Phylogenetic and discrete-trait evolutionary inference depend heavily on an appropriate characterization of the underlying character substitution process. In this paper, we present random-effects substitution models that extend common continuous-time Markov chain models into a richer class of processes capable of capturing a wider variety of substitution dynamics. As these random-effects substitution models often require many more parameters than their usual counterparts, inference can be both statistically and computationally challenging. Thus, we also propose an efficient approach to compute an approximation to the gradient of the data likelihood with respect to all unknown substitution model parameters. We demonstrate that this approximate gradient enables scaling of sampling-based inference, namely Bayesian inference via Hamiltonian Monte Carlo, under random-effects substitution models across large trees and state-spaces. Applied to a dataset of 583 SARS-CoV-2 sequences, an HKY model with random-effects shows strong signals of nonreversibility in the substitution process, and posterior predictive model checks clearly show that it is a more adequate model than a reversible model. When analyzing the pattern of phylogeographic spread of 1441 influenza A virus (H3N2) sequences between 14 regions, a random-effects phylogeographic substitution model infers that air travel volume adequately predicts almost all dispersal rates. A random-effects state-dependent substitution model reveals no evidence for an effect of arboreality on the swimming mode in the tree frog subfamily Hylinae. Simulations reveal that random-effects substitution models can accommodate both negligible and radical departures from the underlying base substitution model. We show that our gradient-based inference approach is over an order of magnitude more time efficient than conventional approaches.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Syntax-semantics interface: an algebraic model
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月8日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员