Занятие 1 Отобранные бактерии Название Мнемоника Bacillus subtilis BACSU Enterococcus faecalis ENTFA Finegoldia magna FINM2 Lactobacillus delbrueckii LACDA Listeria monocytogenes LISMO Pediococcus pentosaceus PEDPA Staphylococcus aureus STAA1 Thermoanaerobacter tengcongensis THETN Скобочная формула дерева ((THETN,FINM2),((ENTFA,(PEDPA,LACDA)),(STAA1,(BACSU,LISMO)))); Изображение дерева Ветви дерева Дерево содержит 5 нетривиальных ветвей: 1) {THETN,FINM2} {PEDPA,LACDA,ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1} 2) {PEDPA,LACDA} {ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1,THETN,FINM2} 3) {PEDPA,LACDA,ENTFA} {BACSU,LISMO,STAA1,THETN,FINM2} 4) {BACSU,LISMO} {STAA1,THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA} 5) {BACSU,LISMO,STAA1} {THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA} В этом филогенетическом дереве есть ветви, соответствующие отдельным таксонам: Реконструкция дерева по белкам семейства EFTS. 1.fprotpars Программа выдала одно дерево, отличающееся от филогенетического: ((((((BACSU,STAA1),LISMO),ENTFA),PEDPA),(FINM2,THETN)),LACDA); В полученном дереве отсутствуют нетривиальные ветви: 2) {PEDPA,LACDA} {ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1,THETN,FINM2} 3) {PEDPA,LACDA,ENTFA} {BACSU,LISMO,STAA1,THETN,FINM2} 4) {BACSU,LISMO} {STAA1,THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA} А ветвей {THETN,FINM2,LACDA} {PEDPA,ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1} {THETN,FINM2,LACDA,PEDPA} {ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1} {BACSU,STAA1} {LISMO,THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA} нет в исходном дереве. 2.fprotdist Программой была получена матрица: Для удобства преобразуем: Проверим таблицу на ультраметричность и аддитивность: Для выполнения принципа ультраметричности необходимо, чтобы для любых трех листьев расстояния между двумя были равны и не меньше третьего. Для примера возьмем LACDA, FINM2 и THETN : 0,81; 0,86 и 0,46 - принцип выполняется с трудом, отклонение от равенства 0,05. Для LISMO, STAA1 и BACSU: 0,46; 0,48 и 0,45 - принцип не выполняется (двое равны и меньше третьего), отклонение от равенства 0,01. Для выполнения принципа аддитивности необходимо, чтобы для любых четырех листьев две из сумм расстояний между парами листьев были равны и больше третьей. На примере LACDA, THETN, FINM2 и PEDPA: 1,48; 1,60 и 1,13 - принцип не выполняется. При помощи команды fneighbo были получены следующие деревья: NJ ((PEDPA:0.24454,ENTFA:0.18497):0.03747,((THETN:0.24710,FINM2:0.20977):0.15647, (LISMO:0.23257,(STAA1:0.21585,BACSU:0.23591):0.00869):0.02689):0.03664,LACDA:0.44521); UPGMA (LACDA:0.38013,((THETN:0.22844,FINM2:0.22844):0.10692,((PEDPA:0.21476, ENTFA:0.21476):0.05433,(LISMO:0.23357,(STAA1:0.22588,BACSU:0.22588):0.00769):0.03552):0.06627):0.04477); Почему-то все программы иначе восстановили ветви {BACSU,LISMO,STAA1}, а LACDA по этому белку, похоже, достаточно сильно отличается от остальных. Ни одно дерево не является в точности филогенетическим, ближе всего к нему дерево, построенное алгоритмом Neighbor-Joining. (Укорененние в {THETN,FINM2}.) Возможно, эволюция этих белков шла несколько рассогласованно с эволюцией самих организмов. Укоренение в среднюю точку Укоренение произошло в тривиальную ветвь {Lacda}, что совершенно не соответствует истинному корню. Метод укоренения в среднюю точку нельзя использовать для деревьев, построенных MP UPGMA, т.к. первый не выдаёт длины ветвей, а второй укореняет дерево. Использование внешней группы Корень найден верно. Укоренение в {THETN,FINM2} {PEDPA,LACDA,ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1}. Бутстрэп +---------------LACDA +--56.0-| | | +-------FINM2 +--43.5-| +--100.0-| | | +-------THETN | | +-------| +-----------------------PEDPA | | | | +---------------LISMO | +----------79.7-| | | +-------BACSU | +--61.5-| | +-------STAA1 | +---------------------------------------ENTFA Как и следовало ожидать, дерево оказалось недостоверным. Из пяти нетривиальных ветвей достоверна на >80% только одна: {THETN,FINM2} {PEDPA,LACDA,ENTFA,BACSU,LISMO,STAA1}, она соответствует истинному дереву. Вторая по достоверности ветвь - {BACSU,LISMO,STAA1} {THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA},- тоже соответствует филогенетическому дереву видов, но уже третья - {BACSU,STAA1} {LISMO,THETN,FINM2,PEDPA,LACDA,ENTFA}, достоверность которой оценена в 61,5% восстановлена неверно. Построение дерева по нуклеотидным последовательностям. Последовательности 16S рибосомальной РНК каждой из бактерий были выделены из файлов EMBL-банка (полученных при помощи FTP-клиента), визуализированных программой Genom Explorer. Там находилась нужная РНК и экспортировалась. Далее выровненные последовательности подавались на вход программе fdnadist, и затем полученная матрица отправлялась fneighbor. Результат: Neighbor-joining method Negative branch lengths allowed +------FINM2 +-1 ! +-----THETN ! ! +---LACDA ! +-2 ! ! +---PEDPA 3-4 ! ! +-STAA1 ! +-5 ! ! +--LISMO ! +-6 ! +-BACSU ! +------------------------------------------------ENTFA remember: this is an unrooted tree! Полученное дерево является "соседним" к правильному. Если оторвать тривиальную ветвь ENTFA и "привить" на ветвь {LACDA,PEDPA}, получится правильное дерево. Таким образом дерево, построенное по рибосомальной РНК оказалось ближе всего к филогенетическому. Построение и анализ дерева, содержащего паралоги. Были выбраны следующие ортологичные последовательности: score p-value CLPX_BACSU 770 0.0 CLPX_LISMO 632 0.0 CLPX_THETN 572 e-164 CLPX_ENTFA 545 e-156 HSLU_ENTFA 100 6,00E-22 CLPX_PEDPA 533 e-152 B0S2N5_FINM2 520 e-148 B0S0E3_FINM2 50 7,00E-07 CLPX_STAA1 564 e-161 HSLU_STAA1 93 1,00E-19 HSLU_LACDA 97 6,00E-21 Дерево построено программой fprotpars. +--CLPX_LISMO +--5 +--------------4 +--CLPX_BACSU ! ! ! +-----CLPX_STAA1 ! +--3 +--HSLU_ENTFA ! ! +--8 ! ! +-----7 +--HSLU_LACDA ! ! ! ! ! +--------6 +-----HSLU_STAA1 1 ! ! ! +--CLPX_PEDPA ! +--------2 ! +--CLPX_ENTFA ! +-----------------------CLPX_THETN Паралоги: CLPX_STAA1 и HSLU_STAA1; HSLU_ENTFA и CLPX_ENTFA. Ортологи: CLPX_ENTFA и CLPX_THETN; CLPX_LISMO и CLPX_BACSU; CLPX_BACSU и HSLU_LACDA.