Практикум 2. Алгоритмы филогенетической реконструкции

Краткий экскурс в таксономию

DROME — плодовая муха (Drosophila melanogaster, Diptera)
DROMA — плодовая муха (Drosophila mauritiana, Diptera)
ANOGA — малярийный комар (Anopheles gambiae, Diptera)
ANOQU — малярийный комар (Anopheles quadrimaculatus, Diptera)
AEDAE — комар (Aedes aegypti, Diptera)
COLHO — мясная муха (Cochliomyia hominivorax, Diptera)
APILI — медоносная пчела (Apis mellifera, Hymenoptera)
ARTSF — жаброногий рачок артемия (Artemia franciscana, Branchiopoda)
SAMRI — шелкопряд (Samia ricini, Lepidoptera)
OSTNU — кукурузный мотылек (Ostrinia nubilalis, Lepidoptera)
TETBI — ногохвостка (Tetrodontophora bielanensis, Collembola)
LOCMI — перелетная саранча (Locusta migratoria, Orthoptera)
RHISA — бурый собачий клещ (Rhipicephalus sanguineus, Chelicerata)

Модель p-distance

Эталонное дерево видов — Рис. 1. Сравнение эталонного дерева видов и дерева, реконструированного по аминокислотным последовательностям цитохрома B программой FastME (p-distance, алгоритм минимальной эволюции). Дерево укоренено по ветви RHISA. Сверху — дерево видов, снизу — реконструкция.

Реконструированное дерево FastME p-distance — Рис. 1. Сравнение эталонного дерева видов и дерева, реконструированного по аминокислотным последовательностям цитохрома B программой FastME (p-distance, алгоритм минимальной эволюции). Дерево укоренено по ветви RHISA. Сверху — дерево видов, снизу — реконструкция.

На реконструированном дереве правильно восстановлены клады Lepidoptera (OSTNU, SAMRI), Culicidae (AEDAE, ANOQU, ANOGA), Brachycera (COLHO, DROME, DROMA) и Diptera. Однако глубокие ветвления реконструированы неверно: APILI отделяется слишком рано, TETBI — раньше ARTSF, а Lepidoptera не образует сестринскую кладу с Diptera.

Модель MtREV

Реконструированное дерево FastME MtREV — Рис. 2. Сравнение эталонного дерева видов и дерева, реконструированного по аминокислотным последовательностям цитохрома B программой FastME (модель MtREV, алгоритм минимальной эволюции). Дерево укоренено по ветви RHISA. Сверху — дерево видов, снизу — реконструкция.

По сравнению с p-distance топология частично изменилась: ARTSF и TETBI образовали ошибочную сестринскую кладу. Неправильное положение APILI и Lepidoptera сохранилось. При этом правильно восстановлены клады Lepidoptera, Culicidae, Brachycera и Diptera. Таким образом, MtREV не устранила основные ошибки реконструкции.

Модель LG (метод максимального правдоподобия)

Реконструированное дерево IQ-Tree — Рис. 3. Дерево, реконструированное по аминокислотным последовательностям цитохрома B программой IQ-TREE (модель LG, алгоритм максимального правдоподобия). Дерево укоренено по ветви RHISA.

Дерево IQ-TREE имеет ту же топологию, что и дерево FastME с p-distance. Правильно восстановлены клады Lepidoptera, Culicidae, Brachycera и Diptera. Однако сохраняются ошибки положения APILI, порядка отделения ARTSF и TETBI, а также Lepidoptera относительно Diptera. Метод максимального правдоподобия не исправил основные ошибки реконструкции.

Все три метода правильно восстановили несколько близкородственных групп, но допустили ошибки в глубоких ветвлениях. Деревья FastME с p-distance и IQ-TREE совпали по топологии, тогда как MtREV дала несколько иной результат.