Реконструкция филогенетического дерева с помощью четырёх разных методов

Есть по крайней мере четыре широко используемых способа реконструкции деревьев. UPGMA, метод ближайших соседей (Neighbor-Joining), метод наибольшего правдоподобия (Maximum Likelihood) и метод максимальной экономии (Parsimony). Все они были применены к эволюционной модели, описанной деревом:

Первые два метода используют в качестве входных данных матрицу попарных расстояний между последовательностями (листьями искомого дерева), для её построения был выбран алгоритм Джукса – Кантора, поскольку на данной модели он даёт результаты, близкие к истинным. Использовалась программа ednadist. Вторые два метода являются символьно-ориентированными и используют множественное выравнивание последовательностей (оно построено программой emma с высокими параметрами штрафа за делеции).

Матрица попарных расстояний

Пары листьев	leafA	leafB	leafC	leafD	leafE	leafF
leafA	0,0000	0,2600	0,3654	0,7465	1,1951	1,7194
leafB	0,2600	0,0000	0,3690	0,7526	1,1361	1,6765
leafC	0,3654	0,3690	0,0000	0,7673	1,1588	1,5827
leafD	0,7465	0,7526	0,7673	0,0000	1,1402	1,5092
leafE	1,1951	1,1361	1,1588	1,1402	0,0000	1,7106
leafF	1,7194	1,6765	1,5827	1,5092	1,7106	0,0000

Четыре варианта реконструкции дерева, выданные различными алгоритмами

UPGMA (программа eneighbor)

                                           +-------leafA     
                                        +--1  
                             +----------2  +-------leafB     
                             !          !  
                +------------3          +----------leafC     
                !            !  
  +-------------4            +---------------------leafD     
  !             !  
--5             +----------------------------------leafE     
  !  
  +------------------------------------------------leafF

Соответствующая скобочная формула:

(((((leafA:0.13000,leafB:0.13000):0.05360,leafC:0.18360):0.19413,leafD:0.37773):0.20104,leafE:0.57878):0.24106,leafF:0.81984);

Укоренённое, ультраметрическое дерево.

Neighbor-Joining (программа eneighbor)

  +----leafC     
  !  
  !      +---------leafD     
--4------2  
  !      !   +------------------leafE     
  !      +---1  
  !          +--------------------------------leafF     
  !  
  !  +---leafA     
  +--3  
     +---leafB

Соответствующая скобочная формула:

(leafC:0.17278,(leafD:0.33437,(leafE:0.62310,leafF:1.08750):0.13503):0.23389,(leafA:0.13471,leafB:0.12529):0.06442);

Неукоренённое, неультраметрическое дерево.

Maximum Likelihood (программа ednaml)

  +---leafB     
  !  
  !             +----------------------------------leafF     
  !         +---4  
  !  +------3   +--------------------leafE     
  !  !      !  
--1--2      +----------leafD     
  !  !  
  !  +-----leafC     
  !  
  +---leafA

Соответствующая скобочная формула:

(leafB:0.13358,(((leafF:1.17053,leafE:0.68521):0.13530,leafD:0.36260):0.22467,leafC:0.19014):0.05169,leafA:0.12957);

Неукоренённое, неультраметрическое дерево.

Parsimony (программа ednapars)

              +--leafF     
           +--5  
        +--4  +--leafE     
        !  !  
     +--3  +-----leafD     
     !  !  
  +--2  +--------leafC     
  !  !  
--1  +-----------leafB     
  !  
  +--------------leafA

Соответствующая скобочная формула:

(((((leafF,leafE),leafD),leafC),leafB),leafA);

Неукоренённое дерево, длины ветвей вообще не указаны.

Таблица топологий получившихся деревьев

Ветвь	Исходное дерево модели	UPGMA	NJ	ML	Parsimony
`ABCDEF`	Исходное дерево модели	UPGMA	NJ	ML	Parsimony
`110000`	+	+	+	+	+
`111000`	+	+	+	+	+
`111100`	+	+	+	+	+

Оказалось, что все методы дали правильный результат (в плане топологии), совпадающий с исходной моделью. Кроме того, метод UPGMA достаточно правильно восстановил расстояния в ультраметрическом дереве, по крайней мере, относительные (ошибки, возможно, связаны с неточностью метода Джукса – Кантора по определению расстояний между последовательностями).

На главную страницу третьего семестра