Реконструкция филогенетических деревьев

Пользуясь таксономическим сервисом NCBI, определила, к каким таксонам относятся отобранные мной бактерии (табл. 1).

Таблица 1. Таксономическая принадлежность выбранных мной бактерий.

Класс Порядок Семейство Род Вид
Clostridia Clostridiales Clostridiaceae Clostridium Clostridium botulinum
Clostridia Clostridiales Clostridiaceae Clostridium Clostridium tetani
Bacilli Lactobacillales Enterococcaceae Enterococcus Enterococcus faecalis
Clostridia Clostridiales Clostridiales Family XI. Incertae Sedis Finegoldia Finegoldia magna
Bacilli Lactobacillales Lactobacillaceae Lactobacillus Lactobacillus acidophilus
Bacilli Lactobacillales Lactobacillaceae Lactobacillus Lactobacillus delbrueckii
Bacilli Lactobacillales Streptococcaceae Lactococcus Lactococcus lactis
Bacilli Lactobacillales Streptococcaceae Streptococcus Streptococcus pyogenes

На дереве отобранных бактерий есть ветви, выделяющие таксоны (рисунок 1); ветви, соответствующие разным таксонам, выделены разными цветами, обозначенными в таблице 1.

Рисунок 1. Филогенетическое дерево выбранных организмов.

Из списка функций белков выбрала одну - фактор элонгации трансляции Ts, по белкам соответствующего семейства далее будет реконструировано филогенетическое дерево. Получила из Swiss-Prot последовательности белков с данной функцией из отобранных бактерий с помошью команды seqret.

Поместила последовательности в один fasta-файл и отредактировала названия последовательностей, оставив только мнемонику видов. Создала выравнивание отобранных белков с помощью Web service в JalView (ссылка на проект в формате jar) и (ссылка на выравнивание в формате fasta). Ниже приведено изображение выравнивания (рисунок 1) в блочном формате (Format > Wrap) с блоками шириной 100 остатков, с раскраской по проценту идентичности.

В данном выравнивании есть диагностические позиции, которые выделены цветными прямоугольниками на рисунке 1. Цвета прямоугольников таксонов соответствуют цветам таксонов в таблице 1.

По выделенным диагностическим позициям видно, что много диагностических позиций, соответствующих порядкам.

Рисунок 2. Выравнивание белков, созданное в программе Jalview, и выделенные прямоугольниками диагностические позиции таксонов.

Реконструировала филогенетическое дерево четырьмя методами, доступными из JalView (меню Calculate > Calculate tree). Каждое дерево сохранила в Newick-формате в файл с соответствующим названием. В отчёте привела изображения деревьев, сделанные программой Mega (рисунки 3-6).

Рисунок 3. Филогенетическое дерево выбранных организмов с использованием параметров average distance using % identity.

В данном дереве есть две общая ветвь с правильным деревом - {CLOB1, CLOTE, FINM2} против {ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1} и {CLOB1, CLOTE} против {FINM2, ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}, а все остальные ветви "уникальны":

  1. {CLOB1, CLOTE, FINM2, ENTFA} против {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}
  2. {LACAC, LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACLM}
  3. {LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, LACLM}

Рисунок 4. Филогенетическое дерево выбранных организмов с использованием параметров neighbour joining using % identity.

Те же ветви одинаковы с правильным деревом: {CLOB1, CLOTE, FINM2} против {ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1} и {CLOB1, CLOTE} против {FINM2, ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}; отличаются:

  1. {CLOB1, CLOTE, FINM2, ENTFA} против {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}
  2. {LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, LACLM}
  3. {LACAC, LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACLM}

Рисунок 5. Филогенетическое дерево выбранных организмов с использованием параметров average distance using BLOSUM62.

Здесь сохранилась только ветвь {CLOB1, CLOTE} против {FINM2, ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}, а появились ветви:

  1. {CLOB1, CLOTE, ENTFA} против {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1, FINM2}
  2. {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1} против {CLOB1, CLOTE, FINM2, ENTFA}
  3. {LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, LACLM}
  4. {LACLM, LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC}

Рисунок 6. Филогенетическое дерево выбранных организмов с использованием параметров neighbour joining using BLOSUM62.

Здесь также сохранилась только ветвь {CLOB1, CLOTE} против {FINM2, ENTFA, LACAC, LACDA, LACLM, STRP1}, появились ветви:

  1. {CLOB1, CLOTE, ENTFA} против {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1, FINM2}
  2. {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1} против {CLOB1, CLOTE, FINM2, ENTFA}
  3. {LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, LACLM}
  4. {LACLM, LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC}
  5. {LACAC, LACDA, LACLM, STRP1, ENTFA} против {CLOB1, CLOTE, FINM2}

Импортировала выравнивание (файл в fasta-формате) в программу Mega, выбрав при импорте "Analyze". Реконструировала дерево методом "Maximum Parsimony". Укоренила дерево в наиболее правильную, с моей точки зрения, ветвь. Ниже приведено изображение дерева (рисунок 7).

Рисунок 7. Укорененное дерево выбранных организмов, сделанное в программе Mega.

Единственное, что возможно было сделать с деревом, полученным таким методом, чтобы сделать его похожим на правильное, это сделать укоренение таким образом, чтобы таксономически правильно были разделены порядки. Данное дерево отличается от правильного тем, что в нем содержит ветви:

  1. {LACDA, STRP1} против {ENTFA, CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, LACLM},
  2. {LACLM, STRP1, LACDA} против {CLOB1, CLOTE, FINM2, LACAC, ENTFA},
  3. {LACLM, STRP1, LACDA, LACAC} против {CLOB1, CLOTE, FINM2, ENTFA}.

 

 

© Дудина Дарья.