1. Практикум 1. Филогенетическое дерево
    2.
  2. Практикум 2. Реконструкция филогении
    3.
  3. Практикум 3. Укоренение с использованием внешней группы и бутстреп
    4.

Практикум 1. Филогенетическое дерево

Для дальнейшей работы были выбраны несколько видов бактерий:

Таблица 1 Названия и мнемоники выбранных бактерий
№ Название вида мнемоника
1 Agrobacterium fabrum AGRFC
2 Aromatoleum aromaticum AROAE
3 Neisseria meningitidis NEIMA
4 Polynucleobacter asymbioticus POLAQ
5 Proteus mirabilis PROMH
6 Rhizobium meliloti (он же Sinorhizobium melioti - теперь называется Ensifer melioti) RHIME
7 Roseobacter denitrificans ROSDO
8 Thiobacillus denitrificans THIDA

Скобочная формула дерева:


      ((ROSDO, (AGRFC, RHIME)), (PROMH, (NEIMA, (POLAQ, (AORAE, THIDA)))));
Рис. 1.1 Изображение дерева

Нетривиальные ветви в этом дереве:

  1. {RHIME, AGRFC} vs {ROSDO, PROMH, NEIMA, POLAQ, THIDA, AORAE}
  2. {RHIME, AGRFC, ROSDO} vs {PROMH, NEIMA, POLAQ, THIDA, AORAE}
  3. {RHIME, AGRFC, ROSDO, PROMH} vs {NEIMA, POLAQ, THIDA, AORAE}
  4. {RHIME, AGRFC, ROSDO, PROMH, NEIMA, POLAQ} vs {THIDA, AORAE}

      




      
Практикум 2. Реконструкция филогении

      
Задание 1


        
Не для всех нетривиальных ветвей дерева на NCBI Taxonomy выделяют отдельные клады:

          

            
Рис. 2.1 Изображение дерева с подписями

            
          


      
Задание 2

      
    
        
  1. Скачивание последовательностей белка
    
          
    Выбранная функция – PYRG. Это белок, участвующий в реакции АТФ-зависимого аминирования UTP до CTP.
    
          
    Получился вот такой запрос:
    


    
     PYRG_AGRFC, PYRG_AROAE, PYRG_NEIMA, PYRG_POLAQ, PYRG_PROMH, PYRG_RHIME,
     PYRG_ROSDO, PYRG_THIDA 


    2. 

        
  2. В полученном файле для удобства были изменены названия последовательностей
    
          
        
    3. 

        
  3. Реконструкция дерева тремя разными способами:
    

          
      
            
    • MAFFT → FastME (минимальная эволюция)
      
              
      Полученное дерево в формате Newick.
      
              
      Топология дерева получилась правильной, и можно сказать, что молекулярные часы в данном случае работают
                довольно неплохо, так как укоренение произошло в правильную ветвь.
      
              
      
                
      Рис. 2.2 Изображение неукоренённого реконструированного дерева
      
                
              
      
              
      
                
      Рис. 2.3 Изображение реконструированного дерева, укоренённого в середину
      
                
              
      
            
      • 

            
    • MAFFT → TNT (максимальная экономия)
      
              
      Полученное дерево в формате Newick.
      
              
      Тут тоже всё верно, только дерево должно быть неукоернённым, но нарисовано с укоренением, видимо, в случайное место, и если его переукоренить в ветвь, отделяющую ROSDO, RHIME и AGRFC от остальных, оно совпадёт с правильным. 
                Alphaproteobacteria.
      
              
      
                
      Рис. 2.4 Изображение неукоренённого реконструированного дерева
      
                
              
      
            
      • 

            
    • MAFFT → PhyML (максимальное правдоподобие)
      
              
      Полученное дерево в формате Newick.
      
              
      Тут с видами POLAQ, NEIMA и PROMH какая-то беда, а всё остальное вроде нормально.
      
              
      
                
      Рис. 2.5 Изображение неукоренённого реконструированного дерева
      
                
              
      
              
      
                
      Рис. 2.6 Изображение реконструированного дерева, укоренённого в середину
      
                
              
      
            
      • 

          
    


          
    
        
    4. 
      





      
Практикум 3. Укоренение и бутстреп

      
    
        
  1. Укоренение с использованием внешней группы
    
        
    Для укороенения с использованием внешней группы была дополнительно взята последовательность гомологичного белка из Bacillus subtilis – PYRG_BACSU. Для построения дерева я решила использовать конвейер MAFFT → FastME, так как он создал дерево с правильной топологией, в отличие от остальных, а также он считает длины ветвей.
    
        
        
    Полученное дерево в формате Newick.
    

        
    
          
    Рис. 3.1 Изображение дерева, укорренённого в ветвь, ведущую к внешней группе
    
          
        
    
        
    Как и можно было ожидать, укоренение во внешнюю группу, в данном случае, ничего не изменило, так как укоренение изначально произошло верно.
    
        
    2. 

        
  2. Бутстреп
    
          
    В данном случае не получится сравнить поддержку правильно реконструированных групп по сравнению с неправильно реконструированными, ни при использовании FastME, ни при использовании TNT, так как в обоих случаях все реконструированные ветви изначально были верными. Также просто исходя из принципа работы бутстрепа, можно предположить, что топология дерева не будет меняться.
    
        
    Использованный конвейер – MAFFT → FastME + бутстреп, 100 реплик.
    
        
    
          
    Рис. 3.2 Дерево, укоренённое в середину; поддержка ветвей указана под соответствующими ветвями.
    
          
        
    
        
    Поддежка всех ветвей оказалась довольно высокой, что согласуется с тем, что топология дерева верная.
    
        
    3. 

        
  3. Построение дерева по нуклеотидным последовательностям
    
          
    Я реконструировала дерево точно так же, конвейером MAFFT → FastME, но по последовательностям 16S рРНК. Некоторые такие последовательности, которые мне удалось найти, были только частичными.
    
        
    
          
    Рис. 3.3 Дерево, реконструированное по последовательности 16S рРНК (слева) и по последовательности белка PYRG (справа). Оба дерева реконструированиы с помощью конвейера MAFFT → FastME  и укоренены в среднюю точку.
    
            
        
    
        
    Как было сказано выше, дерево, изображённое справа, совпало с правильным. Дерево, изображенное слева, отличается от него взаимным расположением листьев POLAQ, THIDA и AORAE. В данном конкретном случае реконструкция по последовательности белка оказалась более удачной, чем реконструкция по последовательности 16S рРНК.
    
        
    4.