Моделирование и реконструкция
эволюции гена
GO TO:

Описание исходного дерева
Выданное мне дерево в виде скобочной структуры записывается следующим образом: (((А:60,B:80):20,(C:50,D:50):10):15,(E:80,F:80):5).
На основе этого мною был реконструирован его внешний вид:


В виде разбиения множества листьев это дерево выглядит следующим образом:
A B C D E F
AB_ABCD . . * * * *
CD_ABCD * * . . * *
EF_ABCD * * * * . .

Моделирование мутантных последовательностей, соответсвующих дереву
Построение правдоподобных деревьев
Для построения мутантных последовательностей, заданного мне гена белка HEMN_ECOLI, соответвующих данному дереву исползьзовался скрипт следующего вида:
msbar hemn.fasta abcd.fasta -point 4 -count 274 -auto
msbar abcd.fasta ab.fasta -point 4 -count 365 -auto
msbar ab.fasta a.fasta -point 4 -count 1096 -auto
msbar ab.fasta b.fasta -point 4 -count 1461 -auto
msbar abcd.fasta cd.fasta -point 4 -count 183 -auto
msbar cd.fasta c.fasta -point 4 -count 914 -auto
msbar cd.fasta d.fasta -point 4 -count 914 -auto
msbar hemn.fasta ef.fasta -point 4 -count 91 -auto
msbar ef.fasta e.fasta -point 4 -count 1462 -auto
msbar ef.fasta f.fasta -point 4 -count 1462 -auto
Скрипт представляет собой последовательность запусков программы msbar пакета EMBOSS, на каждом этапе создаётся одна из последоветльностей стоящих в узлах дерева.
Значения -count посчитаны по формуле
N=1.33*S*a/100
где S - длина моего гена - 1374нт
a - расстояние по соответствующей ветви дерева - нормированное на сто количество мутаций между последовательностями.
Коэффициент 1.33 = 4/3 - поправка на то, что реальное количество замен, произошедших в последовательности в среднем 4/3 раза больше чем количество замен, приведших к изменению последовательности.

Далее на основе полученных последовательностей-листьев были построены новые деревья алгоритмами максимального правдоподобия, Neighbor-joining и UPGMA:
Предварительно был создан файл leafs.fasta с "выравниваниями".
Затем программой fdnaml было создано дерево алгоритмом максимального правдоподобия:

fdnaml leafs1.fasta -ttaratio 1 -auto,
где -ttratio - это отношение транзиций к трансверсиям.

Для выполнения следующих реконструкций дерева, были подстчитаны попарные расстояния между последовательностями:

fdnadist leafs1.fasta -ttratio 1 -auto

Используя полученный файл, была проведена реконструкция дерева алгоритмом Neighbor-joining:

fneighbor leafs1.fdnadist -auto, (выходной файл был переименован в NJ_t.fneighbor)

и алгоритмом UPGMA

fneighbor leafs1.fdnadist -outfile UP_t.fneighbor -treetype u -auto 
I. Nucleic acid sequence Maximum Likelihood method, version 3.6b


  +----------------------------B         
  |  
  |                +------------------------F         
  |       +--------4  
  |       |        +------------------------E         
  1-------3  
  |       |    +-----------------D         
  |       +----2  
  |            +---------------C         
  |  
  +---------------A        
Выходной файл: M_L_M


II. Neighbor-Joining/UPGMA method version 3.6b

Neighbor-Joining method

  +------------------------------B         
  ! 
  !                +--------------C         
  !          +-----3 
  !          !     +------------------D         
  1----------4 
  !          !         +------------------------E         
  !          +---------2 
  !                    +-------------------------F         
  ! 
  +--------------A         

Выходной файл: N_J_M


III. Neighbor-Joining/UPGMA method version 3.6b

 UPGMA method

           +----------------------A         
      +----2 
      !    +----------------------B         
  +---4 
  !   !          +----------------C         
  !   +----------1 
--5              +----------------D         
  ! 
  !     +-------------------------E         
  +-----3 
        +-------------------------F 
Выходной файл: UP_M

Для сравнения составим сводную таблицу ветвей:
A B C D E F Исходное дерево Maximum Likelihood method Neighbor-Joining method UPGMA method
. . * * * * + + + +
* * . . * * + + + +
* * * * . . + + + +

Как видно из этой таблицы все три алгоритма воссоздали исходные деревья. Стоит так же отметить, что UPGMA создал укоренённое дерево.
© designed by Alex Makarov