n_threads), "--inputorder", input_fasta]

    with open(output_fasta, 'w') as out:
        result = subprocess.run(cmd, stdout=out, stderr=subprocess.PIPE, text=True)

    if result.returncode != 0:
        raise RuntimeError(f"MAFFT failed:\n{result.stderr}")

    # Count aligned sequences
    with open(output_fasta) as f:
        n_seqs = sum(1 for line in f if line.startswith('>'))
    print(f"MAFFT: aligned {n_seqs} sequences → {output_fasta}")

    return output_fasta

# MAFFTメソッド選択ガイド:
# 少数の配列 (<200)、高精度: linsi または einsi
# 多数の配列 (<1000)、中程度: fftnsi
# 大規模データセット (>1000): fftns または auto
# 超高速 (>10000): mafft --retree 1

2. アラインメントのトリミング(オプションですが推奨)

def trim_alignment_trimal(aligned_fasta: str, output_fasta: str,
                            method: str = "automated1") -> str:
    """
    TrimAlでアラインメントの質の悪いカラムをトリミングします。

    メソッド:
    - 'automated1': 自動ヒューリスティック (推奨)
    - 'gappyout': ギャップの多いカラムを削除
    - 'strict': 厳密なギャップ閾値
    """
    cmd = ["trimal", f"-{method}", "-in", aligned_fasta, "-out", output_fasta, "-fasta"]
    result = subprocess.run(cmd, capture_output=True, text=True)
    if result.returncode != 0:
        print(f"TrimAl warning: {result.stderr}")
        # Fall back to using the untrimmed alignment
        import shutil
        shutil.copy(aligned_fasta, output_fasta)
    return output_fasta

3. IQ-TREE 2 — 最尤法による系統樹

def run_iqtree(aligned_fasta: str, output_prefix: str,
                model: str = "TEST", bootstrap: int = 1000,
                n_threads: int = 4, extra_args: list = None) -> dict:
    """
    IQ-TREE 2で最尤法による系統樹を構築します。

    Args:
        aligned_fasta: アラインメントされたFASTAファイル
        output_prefix: 出力ファイルのプレフィックス
        model: 自動モデル選択の場合は'TEST'、または指定(例:DNAの場合は'GTR+G'、
               タンパク質の場合は'LG+G4'、'JTT+G')
        bootstrap: ウルトラファストブートストラップ反復回数(1000を推奨)
        n_threads: スレッド数(自動検出の場合は'AUTO')
        extra_args: 追加のIQ-TREE引数

    Returns:
        出力ファイルへのパスを含む辞書
    """
    cmd = [
        "iqtree2",
        "-s", aligned_fasta,
        "--prefix", output_prefix,
        "-m", model,
        "-B", str(bootstrap),   # Ultrafast bootstrap
        "-T", str(n_threads),
        "--redo"                # 既存の結果を上書き
    ]

    if extra_args:
        cmd.extend(extra_args)

    result = subprocess.run(cmd, capture_output=True, text=True)

    if result.returncode != 0:
        raise RuntimeError(f"IQ-TREE failed:\n{result.stderr}")

    # Print model selection result
    log_file = f"{output_prefix}.log"
    if os.path.exists(log_file):
        with open(log_file) as f:
            for line in f:
                if "Best-fit model" in line:
                    print(f"IQ-TREE: {line.strip()}")

    output_files = {
        "tree": f"{output_prefix}.treefile",
        "log": f"{output_prefix}.log",
        "iqtree": f"{output_prefix}.iqtree",  # Full report
        "model": f"{output_prefix}.model.gz",
    }

    print(f"IQ-TREE: Tree saved to {output_files['tree']}")
    return output_files

# IQ-TREEモデル選択ガイド:
# DNA:     TEST → GTR+G, HKY+G, TrN+G
# タンパク質: TEST → LG+G4, WAG+G, JTT+G, Q.pfam+G
# コドン:   TEST → MG+F3X4

# 時間的(分子時計)解析の場合、以下を追加します:
# extra_args = ["--date", "dates.txt", "--clock-test", "--date-CI", "95"]

4. FastTree — 高速近似ML

F

📜 原文 SKILL.md(Claudeが読む英語/中国語)を展開

Phylogenetics

Overview

Phylogenetic analysis reconstructs the evolutionary history of biological sequences (genes, proteins, genomes) by inferring the branching pattern of descent. This skill covers the standard pipeline:

