Семестры

Реконструкция филогенетического дерева.
Ортологи и паралоги.

В данном практикуме нам нужно было найти гомологов белка CLPX_ECOLI для выбранных бактерий, а потом изучить ортологов и паралогов и сравнить с имеющейся систематикой.
Для анализа были выбраны 7 бактерий со следующими мнемониками:

AROAE HAEIN ROSDO THIDA BORPE RHIME SERP5

Рис. 1. Филогенетическое дерево для 7 выбранных видов бактерий.

На рисунке 1 изображено филогенетическое дерево, включающее выбранные бактерии.

Для обнаружения гомологов CLPX_ECOLI нужно было совершить поиск программой blastp по базе данных, состоящей из последовательностей белков 7 выбранных бактерий. Была создана база данных:
makeblastdb -in proteins.fasta -dbtype prot -parse_seqids -out clpx_db

Далее был проведен поиск по последовательности белка CLPX_ECOLI по базе данных: blastp -query CLPX_ECOLI.fasta -db clpx_db -out blast_results.txt -evalue 1e-05 -outfmt 6

Результаты blast: blast_results.txt

Результаты IQtree: clpx_hslu.nwk

В отдельный список были сохранены id найденных белков:
cut -f2 blast_results.txt > id_list.txt
При помощи Pyhton-скрипта в один fasta файл были сохранены последовательности для всех отобранных белков: ./get_seq_by_ids.py
После этого программой mafft было сделано выравнивание и программой IQtree построено дерево, укорененное в среднюю точку, с количеством бутстреп реплик равным 1000. На рисунке 2 изображено полученное дерево.

Рис. 2. Филогенетическое дерево, построенное по выравниванию гомологов белка CLPX E.coli, полученных при помощи программы blast. Разным цветом окрашены различные ортогруппы.
Рис. 3. Филогенетическое дерево со схлопнутыми ортогруппами, построенное по выравниванию гомологов белка CLPX E.coli, полученных при помощи программы blast. Разным цветом окрашены различные ортогруппы: зеленый - CLPX, красный - HSLU.

Из рисунка 2 мы видим, что белки HSLU и белки CLPX являются паралогами. В это же время для них обоих мы имеем по 7 ортологов.

То есть у каждой из бактерий есть по одному белку из двух ортогрупп.

3 пары ортологов: CLPX_ROSDO и CLPX_RHIME, CLPX_ROSDO и CLPX_SERP5, CLPX_BORPE и CLPX_AROAE.

3 пары паралогов: CLPX_ROSDO и HSLU_ROSDO, CLPX_BORPE и HSLU_BORPE, CLPX_HAEIN и HSLU_HAEIM.

На рисунке 3 изображено то же дерево, но со схлопнутыми ортологическими группами. При анализе полученных изображений деревьев мы видим, что филогенетика видов бактерий совпадает с полученной эволюцией белка с мнемоникой HSLU (ATP-dependent protease ATPase subunit HslU, помечены красным цветом) и не совпадает с белком с мнемоникой CLPX (ATP-dependent Clp protease ATP-binding subunit ClpX, помечены зеленым цветом).
В ортогруппе отличается положением CLPX_THIDA и клады (CLPX_HAEIN, CLPX_SERP5). Если поменять их местами, то топология будет совпадать.

Состав ортогруппы CLPX: CLPX_ AROAE, HAEIN, ROSDO, THIDA, BORPE, RHIME, SERP5.

Состав ортогруппы HSLU: HSLU_ AROAE, HAEIN, ROSDO, BORPE RHIME, SERP5; Q3SFW1_THIDA.

На основе полученных данных можно говорить о том, что для паралогов может быть характерна разная скорость эволюции для разных видов, из-за чего и появляются различия в топологии филогенетического дерева.