Занятие 1.


Цель занятия: поработать с филогенетическим деревом нескольких бактерий. На следующих занятиях это дерево будет сравниваться с реконструкциями филогении по последовательностям белков.

Отобранные бактерии:

НазваниеМнемоника
Bacillus anthracisBACAN
Clostridium botulinumCLOB1
Finegoldia magnaFINM2
Lactobacillus acidophilusLACAC
Listeria monocytogenesLISMO
Staphylococcus aureusSTAA1
Streptococcus pyogenesSTRP1

Скобочная формула дерева:

 ((CLOB1, FINM2),((LACAC, STRPN),((BACAN, LISMO), STAA1)));

Изображение дерева:


Ветви дерева:

Дерево содержит 3 нетривиальные ветви:
1) {BACAN, LISMO} против {STAA1, LACAC, STRPN, CLOB1, FINM2}
2) {BACAN, LISMO, STAA1} против {LACAC, STRPN, CLOB1, FINM2}
3) {BACAN, LISMO, STAA1, CLOB1, FINM2} против {LACAC, STRPN}

1. Пользуясь таксономическим сервисом NCBI, было определено, что данные бактерии относятся к следующим таксонам:

Bacillus anthracis : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Bacillaceae; Bacillus; Bacillus cereus group
Clostridium botulinum : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Clostridia; Clostridiales; Clostridiaceae; Clostridium
Finegoldia magna : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Clostridia; Clostridiales; Clostridiales incertae sedis; Clostridiales Family XI. Incertae Sedis; Finegoldia
Lactobacillus acidophilus : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Lactobacillaceae; Lactobacillus
Listeria monocytogenes : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Listeriaceae; Listeria
Staphylococcus aureus : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae; Staphylococcus
Streptococcus pyogenes : root; cellular organisms; Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Streptococcaceae; Streptococcus


Если сопоставить изображение дерева и данные полученные сервисом NCBI, то видно, что на дереве отобранных бактерий есть ветви, выделяющие какие-нибудь из таксонов:

1) Отходящая от корня ветвь разделяется на 2 ветви, разделяющие классы Clostridia (верхняя) и Bacilli (нижняя).
2) Нижняя ветвь разделяется на 2 ветви, соответствующим порядкам Lactobacillales (верхняя) и Bacillales (нижняя).
3) Ветвь, соответствующая порядку Bacillales, разделяется на семейства Bacillaceae (верхняя), Listeriaceae (средняя) и Staphylococcaceae (нижняя).

2. Реконструкция дерева на основании выравнивания(с помощью программы muscle) выбранных ранее белков и фактор элонгации трансляции Ts программой fprotpars.


скобочная формула: (((((EFTS_STAA1,EFTS_BACAN),EFTS_LISMO),(EFTS_FINM2,EFTS_CLOB1)), EFTS_STRP1),EFTS_LACAC);
Общих ветвей с правильным деревом 3:{LACAC, STRP1}против {BACAN, LISMO, STAA1,FINM2, CLOB1}, {FINM2, CLOB1}против {BACAN, LISMO, STAA1,LACAC, STRP1}, {BACAN, LISMO, STAA1} против {LACAC, STRP1, FINM2, CLOB1}.

3. Оценка эволюционных расстояний

 
            EFTS_LACAC EFTS_STRP1 EFTS_CLOB1 EFTS_FINM2 EFTS_LISMO EFTS_BACAN EFTS_STAA1

EFTS_LACAC  0.000000   0.417534   1.030063   0.840702   0.799293   0.795829   0.746434
  
EFTS_STRP1  0.417534   0.000000   1.133174   0.869057   0.825243   0.871535   0.819417
  
EFTS_CLOB1  1.030063   1.133174   0.000000   0.640800   0.817756   0.854007   0.831040
  
EFTS_FINM2  0.840702   0.869057   0.640800   0.000000   0.623031   0.661217   0.633879
  
EFTS_LISMO  0.799293   0.825243   0.817756   0.623031   0.000000   0.449536   0.455759
                                                                  
EFTS_BACAN  0.795829   0.871535   0.854007   0.661217   0.449536   0.000000   0.374539
  
EFTS_STAA1  0.746434   0.819417   0.831040   0.633879   0.455759   0.374539   0.000000

Отклонение от ультраметричности

Рассмотрим LACAC, CLOB1, STRP1. 
d(CLOB1,STRP1) = 1.133174  > d(STRP1, LACAC) = 0.417534     =>   d(CLOB1,LACAC) == d(CLOB1,STRP1) - так должно быть 

Но: d(CLOB1,LACAC) = 1.030063, а d(CLOB1,STRP1) = 1.133174  - отклонение от ультраметричности на 0.103111

Отклонение от аддитивности

Рассмотрим LACAC, CLOB1, STRP1, LISMO. 
d(LACAC,STRP1) = 0.417534  |  Суммы:
d(LACAC,CLOB1) = 1.030063  |  1) 0.417534 + 0.817756 = 1,235290
d(LACAC,LISMO) = 0.799293  |  2) 1.030063 + 0.825243 = 1,855306
d(STRP1,CLOB1) = 1.133174  |  3) 0.799293 + 1.133174 = 1,932367
d(STRP1,LISMO) = 0.825243  |
d(CLOB1,LISMO) = 0.817756  |  Отклонеие: 0,077061

4. Реконструкция дерева программой fneighbor

Алгоритм Neighbor-Joining


Общие ветви с правильным деревом: {FINM2, CLOB1}против {BACAN, LISMO, STAA1,LACAC, STRP1}, {BACAN, LISMO, STAA1} против {LACAC, STRP1, FINM2, CLOB1}.

Алгоритм UPGMA


Корень дерева:{LACAC, STRP1}против {BACAN, LISMO, STAA1,FINM2, CLOB1}Полученный результат опять отличается от правильного дерева. общие ветви: {BACAN, LISMO, STAA1} против {LACAC, STRP1, FINM2, CLOB1}, {LACAC, STRP1}против {BACAN, LISMO, STAA1,FINM2, CLOB1}


Четвертый семестр
© Чернецова Даша