Реконструкция филогении

Таксономия выбранных бактерий

На предыдущем занятии были отобраны 8 бактерий, для которых было составлено филогенетическое дерево:

Изображение дерева

С помощью таксономического сервиса NCBI можно определить, к каким таксонам относятся выбранные бактерии:

На дереве отобранных бактерий можно найти ветви, выделяющие отдельные таксоны. Например, классы Bacilli и Clostridia разделены ветвью {CLOTE, FINM2} vs {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN,GEOKA,LISMO} (можно отметить, что эта ветвь является нетривиальной). Отряд Lactobacillales выделен соответвующей ветвью (включающей четыре листа: ENTFA, STRPN, LACLM и LACDA); аналогичным образом выделен отряд Bacillales (ветвь {GEOKA, LISMO} vs {CLOTE,FINM2,LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN}). Семество Streptococcaceae также выделено ветвью: {LACLM,STRPN} vs {CLOTE,FINM2,LACDA,ENTFA,GEOKA,LISMO}.

Из предложенного списка функций белков была выбрана функция «Фактор инициации трансляции 2», которой соответствует мнемоника IF2. Получить из Swiss-Prot последовательности белков с данной функцией из отобранных бактерий можно с помощью Uniprot, введя через точку с запятой идентификаторы вида IF2_CLOTE, где вторая часть идентификатора представляет собой мнемонику соответствующей бактерии.

Полученные последовательности были помещены в один файл в формате .fasta. При этом названия последовательностей были отредактированы так, чтобы они содержали только мнемонику видов.

Выравнивание отобранных белков можно получить, например, с помощью программы JalView (Web Service > Alignment > Muscle with Defaults). Ниже приведено изображение выравнивания в «блочной» форме с блоками шириной 100 остатков и раскраской по проценту идентичности.

Выравнивание

Построенное выравнивание отобранных белков, а также проект JalView были сохранены в соответствующих файлах.

В JalView доступны четыре метода для реконструкции филогенетического дерева, которые доступны из меню Calculate > Calculate Tree. Каждое из деревьев было сохранено в соответствующем файле. Приведённые ниже изображения созданы с помощью программы Mega.

Average Distance Using % Identity

Реконструированное дерево 1

В этом дереве отсутствует ветвь {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO}, которая присутствует в правильном дереве. Кроме того, в данном реконструированном дереве отсутствует правильное разделение ветвей "Bacilli" и "Clostridia" .

Neighbour Joining Using % Identity

Реконструированное дерево 2

Все нетривиальные ветви этого дерева, присутствующие у реконструированного дерева, но отсутствующие у правильного перечислены ниже.

• {CLOTE,FINM2,GEOKA} vs {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN,,LISMO}
• {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO} vs {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN}
• {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO,ENTFA} vs {LACDA,LACLM,STRPN}
• {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO,ENTFA,STRPN} vs {LACDA,LACLM}

В этом дереве также отсутствует ветвь {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO}, которая присутствует в правильном дереве.

Кроме того, в данном реконструированном дереве отсутствует правильное разделение ветвей "Bacilli" и "Clostridia" .

Average Distance Using BLOSUM62

Реконструированное дерево 3

Все нетривиальные ветви этого дерева, присутствующие у реконструированного дерева, но отсутствующие у правильного перечислены ниже.

• {ENTFA,LISMO} vs {CLOTE,FINM2,LACDA,GEOKA,LACLM,STRPN}
• {LACDA,ENTFA,LISMO} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA,LACLM,STRPN}
• {LACDA,ENTFA,LISMО,GEOKA} vs {CLOTE,FINM2,LACLM,STRPN}

Все нетривиальные ветви этого дерева, отсутствующие у реконструированного дерева, но присутствующие у правильного перечислены ниже.

• {GEOKA,LISMO} vs {CLOTE,FINM2,LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN}
• {ENTFA,LACLM,STRPN} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA,LACDA,LISMO}
• {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA,LISMO}

Кроме того, в данном реконструированном дереве отсутствует правильное разделение ветвей "Bacilli" и "Clostridia" .

Neighbour Joining Using BLOSUM62

Реконструированное дерево 4

Из нетривиальных ветвей этого дерева предложенное программой MEGA лишь одна ветвь отсутствует в правильном дереве: {LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN,LISMO} vs {CLOTE,FINM2,GEOKA}. Одна нетривиальные ветвь, присутствующая в правильном дереве и отсутствующая в этом, приведена ниже.

• {GEOKA,LISMO} vs {CLOTE,FINM2,LACDA,ENTFA,LACLM,STRPN}

Полученный .fasta-файл с выравниванием можно импортировать в программу MEGA, а затем реконструировать дерево методом Maximum Parsimony (в меню Phylogeny). Изображение дерева, укоренённого в одну из ветвей (Subtree > Root), приведено ниже.

Реконструированное дерево 5

Это дерево абсолютно идентично правильному.