  1. MAFFT — Multiple sequence alignment
  2. IQ-TREE 2 — Maximum likelihood tree inference with model selection
  3. FastTree — Fast approximate maximum likelihood (for large datasets)
  4. ETE3 — Python library for tree manipulation and visualization

Installation:

# Conda (recommended for CLI tools)
conda install -c bioconda mafft iqtree fasttree
pip install ete3

When to Use This Skill

Use phylogenetics when:

  • Evolutionary relationships: Which organism/gene is most closely related to my sequence?
  • Viral phylodynamics: Trace outbreak spread and estimate transmission dates
  • Protein family analysis: Infer evolutionary relationships within a gene family
  • Horizontal gene transfer detection: Identify genes with discordant species/gene trees
  • Ancestral sequence reconstruction: Infer ancestral protein sequences
  • Molecular clock analysis: Estimate divergence dates using temporal sampling
  • GWAS companion: Place variants in evolutionary context (e.g., SARS-CoV-2 variants)
  • Microbiology: Species phylogeny from 16S rRNA or core genome phylogeny

Standard Workflow

1. Multiple Sequence Alignment with MAFFT

import subprocess
import os

def run_mafft(input_fasta: str, output_fasta: str, method: str = "auto",
               n_threads: int = 4) -> str:
    """
    Align sequences with MAFFT.

    Args:
        input_fasta: Path to unaligned FASTA file
        output_fasta: Path for aligned output
        method: 'auto' (auto-select), 'einsi' (accurate), 'linsi' (accurate, slow),
                'fftnsi' (medium), 'fftns' (fast), 'retree2' (fast)
        n_threads: Number of CPU threads

    Returns:
        Path to aligned FASTA file
    """
    methods = {
        "auto": ["mafft", "--auto"],
        "einsi": ["mafft", "--genafpair", "--maxiterate", "1000"],
        "linsi": ["mafft", "--localpair", "--maxiterate", "1000"],
        "fftnsi": ["mafft", "--fftnsi"],
        "fftns": ["mafft", "--fftns"],
        "retree2": ["mafft", "--retree", "2"],
    }

    cmd = methods.get(method, methods["auto"])
    cmd += ["--thread", str(n_threads), "--inputorder", input_fasta]

    with open(output_fasta, 'w') as out:
        result = subprocess.run(cmd, stdout=out, stderr=subprocess.PIPE, text=True)

    if result.returncode != 0:
        raise RuntimeError(f"MAFFT failed:\n{result.stderr}")

    # Count aligned sequences
    with open(output_fasta) as f:
        n_seqs = sum(1 for line in f if line.startswith('>'))
    print(f"MAFFT: aligned {n_seqs} sequences → {output_fasta}")

    return output_fasta

# MAFFT method selection guide:
# Few sequences (<200), accurate: linsi or einsi
# Many sequences (<1000), moderate: fftnsi
# Large datasets (>1000): fftns or auto
# Ultra-fast (>10000): mafft --retree 1

2. Trim Alignment (Optional but Recommended)

def trim_alignment_trimal(aligned_fasta: str, output_fasta: str,
                            method: str = "automated1") -> str:
    """
    Trim poorly aligned columns with TrimAl.

    Methods:
    - 'automated1': Automatic heuristic (recommended)
    - 'gappyout': Remove gappy columns
    - 'strict': Strict gap threshold
    """
    cmd = ["trimal", f"-{method}", "-in", aligned_fasta, "-out", output_fasta, "-fasta"]
    result = subprocess.run(cmd, capture_output=True, text=True)
    if result.returncode != 0:
        print(f"TrimAl warning: {result.stderr}")
        # Fall back to using the untrimmed alignment
        import shutil
        shutil.copy(aligned_fasta, output_fasta)
    return output_fasta

3. IQ-TREE 2 — Maximum Likelihood Tree

def run_iqtree(aligned_fasta: str, output_prefix: str,
                model: str = "TEST", bootstrap: int = 1000,
                n_threads: int = 4, extra_args: list = None) -> dict:
    """
    Build a maximum likelihood tree with IQ-TREE 2.

