🌸 Назад

Практикум 3 филогенетический анализ (12S рРНК)

В этом практикуме реконструированы филогенетические деревья для 12 видов хищных на основе последовательностей митохондриальной 12S рРНК. Для укоренения добавлена внешняя группа – Equus caballus (лошадь).

1. Реконструкция деревьев

Последовательности 12S рРНК для 12 видов хищных получены из EMBL, выровнены в MUSCLE, конвертированы в PHYLIP. Деревья построены тремя способами.

1.1. Метод соседнего присоединения (NJ), модель p‑distance

Алгоритм: Neighbor‑Joining
Модель: p‑distance
Программа: FastME (fastme -d -i 12S.phy -pP -o ptree)

Дерево NJ p-distance — **Рисунок 1.** Дерево методом NJ, модель p‑distance.

1.2. Метод NJ, модель GTR

Модель: GTR
Программа: FastME (fastme -d -i 12S.phy -pM -o mtree)

Дерево NJ GTR — **Рисунок 2.** Дерево методом NJ, модель GTR.

1.3. Метод максимального правдоподобия (ML)

Алгоритм: максимального правдоподобия
Модель: TIM2+F+R2 (выбрана IQ‑TREE по BIC)
Программа: IQ‑TREE (iqtree -s all_12S.phy)

ML дерево IQ‑TREE — **Рисунок 3.** Дерево методом ML (IQ‑TREE).

2. Укоренение дерева с внешней группой (лошадь)

Для укоренения построено дерево, включившее дополнительно последовательность 12S рРНК лошади (Equus caballus). Дерево реконструировано методом NJ с моделью GTR (FastME), затем укоренено по ветви, ведущей к лошади.

Последовательности: 12 хищных + Equus caballus
Алгоритм: NJ
Модель: GTR
Программа: FastME (fastme -d -i 12S_with_equca.phy -pM -o rooted_tree)
Укоренение: по внешней группе (лошадь)

Укоренённое дерево — **Рисунок 4.** Дерево, укоренённое по лошади.

Результат: Корень расположился между лошадью и всеми хищными. Топология внутри хищных не изменилась – укоренение выполнено корректно.

3. Бутстреп-анализ (100 реплик)

Для оценки надёжности ветвей проведён бутстреп (без внешней группы, на исходных 12 видах) с использованием FastME.

Алгоритм: NJ
Модель: GTR
Программа: FastME (fastme -d -i 12S.phy -pM -o bootstrap_tree -b 100)
Число бутстреп-реплик: 100

Бутстреп-дерево — **Рисунок 5.** Дерево с бутстреп-поддержками.

Анализ поддержки:

Клады Felidae (кошачьи) и Canidae (псовые) имеют высокие бутстреп-значения (≥90%), что свидетельствует о надёжности их монофилии.
Группировка Ursidae (медвежьи) также хорошо поддержана (>85%).
Внутри Felidae разделение Panthera leo и P. tigris имеет поддержку около 76%, что нормально.
Отношения между Vulpes vulpes и V. lagopus получили поддержку около 67%, что ниже – возможно, из-за малого числа различий в 12S рРНК.
Клада, объединяющая псовых и медвежьих, имеет поддержку 54% – низкую, что указывает на нестабильность этой ветви. Такие невысокие значения характерны для коротких внутренних ветвей.

Вывод: Бутстреп-поддержка позволяет выявить ненадёжные участки дерева. Ветви с низкой поддержкой соответствуют местам, где топология может расходиться с истинной филогенией из-за недостаточной информативности последовательностей.

Все выравнивания, деревья и скрипты находятся в каталоге ~/term4/pr3/.