Реконструкция филогенетических деревьев

С помощью таксономического сервиса NCBI определим к каким таксонам относятся отобранные ранее бактерии. Результаты преставлены в табл.1.

Табл.1. Таксономия отобранных видов

На рис.1. представлено филогенетическое дерево, на котором обозначены таксоны. Таким образом, пять организмов относятся к классу Bacilli, из них три к отряду Bacillales и два к отряду Lactobacillales, и три к классу - Clostridia, к отряду Clostridiales.

Рис.1. Филогенетическое дерево с указанием таксонов. Красным обозначены классы, синим - отряды, зеленым - семейства.

С помощью Swiss-Prot получим последовательности рибосомальных белков S2 из восьми отобранных бактерий. Поместим все последовательности в один файл sequences.fasta. Импортируем невыровненные последовательности в JalView и воспользуемся программой MUSCLE, чтобы получить выравнивание, которое представлено на рис.2. Также выравнивание преставлено в fasta-файле alignment.fasta и проекте JalView alignment.jar.

Рис.2. Выравнивание рибосомальных белков S2 в "блочной" форме из восьми отобранных ранее бактерий. Выравнивание окрашено по проценту идентичности.

Диагностические позиции выравнивания:
• Лизин на 66-ом месте, лейцин на 154-ом, валин на 159-ом говорят о принадлежности последовательности к семейству Clostridiaceae.
• Гистидин на 91-ом месте, метионин на 101-ом, аспарагин на 147-ом свидетельствуют о принадлежности к отряду Clostridiales.
• Триптофан на 105-ом месте может говорить о том, что последовательность относится к отряду Lactobacillales.
• Глутамин на 109-ом и лизин на 139-ом месте говорит о принадлежности последовательности к классу Bacilli.

Реконструируем филогенетическое дерево четырьмя методами, доступными из JalView. Далее поочередно сравним полученное дерево с правильно составленнным.

Average distance tree using % identity	Правильное дерево

• Ветви, присущие только дереву, построенному JalView:
  1. {BACAN, BACSU, GEOKA,ENTFA} против {LACAC,CLOB1, CLOTE,FINM2}
  2. {LACAC, FINM2} против {BACAN, BACSU, CLOB1, CLOTE, ENTFA, GEOKA}
• Ветви, присущие только правильному дереву:
  1. {LACAC, ENTFA} против {BACAN, BACSU, CLOB1, CLOTE, FINM2, GEOKA}
  2. {CLOB1, CLOTE, FINM2} против {BACAN, BACSU, ENTFA, LACAC, GEOKA}

Average distance tree using BLOSUM62	Правильное дерево

• Ветви, присущие только дереву, построенному JalView:
  1. {FINM2,LACAC, ENTFA} против {BACAN, BACSU, CLOB1, CLOTE,GEOKA}
• Ветви, присущие только правильному дереву:
  1. {CLOB1, CLOTE, FINM2} против {BACAN, BACSU, ENTFA, LACAC, GEOKA}

Neighbour joining tree using % identity	Правильное дерево

• Ветви, присущие только дереву, построенному JalView:
  1. {BACAN, BACSU, GEOKA,ENTFA} против {LACAC,CLOB1, CLOTE,FINM2}
• Ветви, присущие только правильному дереву:
  1. {LACAC, ENTFA} против {BACAN, BACSU, CLOB1, CLOTE, FINM2, GEOKA}
  2. {LACAC, ENTFA,BACAN, BACSU,GEOKA} vs {CLOTE, FINM2, GEOKA}

Neighbour joining tree using BLOSUM62	Правильное дерево

• Ветви, присущие только дереву, построенному JalView:
  1. {BACAN, BACSU, GEOKA, CLOB1, CLOTE} против {LACAC, FINM2,ENTFA}
• Ветви, присущие только правильному дереву:
  1. {CLOB1, CLOTE, FINM2} против {BACAN, BACSU, ENTFA, LACAC, GEOKA}
  2. {LACAC,ENTFA} vs {CLOB1, CLOTE, FINM2,BACAN, BACSU,GEOKA}

Реконструируем дерево методом "Maximum Parsimony", для этого в программу MEGA импортируем выравнивание в fasta-формате alignment.fasta. Полученное дерево представлено на рис.2. Далее укореним дерево в наиболее правильную ветвь(рис.3).

Рис.2. Дерево, полученное методом "Maximum Parsimony"

Рис.3. Укорененное дерево

Как можно заметить, дерево отличается от правильного, но незначительно. Из пяти нетривиальных ветвей, присутствующих в правильном дереве, три присутствуют и в реконструированном методом "Maximum Parsimony":

Присутствуют: {GEOKA,BACAN,BACSU} против {LACAC,ENTFA,FINM2,CLOTE,CLOB1}, {FINM2,CLOTE,CLOB1} против {GEOKA,BACAN,BACSU,LACAC,ENTFA}, {CLOTE,CLOB1} против {GEOKA,BACAN,BACSU,LACAC,ENTFA,FINM2}.
Отсутствуют: {BACAN,BACSU} против {GEOKA,LACAC,ENTFA,FINM2,CLOTE,CLOB1}, {LACAC,ENTFA} против {GEOKA,BACAN,BACSU,FINM2,CLOTE,CLOB1}.

Это объясняется тем, что для реконструкции дерева, мы рассматриваем только один рибосомный белок S2.