Friday, February 17, 2017. Posted by Marina Gladkova

Evolutionary trees.

Задание 1. Построение филогенетического дерева бактерий.



Для построения филогенетического дерева мной были выбраны 7 бактерий из списка. Работа велась в специализированной программе MEGA.

Основыне понятия:
Узел (node) — точка разделения предковой последовательности (вида, популяции) на две независимо эволюционирующие. Соответствует внутренней вершине графа, изображающего эволюцию.
Лист (leaf) — реальный (современный) объект; внешняя вершина графа.
Ветвь (branch) — связь между узлами или между узлом и листом; ребро графа.
Корень (root) — гипотетический общий предок.
Клада (clade) — группа организмов, представляющая собой всех потомков некоторого общего предка.


Отобранные бактерии

НазваниеМнемоника
Bacillus subtilisBACSU
Clostridium tetaniCLOTE
Enterococcus faecalisENTFA
Finegoldia magnaFINM2
Geobacillus kaustophilusGEOKA
Staphylococcus aureusSTAAR
Staphylococcus epidermidisSTAES


Скобочная формула 
((CLOTE, FINM2), (ENTFA, ((STAAR, STAES), (GEOKA, BASCU))));

Изображение дерева



Нетривиальные ветви

Ветвь называется нетривиальной, если она разбивает множество всех листьев на два подмножества, в каждом из которых более одного элемента - листа.

1) {CLOTE, FINM2} vs. {ENTFA, STAAR, STAES, GEOKA, BASCU}

2) {CLOTE, FINM2, ENTFA} vs. {STAAR, STAES, GEOKA, BASCU}

3) {CLOTE, FINM2, ENTFA, STAAR, STAES} vs. {GEOKA, BASCU}

4) {CLOTE, FINM2, ENTFA, GEOKA, BASCU} vs. {STAAR, STAES}

По формуле из всего (2n-3) ветвей n штук - тривиальных (число листьев), (n-3) штук - нетривиальных.

БактерияМнемоникаТаксономия
Bacillus subtilisBACSUTerrabacteria group; Firmicutes; Bacilli; Bacillales;
Bacillaceae; Bacillus; Bacillus subtilis group
Clostridium tetaniCLOTETerrabacteria group; Firmicutes; Clostridia;
Clostridiales; Clostridiaceae; Clostridium
Enterococcus faecalisENTFATerrabacteria group; Firmicutes; Bacilli;
Lactobacillales; Enterococcaceae; Enterococcus
Finegoldia magnaFINM2Terrabacteria group; Firmicutes; Tissierellia;
Tissierellales; Peptoniphilaceae; Finegoldia
Geobacillus kaustophilusGEOKATerrabacteria group; Firmicutes; Bacilli;
Bacillales; Bacillaceae; Geobacillus; Geobacillus
thermoleovorans group
Staphylococcus aureusSTAARTerrabacteria group; Firmicutes; Bacilli;
Bacillales; Staphylococcaceae; Staphylococcus
Staphylococcus epidermidisSTAESTerrabacteria group; Firmicutes; Bacilli;
Bacillales; Staphylococcaceae; Staphylococcus

Все указанные бактерии относятся к группе террабактерий, типу фирмикут. Внутри данного типа выдлеляются классы, в данной выборке это - Clostridia, Tissierellia (в них по одному представителю Clostridium tetani и Finegoldia magna соответственно) и Bacilli (оставшиеся 5 бактерий).

Нетривиальная ветвь 1 {CLOTE, FINM2} vs. {ENTFA, STAAR, STAES, GEOKA, BASCU} отделяет всех представителей класса Bacilli.

В нетривиальной ветви 2 {CLOTE, FINM2, ENTFA} vs. {STAAR, STAES, GEOKA, BASCU} выделен отряд Bacillales.

Ветвь 4 {CLOTE, FINM2, ENTFA, GEOKA, BASCU} vs. {STAAR, STAES} отделяет семейство Staphylococcaceae.




Задание 2. Реконструкция филогении.



Для реконструкции филогении были выбраны последовательности (из базы Uniprot) белка ENO - енолазы, также фосфопируватгидратазы, катализируещей переход 2-фосфо-D-глицериновой кислоты в фосфоенолпируват на предпоследнем этапе гликолиза. [1]

Программой Muscle в JalView было построено их выравнивание (от названия оставлена только мнемоника вида, покраска Clustalx).


В таблице ниже представлены деревья в Newick-формате, реконструированные в MEGA (полученны методом "Neighbor Joining Using % Identity" на основе данного выравнивания).

Укорененное дерево с указанием длины ветвей



Укорененное дерево с отражением только топологии



Как можно видеть, 2 нетривиальные ветви в данном случае точно такие же, как и в эталонном дереве. Построенное методом NJ дерево отличается от эталонного по топологии отсутствующих в последнем двух ветвей: тривиальная ветвь {CLOTE} vs. {FINM2, ENTFA, GEOKA, BASCU, STAAR, STAES}, а также ветвь, отделяющая ENTFA от (STAAR, STAES) и (GEOKA, BASCU). Кроме того, полученное дерево укоренено в тривиальную ветвь, что может быть связано с тем, что метод NJ не предполагает использование молекулярных часов, вследствие чего получает неукорененные деревья на выходе.

Источники