    Args:
        aligned_fasta: Aligned FASTA file
        output_prefix: Prefix for output files
        model: 'TEST' for automatic model selection, or specify (e.g., 'GTR+G' for DNA,
               'LG+G4' for proteins, 'JTT+G' for proteins)
        bootstrap: Number of ultrafast bootstrap replicates (1000 recommended)
        n_threads: Number of threads ('AUTO' to auto-detect)
        extra_args: Additional IQ-TREE arguments

    Returns:
        Dict with paths to output files
    """
    cmd = [
        "iqtree2",
        "-s", aligned_fasta,
        "--prefix", output_prefix,
        "-m", model,
        "-B", str(bootstrap),   # Ultrafast bootstrap
        "-T", str(n_threads),
        "--redo"                # Overwrite existing results
    ]

    if extra_args:
        cmd.extend(extra_args)

    result = subprocess.run(cmd, capture_output=True, text=True)

    if result.returncode != 0:
        raise RuntimeError(f"IQ-TREE failed:\n{result.stderr}")

    # Print model selection result
    log_file = f"{output_prefix}.log"
    if os.path.exists(log_file):
        with open(log_file) as f:
            for line in f:
                if "Best-fit model" in line:
                    print(f"IQ-TREE: {line.strip()}")

    output_files = {
        "tree": f"{output_prefix}.treefile",
        "log": f"{output_prefix}.log",
        "iqtree": f"{output_prefix}.iqtree",  # Full report
        "model": f"{output_prefix}.model.gz",
    }

    print(f"IQ-TREE: Tree saved to {output_files['tree']}")
    return output_files

# IQ-TREE model selection guide:
# DNA:     TEST → GTR+G, HKY+G, TrN+G
# Protein: TEST → LG+G4, WAG+G, JTT+G, Q.pfam+G
# Codon:   TEST → MG+F3X4

# For temporal (molecular clock) analysis, add:
# extra_args = ["--date", "dates.txt", "--clock-test", "--date-CI", "95"]

4. FastTree — Fast Approximate ML

For large datasets (>1000 sequences) where IQ-TREE is too slow:

def run_fasttree(aligned_fasta: str, output_tree: str,
                  sequence_type: str = "nt", model: str = "gtr",
                  n_threads: int = 4) -> str:
    """
    Build a fast approximate ML tree with FastTree.

    Args:
        sequence_type: 'nt' for nucleotide or 'aa' for amino acid
        model: For nt: 'gtr' (recommended) or 'jc'; for aa: 'lg', 'wag', 'jtt'
    """
    if sequence_type == "nt":
        cmd = ["FastTree", "-nt", "-gtr"]
    else:
        cmd = ["FastTree", f"-{model}"]

    cmd += [aligned_fasta]

    with open(output_tree, 'w') as out:
        result = subprocess.run(cmd, stdout=out, stderr=subprocess.PIPE, text=True)

    if result.returncode != 0:
        raise RuntimeError(f"FastTree failed:\n{result.stderr}")

    print(f"FastTree: Tree saved to {output_tree}")
    return output_tree

5. Tree Analysis and Visualization with ETE3

from ete3 import Tree, TreeStyle, NodeStyle, TextFace, PhyloTree
import matplotlib.pyplot as plt

def load_tree(tree_file: str) -> Tree:
    """Load a Newick tree file."""
    t = Tree(tree_file)
    print(f"Tree: {len(t)} leaves, {len(list(t.traverse()))} nodes")
    return t

def basic_tree_stats(t: Tree) -> dict:
    """Compute basic tree statistics."""
    leaves = t.get_leaves()
    distances = [t.get_distance(l1, l2) for l1 in leaves[:min(50, len(leaves))]
                 for l2 in leaves[:min(50, len(leaves))] if l1 != l2]

    stats = {
        "n_leaves": len(leaves),
        "n_internal_nodes": len(t) - len(leaves),
        "total_branch_length": sum(n.dist for n in t.traverse()),
        "max_leaf_distance": max(distances) if distances else 0,
        "mean_leaf_distance": sum(distances)/len(distances) if distances else 0,
    }
    return stats

def find_mrca(t: Tree, leaf_names: list) -> Tree:
    """Find the most recent common ancestor of a set of leaves."""
    return t.get_common_ancestor(*leaf_names)

def visualize_tree(t: Tree, output_file: str = "tree.png",
                    show_branch_support: bool = True,
                    color_groups: dict = None,
                    width: int = 800) -> None:
    """
    Render phylogenetic tree to image.

