На страницу четвертого семестра

Моделирование эволюции гена

Графическое изображение дерева


Видно, что данное дерево не является ультраметрическим,
так как не все расстояния от корня до листьев одинаково.
Скобочная форма:
 ((А:80,В:80):10,(((С:33,D:33):27,Е:50):45,F:95):5) ;
Длина гена: 1518 нуклеотидных остатка.

Топология дерева

Топология дерева может быть изображена в форме таблицы:
A B C D E F
. . * * * *
. . * * * .
. . * * . .

Построение эволюционной модели

Цель - получить последовательности, стоящиев узлах и листьях дерева, приведенного выше;
при условии что в позиции (1) стоит ген белка SYK1_Ecoli.
Скрипт, позволяющий получить мутантные последовательности: 
msbar syk1_ecoli_gene1.fasta ab.fasta -point 4 -count 153 -auto
msbar ab.fasta A.fasta -point 4 -count 1221 -auto
msbar ab.fasta B.fasta -point 4 -count 1221 -auto
msbar syk1_ecoli_gene1.fasta cdef.fasta -point 4 -count 75 -auto
msbar cdef.fasta cde.fasta -point 4 -count 687 -auto
msbar cde.fasta cd.fasta -point 4 -count 412 -auto
msbar cd.fasta C.fasta -point 4 -count 504 -auto
msbar cd.fasta D.fasta -point 4 -count 504 -auto
msbar cde.fasta E.fasta -point 4 -count 764 -auto
msbar cdef.fasta F.fasta -point 4 -count 1451 -auto

Реконструкция дерева алгоритмами UPGMA, Neighbor-joining и Maximum Likelihood (максимального правдоподобия).

Цель задания – построить деревья на основе данных конечных
последовательностей (листьев), и сравнить результаты.

В результате реконструкции дерева алгоритмом максимального правдоподобия с помощью программы fdnaml (команда fdnaml all.fasta -ttratio 1 -auto) было получено следующее "текстово-графическое" изображение дерева: 


  +--------------------b         
  |  
  |   +---------------------f         
  1---4  
  |   |             +----------e         
  |   +-------------3  
  |                 |       +-------d         
  |                 +-------2  
  |                         +-------c         
  |  
  +----------------a

Чтобы реконструировать дерево алгоритмами UPGMA или Neighbor-joining, сначала надо посчитать попарные расстояния между последовательностями программой fdnadist: fdnadist all.fasta -ttratio 1 -auto.
После этого этот файл был подан на вход программе fneighbor: (fneighbor all.fdnadist -auto для реконструкции алгоритмом Neighbor-joining и fneighbor all.fdnadist -treetype u -auto для реконструкции алгоритмом UPGMA).
В результате получили деревья:

Для Neighbor-joining:



  +--------------------b         
  ! 
  !                           +--------c         
  !                  +--------1 
  !   +--------------2        +-------d         
  !   !              ! 
  3---4              +----------e         
  !   ! 
  !   +----------------------f         
  ! 
  +----------------a

Для UPGMA:



                 +------------------------------------a         
        +--------3 
  +-----4        +------------------------------------b         
  !     ! 
  !     +---------------------------------------------f         
--5 
  !                                   +---------------c         
  !                        +----------1 
  +------------------------2          +---------------d         
                           ! 
                           +--------------------------e

Сравнение реконструированных деревьев между собой и с правильным деревом

Для сравнение предложено было сделать таблицу, в левой части которой приведены (в виде точек и звёздочек) все ветви, встреченные во всех деревьях (исходном и трёх реконструкциях), а в правой добавлены четыре столбца, соостветствующие четырём деревьям. Знаком + отмечено, в каких деревьях встретилась каждая из ветвей.
ABCDEF правильное дерево1ое2ое3ее
..**** ++++
..***. ++++
..**.. ++++

Несмотря на то, что в данном случае все алгоритмы выдали правильный результат, надежнее было бы использовать методы UPGMA и Neighbor-joining

Бутстреп-анализ выравнивания мутантных последовательностей

Цель задания – получить консенсусное дерево с помощью методa
bootstrep и сравнить его с реальным деревом.

Деревья получаются путем последовательного применения трех программ из пакета PHYLIP:

  1. seqboot
  2. dnaml
  3. consense


    Выходной файл all.fconsense содержит следующее неукорененное дерево: 

     

                +--------------------e
                |
         +100.0-|             +------b
         |      |      +-93.0-|
         |      +100.0-|      +------a
  +------|             |
  |      |             +-------------f
  |      |
  |      +---------------------------d
  |
  +----------------------------------c

    Реальные данные:

    Результаты бутстеп-анализа:
    ABCDEF сколько раз встречается (из 100)
    ..**** 93
    ..***. 100
    ....** 100

    Из полученных данных видно, что все ветви имеют высокую степень надежности.

    Топология воссоздана правильно.

    Создание изображения своего дерева программой fdrawtree

    Скобочная формула была помещена в отдельный файл, который был подан на вход программе fdrawtree. В результате было получено следующее изображение:

    © Долудин Юрий, 2005