Филогенетическое дерево. Реконструкция филогении. Укоренение и бутстрэп.

В отчете представлено выполнение некоторых заданий практикумов 1-3. Цель этих занятий состояла в том, чтобы научиться работать с филогенетическими деревьями, попробовать реконструировать филогенетическое дерево на основании белковых последовательностей и научиться переукоренять деревья.

Отобранные бактерии.

Из предложенного списка я выбрала следующие 8 видов бактерий:

Таблица 1. Отобранные бактерии.

Название	Мнемоника	Таксономия
Bacillus anthracis	BACAN	Bacilli; Bacillales; Bacillaceae; Bacillus; Bacillus cereus group
Clostridium botulinum	CLOB1	Clostridia; Clostridiales; Clostridiaceae; Clostridium
Enterococcus faecalis	ENTFA	Bacilli; Lactobacillales; Enterococcaceae; Enterococcus
Geobacillus kaustophilus	GEOKA	Bacilli; Bacillales; Bacillaceae; Geobacillus
Lactobacillus delbrueckii	LACDA	Bacilli; Lactobacillales; Lactobacillaceae; Lactobacillus
Listeria monocytogenes	LISMO	Bacilli; Bacillales; Listeriaceae; Listeria
Staphylococcus epidermidis	STAES	Bacilli; Bacillales; Staphylococcaceae; Staphylococcus
Streptococcus pneumoniae	STRPN	Bacilli; Lactobacillales; Streptococcaceae; Streptococcus

В таблице указана таксономия для каждого выбранного вида. Для получения этой информации я использовала таксономический сервис NCBI. Все бактерии относятся к грамположительным (Bacteria; Firmicutes), поэтому для упрощения в таблице указана систематика, начиная с класса.
На основании данного нам правильного филогенетического дерева, было построено филогенетическое дерево для отобранных организмов.

Cкобочная формула дерева.

(CLOB1,((LACDA,(ENTFA, STRPN)),(((BACAN, GEOKA),LISMO),STAES)));

Для получения изображения дерева данная скобочная формула была сохранена в отдельном файле .tre, а затем открыта в программе MEGA6.

Изображение дерева.

Рисунок 1. Филогенетическое дерево для восьми выбранных видов бактерий.

Ветви дерева.

Полученное дерево содержит 5 нетривиальных ветвей (ветвь нетривиальная, если она разбивает множество листьев на подмножества, в каждом из которых более одного элемента):

1. {LACDA, ENTFA, STRPN} против {CLOB1, BACAN, GEOKA, LISMO, STAES}
2. {ENTFA, STRPN} против {CLOB1, LACDA, BACAN, GEOKA, LISMO, STAES}
3. {BACAN, GEOKA, LISMO, STAES} против {CLOB1, LACDA, ENTFA, STRPN}
4. {BACAN, GEOKA, LISMO} против {CLOB1, LACDA, ENTFA, STRPN, STAES}
5. {BACAN, GEOKA} против {CLOB1, LACDA, ENTFA, STRPN, LISMO, STAES}

Используя таблицу 1, можно заметить, что некоторые из нетривиальных ветвей соответствуют таксонам, а именно:

• Первая ветвь из списка соответствует порядку Lactobacillales;
• Третья ветвь из списка соответствует порядку Bacillales;
• Пятая ветвь из списка соответствует семейству Bacillaceae;

На рисунке 2 подписаны нетривиальные ветви, и соответствующие таксоны, если они есть.

Рисунок 2. Нетривиальные ветви для полученного филогенетического дерева. Номера ветвей соответствуют номеру в списке. Таксоны, если они есть, указаны рядом с номером.

Реконструкция филогенетического дерева.

Для выбранных организмов на основании белковой последовательности фактора элонгации трансляции G было реконструировано филогенетическое дерево.Для этого с помощью программы JalView были получены необходимые последовательности из базы данных Uniprot для которых было построено выравнивание с помощью Muscle. Реконструкция деревом проводилась методом Neighbor Joining Using % Identity. Изображение полученного дерева представлено на рисунке 3. Можно заметить, что реконструированное дерево отличается от правильного, избраженного на рисунке 2. Так у полученного дерева отсутствуют нетривиальные ветви 1 и 3, но вместо них есть ветви {LACDA, CLOB1} против {STAES, STRPN, ENTFA, LISMO, GEOKA, BACAN} и {LACDA, STAES, CLOB1} против {STRPN, ENTFA, LISMO, GEOKA, BACAN}.

Рисунок 3. Филогенетическое дерево, полученное в результате реконструкции по белковой последовательности фактора элонгации трансляции G методом Neighbor Joining Using % Identity.

Укоренение в среднюю точку.

Для укоренения в среднюю точку была использованна программа retree пакета PHYLIP. Изображение полученного дерева представлено на рисунке 4, оно не отличается от изображения дерева до укоренения. Укоренение произошло в ту же ветвь, что и у правильного дерева - {CLOB1} против {LACDA, STAES, STRPN, ENTFA, LISMO, GEOKA, BACAN}.
Рисунок 4. Филогенетическое дерево, укорененное в среднюю точку.