Занятие 2

Пользуясь таксономическим сервисом NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy/, я определила, к каким таксонам относятся отобранные
мной на прошлом занятии бактерии.

Bradyrhizobium japonicum (BRAJA)
Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhizobiales; Bradyrhizobiaceae; Bradyrhizobium
Burkholderia cenocepacia (BURCA)
Bacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; Burkholderiales; Burkholderiaceae; Burkholderia; Burkholderia cepacia complex
Neisseria meningitidis (NEIMA)
Bacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; Neisseriales; Neisseriaceae; Neisseria
Salmonella typhimurium (SALTY)
Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Salmonella; Salmonella enterica; Salmonella enterica subsp. enterica
Vibrio cholerae (VIBCH)
Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Vibrionales; Vibrionaceae; Vibrio
Vibrio fischeri (VIBFM)
Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Vibrionales; Vibrionaceae; Aliivibri
Proteus mirabilis (PROMH)
Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Proteus

Ветви, выделяющие таксоны:

	Ветвь	Таксон	Таксономия
1	{PROMH, SALTY} против {VIBCH,VIBFM,BURCA,NEIMA,BRAJA}	Enterobacteriaceae	Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae;
2	{PROMH,SALTY,VIBCH,VIBFM} против {BURCA,NEIMA,BRAJA}	Gammaproteobacteria	Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria
3	{BURCA,NEIMA} против {PROMH,SALTY,VIBCH,VIBFM,BRAJA}	Betaproteobacteria	Bacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria;
4	{BRAJA} против {BURCA,NEIMA,SALTY,VIBCH,VIBFM,PROMH}	Alphaproteobacteria	Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhizobiales; Bradyrhizobiaceae; Bradyrhizobium

Для реконструкции филогенетического дерева отобранных бактерий я выбрала рибосомный белок S7 (мнемоника RS7).
Последовательности белка RS7 всех выбранных бактерий были получены из Swiss-Prot.
Последовательности были выравнены при помощи muscle.
Реконструкцию дерева программой fprotpars. Для запуска программы fprotpars была использована следующая команда:
```
    fprotpars -sequence RS7_aligned.fasta -outfile RS7.fprotpars
```
Программа нашла одно наиболее "бережливое" дерево.

Выдача программы:
```
                 +--RS7_NEIMA 
     +-----------6  
     !           +--RS7_BURCA 
     !  
  +--5           +--RS7_VIBFM 
  !  !     +-----4  
  !  !     !     +--RS7_VIBCH 
  !  +-----3  
  1        !     +--RS7_SALTY 
  !        +-----2  
  !              +--RS7_PROMH 
  !  
  +-----------------RS7_BRAJA 
```
скобочная формула:
```
(BRAJA,((NEIMA,BURCA),((SALTY,PROMH),(VIBFM,VIBCH))))
```
Программа выделяет ветвь, которой нет в правильном дереве: (NEIMA,BURCA).
Оценка эволюционных расстояний между последовательностями программой fprotdist. Для запуска программы fprotpars была использована следующая команда:
```
    fprotdist -sequence RS7_aligned.fasta -outfile RS7.fprotdist
```
Выдача программы: RS7.fprotdist

Матрица расстояний
```
         BRAJA     PROMH     SALTY     VIBCH     VIBFM     BURCA     NEIMA     
BRAJA  0.000000  0.562545  0.528531  0.498042  0.496471  0.485777  0.495099  
PROMH  0.562545  0.000000  0.043937  0.155016  0.162151  0.445370  0.439064  
SALTY  0.528531  0.043937  0.000000  0.146049  0.159778  0.443211  0.438549  
VIBCH  0.498042  0.155016  0.146049  0.000000  0.059720  0.453574  0.448026 
VIBFM  0.496471  0.162151  0.159778  0.059720  0.000000  0.479399  0.444587
BURCA  0.485777  0.445370  0.443211  0.453574  0.479399  0.000000  0.240543
NEIMA  0.495099  0.439064  0.438549  0.448026  0.444587  0.240543  0.000000  
  
```
Аксиома ультраметричности: "Из трех расстояний между тремя объектами два всегда равны между собой и не меньше третьего".
Оценим, насколько расстояния отклоняются от ультраметричности:
Рассмотрим BRAJA, BURCA и SALTY
d(BRAJA, BURCA) = 0.485777
d(BRAJA, SALTY) = 0.528531
d(BURCA, SALTY) = 0.443211
Наиболее близкие расстояния (0.443211 и 0.485777) меньше третьего (0.302540).
Эта тройка не удовлетворяет аксиоме ультраметричности.

Аддитивность: если есть 4 последовательности: A, B, C, D, - то из трех сумм d(A,B) + d(C,D); d(A,C) + d(B,D); d(A,D) + d(B,C) две равны между собой и больше третьей.
Оценим, насколько расстояния отклоняются от аддитивности:
Рассмотрим BRAJA, BURCA, SALTY и NEIMA
d(BRAJA, BURCA) + d(SALTY, NEIMA) = 0.485777 + 0.438549 = 0.924326
d(BRAJA, SALTY) + d(BURCA, NEIMA) = 0.528531 + 0.240543 = 0.769074
d(BRAJA, NEIMA) + d(BURCA, SALTY) = 0.495099 + 0.443211 = 0.93831
Эти последовательности не удовлетворяют аддитивности.
Реконструкции дерева программой fneighbor, с использованием алгоритмов UPGMA и Neighbor-Joining
С помощью программы fneighbor по матрице расстояний были постороены два дерева, с использованием алгоритмов UPGMA и Neighbor-Joining.

Команды для запуска:
```
  Neighbor-Joining:
    fneighbor -datafile RS12.fprotdist -outfile RS12.Neighbor-Joining.fneighbor 
    -outtreefile RS12.Neighbor-Joining.fneighbor.tree
    
  UPGMA:
    fneighbor -datafile RS12.fprotdist -outfile RS12.UPGMA.fneighbor 
    -outtreefile RS12.UPGMA.fneighbor.tree -treetype u
```
Результаты: UPGMA tree, UPGMA outfile, Neighbor-Joining tree.

UPGMA:
```
  +--------------RS7_BRAJA 
  ! 
  !             +RS7_PROMH 
  !          +--1 
--6          !  +RS7_SALTY 
  ! +--------3 
  ! !        !  +RS7_VIBCH 
  ! !        +--2 
  +-5           +RS7_VIBFM 
    ! 
    !     +------RS7_BURCA 
    +-----4 
          +------RS7_NEIMA 
                  
```
Neighbor-Joining:
```
       
       +-------RS7_BURCA 
  +----1 
  !    +------RS7_NEIMA 
  ! 
  !             +RS7_PROMH 
  !         +---3 
  !         !   +RS7_SALTY 
  2---------4 
  !         ! +-RS7_VIBCH 
  !         +-5 
  !           +-RS7_VIBFM 
  ! 
  +----------------RS7_BRAJA 
    
```
Топологии последних двух деревьев совпали с топологией дерева, выданного fprotpars. Алгоритм UPGMA выдал укоренённое дерево с длинами ветвей. А Алгоритм Neighbor-Joining выдал неукоренённое дерево с длинами ветвей.

<<Обратно на четвертый семестр
<<Обратно на главную страницу
©Лелекова Мария,2009