Главная страница > Четвертый семестр > Моделирование и реконструкция эволюции гена  

Моделирование и реконструкция эволюции гена

Скобочная формула для описания судьбы гена PYRG_ECOLI:

(((((А:25,B:25):40,C:65):5,D:70):5,E:70):30,F:120);

По заданной скобочной формуле с помощью программы Paint было построено дерево:

На данном рисунке представлено укорененное бинарное дерево. 

Описание дерева, как разбиения множества листьев 

                                                     A B C D E F
                                                     . . * * * *
                                                     . . . * * *
                                                     . . . . * *
На данной схеме показана топология исcледуемого дерева. Три строки соответствуют 
внутренним ветвям, от которых отходят внешние ветви с листьями (точками обозначены листья, 
отходящие от узла внутренней ветви, а звездочками - все остальное).

Получение искусcтвенных мутантных последовательностей
Для получения искусственных мутантных последовательностей была использована программа 
msbar пакета EMBOSS. Длина гена PYRG_ECOLI - 1638 н.п.. 
Формула для пересчета расстояний (D) в число мутаций (N):


N=1638*D/100



Мутантные последовательности получены с помощью следующего скрипта.
Результат записан в файле mut.fasta.
Используя полученные мутантные последовательности, соответствующие листьям, тремя различными 
алгоритмами были реконструированы деревья.
Метод максимального правдоподобия
fdnaml mut.fasta -ttratio 1 -auto
Результат


            +---------C         
         +--1  
         |  +-----------D         
  +------2  
  |      |    +----------------------------------F         
  |      +----3  
  |           +------E         
  |  
  4---B         
  |  
  +----A         
   
Алгоритм UPGMA
fdnadist mut.fasta -ttratio 1 -auto

fneighbor mut.fdnadist -treetype u -auto
Результат

                                     +-----A         
                           +---------1 
                         +-2         +-----B         
                         ! ! 
                       +-3 +---------------C         
                       ! ! 
  +--------------------4 +-----------------E         
  !                    ! 
--5                    +-----------------D         
  ! 
  +--------------------------------------F         
    
Алгоритм Neighbor-joining
fdnadist mut.fasta -ttratio 1 -auto

fneighbor mut.fdnadist -auto
Результат

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

Сравнение топологий

ABCDEF
Заданное дерево
ML
UPGMA
NJ
..****
+
+
+
+
...***
+
-
+
-
....**
+
+
-
+
..*.**
-
-
-
+
**..**
-
+
-
-
***.*.
-
-
+
-


У дерева, построенного методом UPGMA, нет внутренней ветви, отделящщей 
листья ABCD от листьев EF, и еще он единственный строит укорененное дерево. В методе максимального правдоподобия
и Neighbor-joining ветви, содержащие листья С и D как бы "поменялись местами", и 
поэтому в них отсутствует внутренняя ветвь, отделяющая листья А, В, С от листьев D, E и F.
Вообще метод UPGMA не всегда применим, и не позволяет всегда построить максимально приближенное к идеальному дерево. 
В целом, ни один метод не показывает полного сходства топологий с реальным деревом.  
Поэтому не надо использовать лишь один метод, необходимо 
применять их в совокупности и сравнивать построенные деревья. 

  


  
 
    ©   Алипер Александр Миронович