Практикум 3. Укоренение. Сравнение деревьев. Бутстрэп

Реконструкция дерева по нуклеотидным последовательностям (12S rRNA)

Дерево реконструировано по генам малой РНК митохондриальных рибосом (12S rRNA). Последовательности вырезаны из полных митохондриальных геномов и выровнены программой MUSCLE. Построение выполнено программой IQ-TREE с моделью JC (Jukes-Cantor) и алгоритмом максимального правдоподобия (ML). Дерево укоренено методом средней точки. Бутстреп не проводился.

Дерево по 12S рРНК — **Рис. 1.** Дерево, реконструированное программой IQ-TREE по последовательностям 12S рРНК (модель JC, алгоритм ML, укоренение — midpoint, бутстреп отсутствует).

Сравнивая полученное дерево с таксономией, можно отметить, что сохраняются клады близкородственных видов: DROME+DROMA (плодовые мухи) и AEDAE+(ANOQU+ANOGA) (комары). Однако положение базальных таксонов (APILI, TETBI) значительно отличается от ожидаемого, что связано с недостаточной информативностью 12S рРНК для разрешения древних дивергенций.

Дерево по CytB IQ-TREE — **Рис. 4.** Дерево, реконструированное программой IQ-TREE по последовательностям цитохрома B (CytB) (модель JC, алгоритм ML, укоренение midpoint, бутстреп отсутствует.)

Сравнение деревьев по 12S рРНК и по цитохрому B показывает, что основные клады двукрылых (DROME+DROMA, AEDAE+(ANOQU+ANOGA)) сохраняются во всех реконструкциях. Однако топология в средней части различается, что объясняется разной скоростью эволюции этих генов и различными моделями, использованными при реконструкции.

Укоренение во внешнюю группу

В качестве внешней группы выбран таксон RHISA (Rhipicephalus sanguineus, Chelicerata), так как он не относится к подтипу Mandibulata, к которому принадлежат все остальные организмы. Совместное дерево построено по 12S рРНК программой IQ-TREE (модель JC, алгоритм ML) с указанием внешней группы через параметр -o RHISA.

Укорененное дерево — **Рис. 5.** Дерево, реконструированное программой IQ-TREE по последовательностям 12S рРНК (модель JC, алгоритм ML, укоренение — на ветвь, ведущую к внешней группе RHISA, бутстреп отсутствует).

Добавление внешней группы не изменило топологию исходной группы организмов (по сравнению с рис. 1). Корень корректно расположился на ветви, ведущей к клещу RHISA, что подтверждает его базальное положение относительно всех остальных членистоногих. Укоренение является биологически обоснованным.

Бутстреп

Для оценки достоверности ветвей была повторена реконструкция по 12S рРНК с использованием программы FastME (модель p-distance, алгоритм ME) и 100 реплик бутстрепа. Дерево укоренено на ветвь, ведущую к внешней группе RHISA. Поддержка отображена в iTOL в виде чисел.

Бутстрэп-дерево — **Рис. 6.** Дерево, реконструированное программой FastME по последовательностям 12S рРНК (модель p-distance, алгоритм ME, укоренение — на ветвь, ведущую к внешней группе RHISA, бутстреп — 100 реплик).

Анализ бутстреп-поддержки подтверждает достоверность правильно реконструированных клад: DROME+DROMA (поддержка 88) и AEDAE+(ANOQU+ANOGA) (поддержка 90/91) имеют высокие значения. В то же время ветви, реконструированные ошибочно (например, положение APILI в базальной части), имеют поддержку 0, что указывает на их статистическую недостоверность. Это согласуется с предположением о том, что неправильные топологии имеют низкую поддержку.