Моделирование эволюции гена

В качестве задания была получена следующая скобочная структура:

(((А:40,В:40):40,(С:35,D:35):40):35,(Е:45,F:45):65);

1. Изображение дерева, описанного заданной формулой.

   
   Листья и длины ветвей подписаны согласно скобочной структуре.

2. Считая дерево бескорневым, описаны ветви дерева как разбиения множества листьев.

   Разбиение множества листьев   A B C D E F α * * . . . . β . . * * . . γ . . . . * *

3. Получение искуственных мутантных последовательностей,
   Считая, что в корне находится последовательность гена белка BioA_ECOLI, созданы возможные мутантные последовательности для листье дерева.
   Ген белка BioA_ECOLI, который использовался в качестве корня дерева, имеет длину 1290 нуклеотидов.
   Формула для пересчета растояний в число мутаций в исходном гене:

   <длина ветки>           - 100
   <искомое число мутаций> - 1290 
   
   <искомое число мутаций>=(<длина ветки>*129)/10
   

   Текст скрипта для получения мутантных последовательностей:

   msbar BioA.fasta abcd.fasta -point 4 -count 452 -auto
   msbar abcd.fasta ab.fasta -point 4 -count 516 -auto
   msbar ab.fasta a.fasta -point 4 -count 516 -auto
   msbar ab.fasta b.fasta -point 4 -count 516 -auto
   msbar abcd.fasta cd.fasta -point 4 -count 516 -auto
   msbar cd.fasta c.fasta -point 4 -count 452 -auto
   msbar cd.fasta d.fasta -point 4 -count 452 -auto
   msbar BioA.fasta ef.fasta -point 4 -count 839 -auto
   msbar ef.fasta e.fasta -point 4 -count 581 -auto
   msbar ef.fasta f.fasta -point 4 -count 581 -auto
   
   

4. На основе последовательностей, соответствующих листьям, реконструировано дерево алгоритмами UPGMA, Neighbor-joining и максимального правдоподобия.
   С помощью следующей команды было построено филогенетичексое дерево алгоритмом максимального подобия:

   fdnaml mutant.fasta -ttratio 1 -auto

   В итоге получилось следующее дерево:

     +--------b         
     |  
     |                                +-----------f         
     |         +----------------------4  
     |         |                      +---------e         
     1---------3  
     |         |      +-------d         
     |         +------2  
     |                +-------c         
     |  
     +---------a         
   

   
   С помощью следующих команд было построено филогенетичексое дерево алгоритмом Neighbor-joining:

   fdnadist mutant.fasta -ttratio 1 -auto
   fneighbor mutant.fdnadist -auto

   В итоге получилось следующее дерево:

     +--------b         
     ! 
     !                 +------c         
     !         +-------3 
     !         !       +--------d         
     2---------4 
     !         !                       +----------e         
     !         +-----------------------1 
     !                                 +-----------f         
     ! 
     +---------a         
   

   
   С помощью следующих команд было построено филогенетичексое дерево алгоритмом UPGMA:

   fdnadist mutant.fasta -ttratio 1 -auto
   fneighbor mutant.fdnadist -treetype u -auto -outfile mutant1

   В итоге получилось следующее дерево:

                                      +------------------a         
                       +--------------2 
                       !              +------------------b         
     +-----------------4 
     !                 !                 +---------------c         
     !                 +-----------------1 
   --5                                   +---------------d         
     ! 
     !                             +---------------------e         
     +-----------------------------3 
                                   +---------------------f         
   

   Сравнение полученных разными программами филогенетических деревьев.

   Ветви, встреченные во всех деревьях							В каких деревьях встретились каждая из ветвей
   	A	B	C	D	E	F	Дерево, построенное алгоритмом максимального подобия	Дерево, построенное алгоритмом Neighbor-joining	Дерево, построенное алгоритмом UPGMA
   α	*	*	.	.	.	.	+	+	+
   β	.	.	*	*	.	.	+	+	+
   γ	.	.	.	.	*	*	+	+	+

   При составлении таблицы дерево, полученное алгоритмом UPGMA считалось неукорененном.
   Как видно из таблицы и просто при визуальном рассмотрении полученных филогенетических деревьев, все они имеют те же ветви, что и исходное неукоренненое дерево. Это говорит о том, что все программы успешно справились с поставленной задачей. При этом дерево, построенное алгоритмом UPGMA топоплогически верно определило корень.

Bootstrap и drawtree

1. Бутстреп-анализ выравнивания мутированных последовательностей, соответствующих листьям исходного дерева. Этапы работы:
   1. Программой fseqboot создано 100 бутстреп-реплик выравнивания:

      fseqboot mutant.fasta -auto
      

   2. Полученные 100 выравниваний были поданы на вход программе fdnaml.

      fdnaml mutant.fseqboot -ttratio 1 -auto

   3. Была запущена программа fconsense, на вход программе были поданы 100 скобочных формул из файла mutant.treefile, соответствующих реконструкциям, сделанным по каждому из выравниваний. Результаты бутстреп-анализа находятся в файле mutant.fconsense.

   Полученное консенсусное дерево:

     +---------------------------c
     |
     |      +--------------------d
     |      |
     +------|             +------a
            |      +-99.0-|
            |      |      +------b
            +-97.0-|
                   |      +------f
                   +100.0-|
                          +------e
   

   Выглядит оно странно, но при рассмотрении видно, что оно идентично исходному неукорененному дереву, разбиение на множества листьев осталось прежним. Бутстреп-значения всех внутренних ветвей равно 100, 99 и 97, что указыввает на достоверность полученного дерева. Файл так же имеет подтверждение того, что разбиение осталось прежним:

   Set                        How many times out of  100.00
   
   ..**..                     100.00
   ....**                     99.00
   ..****                     97.00
   

2. Создание изображения дерева программой fdrawtree. Файл со скобочной структурой исходного дерева был подан на вход программе fdrawtree. Результатом является изображение филогенетического дерева.