Филогенетические деревья

Моделирование эволюции гена

Изображение дерева, описанного заданной формулой.
Скобочная структура дерева: ((((А:40,В:40):10,(С:25,D:25):5):50,Е:90):30,F:120);
Таблица ветвей как разбиений:
```
A B C D E F 
* * . . . .
* * * * . .
* * . . * *
```

Длина гена белка GLMU_ECOLI составляет 1371 п.н.
Для пересчета расстояний в число мутаций в гене использовалась формула: (длина гена)*(чилсо мутаций)/100 = 6,97*(число мутаций).
Мутантные последовательности были получены при помощи скрипта:

   msbar my.fasta ABCDE.fasta -point 4 -count 411 -auto
   msbar my.fasta F.fasta -point 4 -count 1645 -auto
   msbar ABCDE.fasta E.fasta -point 4 -count 1234 -auto
   msbar ABCDE.fasta ABCD.fasta -point 4 -count 686 -auto
   msbar ABCD.fasta AB.fasta -point 4 -count 137 -auto
   msbar ABCD.fasta CD.fasta -point 4 -count 69 -auto
   msbar AB.fasta A.fasta -point 4 -count 548 -auto
   msbar AB.fasta B.fasta -point 4 -count 548 -auto
   msbar CD.fasta C.fasta -point 4 -count 343 -auto
   msbar CD.fasta D.fasta -point 4 -count 343 -auto
   cat A.fasta >> mutants.fasta  
   cat B.fasta >> mutants.fasta  
   cat C.fasta >> mutants.fasta  
   cat D.fasta >> mutants.fasta  
   cat E.fasta >> mutants.fasta  
   cat F.fasta >> mutants.fasta

По полученным мутантным последовательностям дерево было восстановлено следующими тремя алгоритмами:

алгоритмом максимального правдоподобия


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

алгоритмом UPGMA

                          +---------A         
             +------------3 
             !            ! +---------B         
             !            +-2 
  +----------4              !   +-----C         
  !          !              +---1 
  !          !                  +-----D         
--5          ! 
  !          +----------------------E         
  ! 
  +---------------------------------F

Дерево, построенное по алгоритму UPGMA, укоренено, при этом корень поставлен в том же месте, что и в реальном дереве.

алгоритмом Neighbor-joining
```
  +------B         
  ! 
  !   +--C         
  ! +-3 
  ! ! +---D         
  2-4 
  ! !        +-------------E         
  ! +--------1 
  !          +----------------------------F         
  ! 
  +------A         

 
```
Алгоритмам Neighbor-joining и алгоритм максимального правдоподобия восстанавливают неукоренённые деревья. Алгоритм максимального правдоподобия и NJ поставили корень в одном и том же месте случайным образом. Он не совпадает с реальным.

Сравнение деревьев между собой и с правильным деревом.

A B C D E F Истинное дерево Максимальное правдоподобие Neighbor-joining UPGMA

* * . . . . + + + -

* * * * . . + + + +

* * . . * * + + + +

. * * * . . - - - +

Таким образом, набор ветвей, встречащийся в трех вариантах одинаков. UPGMA неправильно реконструировала одну внутреннюю ветвь. Длины ветвей реконструированных деревьев пропорционально соответствуют реальным длинам.

Bootstrap и drawtree

Бутстреп-анализ выравнивания мутированных последовательностей
Для проведения бутстреп-анализа были выполнены следующие команды:
Создание 100 реплик выравнивания с помощью программы fseqboot:
fseqboot mutants.fasta -auto
Построение 100 деревьев по алгоритму максимального сходства (отношение количества транзиций к трансверсиям задаётся равным 1):
fdnaml mutants.fasta -ttratio 1 -auto
Получение результатов бутстреп-анализа:
fconsense mutants.treefile
```
 
A B C D E F 
. . . . * *    78.00
* * . . . .    77.00
* * . . * *    68.00
```
Консенсусное дерево по разбиению ветвей совпало с реальным деревом. Рядом с разбиением каждой ветви указано ее бутстреп-значение, определяющееся, как частота встерчаемости данной ветви среди среди построенных 100 деревьев. С помощью этих значений можно определить надежность каждой ветви - > 50%.
консенсусное дерево:
```
     

  +---------------------------C
  |
  |                    +------F
  |             +-78.0-|
  |             |      +------E
  |      +-77.0-|
  |      |      |      +------B
  +------|      +-68.0-|
         |             +------A
         |
         +--------------------D
```
Изображение реального дерева, построенное по скобочной формуле программой fdrawtree

A B C D E F	Истинное дерево	Максимальное правдоподобие	Neighbor-joining	UPGMA
* * . . . .	+	+	+	-
* * * * . .	+	+	+	+
* * . . * *	+	+	+	+
. * * * . .	-	-	-	+