Исследование филогенетического дерева белкового семейства MIP из бактериальных таксонов Lactobacillales, Mycoplasmataceae, архей и эукариот

   Затем для этих белков было построено филогенетическое дерево. Это было сделано в 3 этапа.

• Сначала было построено множественное выравнивание белков с помощью программы emma (параметры были выбраны по умолчанию).
• После этого программой eprotdist с параметрами по умолчанию по множественному выравниванию была создана квадратная матрица попарных расстояний между белковыми последовательностями.
  Между некоторыми последовательностями программа определила расстояния как бесконечные и поставила в этой графе число -1, что в дальнейшем сказалось на качестве построенного филогенетического дерева в отрицательную сторону. Для доказательства был сохранён файл, содержащий потоки stdout и stderr программы eprotdist, а также получившаяся матрица попарных расстояний. Надо заметить, что больше всего значений расстояния -1 было поставлено в строках, соответствующих последовательностям Q65YQ3_CHICK и Q98Q85_MYCPU, что стало причиной не совсем правильного расположения их на филогенетическом дереве.
• Наконец, при помощи программы eneighbor с параметрами, взятыми по умолчанию, по имеющейся матрице попарных расстояний были созданы скобочная формула дерева и его графическое изображение в виде филограммы (метод Neighbor-Joining). К сожалению, программа eprotdist обрезает названия последовательностей до 10 символов, так что некоторые из них можно точно идентифицировать лишь по первым 6 символам (номеру AC в база данных Uniprot), которые нельзя с первого взгляда сопоставить с названием организма.
  Как можно видеть из представленных файлов, программа eneighbor работает с отрицательными значениями расстояний так же, как и с положительными, поэтому в получившейся скобочной формуле дерева присутствуют и отрицательные значения длин ветвей. На филограмме же эти отрицательные значения приравнены к нулевым.

   Сразу бросается в глаза то, что последовательности из внешней группы (эукариотические), а также последовательнысти из архей не собираются в два отдельных кластера, как следовало ожидать, а несколько более разобщены на дереве. Это объясняется описанной выше несогласованностью понимания обозначений использованных программ. Всё это обязывает к весьма осторожному поиску ортологов и паралогов на исследуемом дереве и к использованию в целях этого поиска только наиболее достоверные участки этого дерева.
   Больше всего согласуется с таксономическим деревом нижняя часть филогенетического дерева (по рисунку), представленная бактериальными белками; верхняя часть дерева, ввиду её малой достоверности и даже явной ошибочности, не исследовалась.

   Ортологи — последовательности, возникшие из одного общего предшественника в процессе видообразования и, как правило, выполняющие одну и ту же функцию, поэтому их следует искать среди белков из разных организмов, расположенных близко друг от друга по дереву (в одном кластере).
   Паралоги — последовательности, возникшие из одного общего предшественника в результате дупликации одного гена в одном организме и, как правило, выполняющие разные функции. Часто таким организмом бывает предшественник целой группы организмов (таксона), поэтому паралоги нужно искать среди белков одного организма, но расположенных в разных, иногда достаточно удалённых друг от друга кластерах.

   Ортологами можно считать белки, находящиеся в кластере, помеченном синим цветом. В их описании из БД Uniprot указано, что это либо аквапорины, либо канальные белки для глицерина. На родство функции, выполняемой этими белками указывает их близость на филогенетическом дереве, а дальнейшее ветвление этого кластера во многом соответствует таксономическому ветвлению. Два близкорасположенных белка из организма Streptococcus pneumoniae по сути, можно считать, выполняют одну функцию, но, поскольку последовательности их немного различаются, не исключено, что они произошли в результате дупликации гена, а значит, являются паралогами. Также паралогами могут считаться белки из Lactococcus lactis.

   Зелёным и фиолетовым цветами выделены другие кластеры предполагаемых ортологов среди белков семейства Lactobacillales. Поле Description Uniprot содержит такие же описания для этих последовательностей, что и для предыдущей группы ортологов (это неудивительно, ведь искались белки одного семейства), но, видимо, их функции всё-таки немного отличаются, поэтому они оказались в небольшом отдалении от предыдущей группы ортологов. Возможно даже, что две последние группы являются ортологами между собой, просто принадлежат к организмам разных таксономических ветвей, из-за чего немного удалены друг от друга. Нельзя сбрасывать со счетов и возможное ортологическое сходство и с группой из белков Q9CIV5_LACLA, Q3JZN6_STRA1 и Q9CIV5_LACLA; может быть на этот вопрос смогло бы ответить дерево, построенное чуть точнее. А вот пары белков Q3JZN6_STRA1 и Q3K3A4_STRA1, Q9CIV5_LACLA и Q9CG66_LACLA, Q88ZE9_LACPL, Q88ZX3_LACPL являются паралогичными друг другу (последняя пара — более далёкие), паралогами приходятся и белки из кластера, выделенного зелёным цветом, взятые из организма Streptococcus pneumoniae, хотя возможна и ошибка в секвенировании, ведь они отличаются всего на одну аминокислоту. Кроме того, в последних двух группах ортологов немало последоватедьностей, паралогичных белкам из группы, выделенной синим цветом.

   В кластере, выделенном розовым цветом, также присутствуют 2 возможных паралога и их ортолог из организма родственной группы. Эти белки также являются паралогами для некоторых других из рассмотренных выше групп.