Реконструкция филогении по нуклеотидным последовательностям. Паралоги.

Филогенетическое дерево бактерий было построено по выравниванию генов 16S rRNA (таблица 1).

Таблица 1. Организмы и гены 16S rRNA, для которых было построено филогенетическое дерево.

Для огранизма Streptococcus pneumoniae ген 16S rRNA не аннотирован в геноме, поэтому его последовательность была получена при помощи nblast против полного генома с использованием последовательности 16S rRNA из Bacillus subtilis.

Последовательности гена 16S rRNA были выровнены в программе JalView 2.8 алгоритмом Muscle (параметры по умолчанию) (Выравнивание).
По выравниванию в программе MEGA 6.06 было построено филогенетическое дерево (Рис. 1, 2) алгоритмом Maximum Likelihood с 200 циклами Bootstrap анализа.

Рис. 1. Филогенетическое дерево бактерий, построенное по гену 16S rRNA. Указаны поддержки ветвей.	Рис. 2. Филогенетическое дерево бактерий, построенное по гену 16S rRNA, на основе bootstrap анализа.

Реконструированной дерево отличается от правильного не значительно (Рис. 3).

Рис. 3. Правильное филогенетическое дерево бактерий.

Как видно, на построенном на основе гена 16S rRNA филогенетическом дереве 2 неправильные ветви: {BACSU, STAES} и {BACSU, STAES, GEOKA, LACDA}.

Реконструкция деревьев по гомологам белка ClpX - ортологам и паралогам

Два гомологичных белка будем называть ортологами, если они а) из разных организмов; б) разделение их общего предка на линии, ведущие к ним, произошло в результате видообразования. Два гомологичных белка из одного организма будем называть паралогами.

Для белка CLPX_BACSU из организма Bacillus subtilis при помощи blast были найдены гомологи из организмов из таблицы 1. Все эти белки являются АТФ-зависимыми протеазами, или связывающими АТФ субьединицами протеаз.

Все найденные белки группировались в 3 блока по длине:

• Имеющие длину около 400-420 аминокислот - обозначались 420
• Имеющие длину около 467 аминокислот - обозначались 467
• Имеющие длину около 800-810 аминокислот - обозначались 810

Рис. 4. Филогенетическое дерево бактерий, построенное по гену белка CLPX. Указаны поддержки ветвей.	Рис. 5. Филогенетическое дерево бактерий, построенное по гену белка CLPX, на основе bootstrap анализа. Разноцветными рамками выделены блоки последовательностей разной длины.

Как видно, по дереву на рис. 5,- последовательности с разными длинами хорошо группируются в отдельные ветви. Это подтверждает гепотезу о том, что они являются паралогами.

Что интересно, ветвь с белками длиной 810 в точности повторяет правильное дерево бактерий (Рис. 3), тогда как ветвь 410 содержит ошибки, хотя именно к ней относится белок CLPX_BACSU, при помощи которого были найдены все остальные белки.

По дереву можно сказать, что дупликация гена произошла еще у общего предка всех этих бактерий, поскольку варианты 810 и 410 встречаются у всех этих бактерий. Видно, что вторая дупликация гена, приведшая к образованию варианта 467 (сложно сказать, от какого из вариантов - 810 или 410) произощла у общего предка бактерий {BACSU, GEOKA, STAES, LACDA}. Интересно, что у бактерий LACLM и STRPN этого варианта нет, хотя судя по правильному дереву должен бы быть. Однако, если принять правильность дерева, построенного по гену 16S rRNA, где ветвь {LACLM, STRPN} является сестринской ветвью к {BACSU, GEOKA, STAES, LACDA}, то все становится на свои места.
Исходя из этих независимых данных можно попробовать сделать вывод о том, что "правильное" дерево не совсем верно, и порядок Lactobacillales (STRPN, LACLM, LACDA) является парафилетической группой.