    Args:
        t: ETE3 Tree object
        color_groups: Dict mapping leaf_name → color (for coloring taxa)
        show_branch_support: Show bootstrap values
    """
    ts = TreeStyle()
    ts.show_leaf_name = True
    ts.show_branch_support = show_branch_support
    ts.mode = "r"  # 'r' = rectangular, 'c' = circular

    if color_groups:
        for node in t.traverse():
            if node.is_leaf() and node.name in color_groups:
                nstyle = NodeStyle()
                nstyle["fgcolor"] = color_groups[node.name]
                nstyle["size"] = 8
                node.set_style(nstyle)

    t.render(output_file, tree_style=ts, w=width, units="px")
    print(f"Tree saved to: {output_file}")

def midpoint_root(t: Tree) -> Tree:
    """Root tree at midpoint (use when outgroup unknown)."""
    t.set_outgroup(t.get_midpoint_outgroup())
    return t

def prune_tree(t: Tree, keep_leaves: list) -> Tree:
    """Prune tree to keep only specified leaves."""
    t.prune(keep_leaves, preserve_branch_length=True)
    return t

6. Complete Analysis Script

import subprocess, os
from ete3 import Tree

def full_phylogenetic_analysis(
    input_fasta: str,
    output_dir: str = "phylo_results",
    sequence_type: str = "nt",
    n_threads: int = 4,
    bootstrap: int = 1000,
    use_fasttree: bool = False
) -> dict:
    """
    Complete phylogenetic pipeline: align → trim → tree → visualize.

    Args:
        input_fasta: Unaligned FASTA
        sequence_type: 'nt' (nucleotide) or 'aa' (amino acid/protein)
        use_fasttree: Use FastTree instead of IQ-TREE (faster for large datasets)
    """
    os.makedirs(output_dir, exist_ok=True)
    prefix = os.path.join(output_dir, "phylo")

    print("=" * 50)
    print("Step 1: Multiple Sequence Alignment (MAFFT)")
    aligned = run_mafft(input_fasta, f"{prefix}_aligned.fasta",
                         method="auto", n_threads=n_threads)

    print("\nStep 2: Tree Inference")
    if use_fasttree:
        tree_file = run_fasttree(
            aligned, f"{prefix}.tree",
            sequence_type=sequence_type,
            model="gtr" if sequence_type == "nt" else "lg"
        )
    else:
        model = "TEST" if sequence_type == "nt" else "TEST"
        iqtree_files = run_iqtree(
            aligned, prefix,
            model=model,
            bootstrap=bootstrap,
            n_threads=n_threads
        )
        tree_file = iqtree_files["tree"]

    print("\nStep 3: Tree Analysis")
    t = Tree(tree_file)
    t = midpoint_root(t)

    stats = basic_tree_stats(t)
    print(f"Tree statistics: {stats}")

    print("\nStep 4: Visualization")
    visualize_tree(t, f"{prefix}_tree.png", show_branch_support=True)

    # Save rooted tree
    rooted_tree_file = f"{prefix}_rooted.nwk"
    t.write(format=1, outfile=rooted_tree_file)

    results = {
        "aligned_fasta": aligned,
        "tree_file": tree_file,
        "rooted_tree": rooted_tree_file,
        "visualization": f"{prefix}_tree.png",
        "stats": stats
    }

    print("\n" + "=" * 50)
    print("Phylogenetic analysis complete!")
    print(f"Results in: {output_dir}/")
    return results

IQ-TREE Model Guide

DNA Models

Model Description Use case
GTR+G4 General Time Reversible + Gamma Most flexible DNA model
HKY+G4 Hasegawa-Kishino-Yano + Gamma Two-rate model (common)
TrN+G4 Tamura-Nei Unequal transitions
JC Jukes-Cantor Simplest; all rates equal

Protein Models

Model Description Use case
LG+G4 Le-Gascuel + Gamma Best average protein model
WAG+G4 Whelan-Goldman Widely used
JTT+G4 Jones-Taylor-Thornton Classical model
Q.pfam+G4 pfam-trained For Pfam-like protein families
Q.bird+G4 Bird-specific Vertebrate proteins

Tip: Use -m TEST to let IQ-TREE automatically select the best model.

Best Practices

  • Alignment quality first: Poor alignment → unreliable trees; check alignment manually
  • Use linsi for small (<200 seq), fftns or auto for large alignments
  • Model selection: Always use -m TEST for IQ-TREE unless you have a specific reason
  • Bootstrap: Use ≥1000 ultrafast bootstraps (-B 1000) for branch support
  • Root the tree: Unrooted trees can be misleading; use outgroup or midpoint rooting
  • FastTree for >5000 sequences: IQ-TREE becomes slow; FastTree is 10–100× faster
  • Trim long alignments: TrimAl removes unreliable columns; improves tree accuracy
  • Check for recombination in viral/bacterial sequences before building trees (RDP4, GARD)

Additional Resources

同梱ファイル

※ ZIPに含まれるファイル一覧。`SKILL.md` 本体に加え、参考資料・サンプル・スクリプトが入っている場合があります。