Филогенетические деревья

Занятие 1

Отобранные бактерии

Название	Мнемоника
Agrobacterium tumefaciens	AGRRK
Rhodobacter sphaeroides	RHOS4
Ralstonia pickettii	RALPJ
Pseudomonas aeruginosa	PSEAE
Erwinia carotovora	ERWCT
Escherichia coli	ECOLI
Yersinia pestis	YERPE
Vibrio cholerae	VIBCH

Скобочная формула дерева

((RHOS4,AGRRK),(RALPJ,(PSEAE,(VIBCH,(YERPE,(ERWCT,ECOLI))))));

Изображение дерева

Ветви дерева

Дерево содержит 5 нетривиальных ветвей:
1) {AGRRK, RHOS4} против {RALPJ, PSEAE, VIBCH, YERPE, ECOLI, ERWCT}
2) {AGRRK, RHOS4, RALPJ} против {PSEAE, VIBCH, YERPE, ECOLI, ERWCT}
3) {AGRRK, RHOS4, RALPJ, PSEAE} против {VIBCH, YERPE, ECOLI, ERWCT}
4) {AGRRK, RHOS4, RALPJ, PSEAE, VIBCH} против {YERPE, ECOLI, ERWCT}
5) {AGRRK, RHOS4, RALPJ, PSEAE, VIBCH, YERPE} против {ECOLI, ERWCT}

Таксономия

AGRRK: Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; 
       Rhizobiales; Rhizobiaceae; Rhizobium/Agrobacterium group; Agrobacterium
RHOS4: Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; 
       Rhodobacterales; Rhodobacteraceae; Rhodobacter

RALPJ: Bacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; 
       Burkholderiales; Burkholderiaceae; Ralstonia

PSEAE: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; 
       Pseudomonadales; Pseudomonadaceae; Pseudomonas; Pseudomonas aeruginosa group
VIBCH: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; 
       Vibrionales; Vibrionaceae; Vibrio
ERWCT: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; 
       Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Pectobacterium
ECOLI: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; 
       Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Escherichia
YERPE: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; 
       Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Yersinia

Среди них одной ветви принадлежат:

3 представителя Enterobacteriaceace ERWCT, ECOLI, YERPE;
общим таксоном Gammaproteobacteria объединены ERWCT, ECOLI, YERPE, PSEAE, VIBCH
общим таксоном Alphaproteobacteria объединены AGRRK, RHOS4

Поиск диагностических позиций

fprotpars

Было проведено выравнивание программой muscle последовательностей белков факторов элонгации трансляции Ts (последовательности были извлечены из БД SwissProt.
Затем с помощью программы fprotpars на основании полученного выравнивания было построено 1 дерево:

Скобочная формула:
(AGRRK,(RHOS4,(RALPJ,(PSEAE,(VIBCH,(YERPE,(ERWCT,ECOLI)))))));

                    +--ERWCT     
                 +--7  
              +--6  +--ECOLI     
              !  !  
           +--5  +-----YERPE     
           !  !  
        +--4  +--------VIBCH     
        !  !  
     +--3  +-----------PSEAE     
     !  !  
  +--2  +--------------RALPJ     
  !  !  
  1  +-----------------RHOS4     
  !  
  +--------------------AGRRK

Полученное дерево совпадает с правильным.

fprotdist

C помощью программы fprotdist была получена матрица расстояний:

            AGRRK     RHOS4     RALPJ     PSEAE     VIBCH     YERPE     ECOLI     ERWCT
AGRRK       0.000000  0.569769  0.990200  0.924960  0.914721  0.818403  0.822304  0.854491
RHOS4       0.569769  0.000000  0.955184  0.877804  0.897723  0.824210  0.864324  0.951312
RALPJ       0.990200  0.955184  0.000000  0.902196  0.882259  0.870048  0.862796  0.870952
PSEAE       0.924960  0.877804  0.902196  0.000000  0.765848  0.689033  0.635698  0.639645
VIBCH       0.914721  0.897723  0.882259  0.765848  0.000000  0.424561  0.374533  0.367894
YERPE       0.818403  0.824210  0.870048  0.689033  0.424561  0.000000  0.236520  0.227639
ECOLI       0.822304  0.864324  0.862796  0.635698  0.374533  0.236520  0.000000  0.066631
ERWCT       0.854491  0.951312  0.870952  0.639645  0.367894  0.227639  0.066631  0.000000

Проверка свойства ультраметричности:

d (A,B) <= max(d (A,C), d (B,C))  или  Если d(A,B) > d (B,C), то d (A,C) = d (A,B)

Для YERPE=A, ERWCT=C, ECOLI=B:

d(YERPE,ECOLI)=0.236520
d(YERPE,ERWCT)=0.227639
d(ECOLI,ERWCT)=0.066631
Свойство выполняется, если считать различие первых двух сумм (на 0.008881) незначительным

Для RHOS4=A, RALPJ=B, YERPE=C:

d(RHOS4,RALPJ)=0.955184
d(RHOS4,YERPE)=0.824210
d(RALPJ,YERPE)=0.870048
Свойство не выполняется.

Проверка свойства аддитивности

Для четырех последовательностей A,B,C,D:
из 3х сумм 1) d(A,B) + d(C,D) 
	   2) d(A,C) + d(B,D)
	   3) d(A,D) + d(B,C)
две равны между собой и больше третьей.

Для ERWCT=A, ECOLI=B, RHOS4=C, AGRRK=D:

1)d(ERWCT,ECOLI)+d(RHOS4,AGRRK)=0.066631+0.569769=0.6364
2)d(ERWCT,RHOS4)+d(ECOLI,AGRRK)=0.951312+0.822304=1.773616
3)d(ERWCT,AGRRK)+d(RHOS4,ECOLI)=0.854491+0.864324=1.718815
2) и 3) суммы больше 1) и отличаются друг от друга во втором знаке после запятой (на 0.054801).

fneighbor

C помощью программы fneighbor были построены 2 дерева по двум алгоритмам:

Neighbor-joining:(неукорененное дерево)

(RHOS4:0.28867,(RALPJ:0.48766,(PSEAE:0.35719,(VIBCH:0.23367,
(YERPE:0.13276,(ECOLI:0.03275,ERWCT:0.03388):0.06601):0.04818):0.14548):0.05826):0.20015,AGRRK:0.28109);


  +----------------RHOS4     
  ! 
  !           +----------------------------RALPJ     
  1-----------2 
  !           !   +--------------------PSEAE     
  !           +---3 
  !               !       +-------------VIBCH     
  !               +-------5 
  !                       !  +-------YERPE     
  !                       +--6 
  !                          !   +-ECOLI     
  !                          +---4 
  !                              +-ERWCT     
  ! 
  +----------------AGRRK

UPGMA:(укорененное дерево)

(((AGRRK:0.28488,RHOS4:0.28488):0.15263,(PSEAE:0.34128,(VIBCH:0.19450,
(YERPE:0.11604,(ECOLI:0.03332,ERWCT:0.03332):0.08272):0.07846):0.14678):0.09623):0.01489,
RALPJ:0.45240);


             +----------------AGRRK     
    +--------4 
    !        +----------------RHOS4     
  +-6 
  ! !     +-------------------PSEAE     
  ! +-----5 
  !       !       +-----------VIBCH     
  !       +-------3 
--7               !    +------YERPE     
  !               +----2 
  !                    !    +-ECOLI     
  !                    +----1 
  !                         +-ERWCT     
  ! 
  +--------------------------RALPJ

Нетривиальные ветви деревьев совпадают у этих деревьев, а также у настоящего дерева и дерева, построенного программой fprotpars.