Практикум 3. Реконструкция филогении. Укоренение. Бутстреп.

Для выполнения этого практикума последовательности генов 12S рРНК получены из записей ENA для митохондриальных геномов выбранных животных в практикуме 1 (поиск осуществлялся по базе Nucleotide sequences, для соответствующего таксона и митохондриальной кольцевой ДНК). Координаты гена определены по аннотациям, извлечение выполнено командой seqret из пакета EMBOSS.

seqret embl:AB074964[430:1384] BOVIN_12S_rRNA.fasta

Все последовательности были объединены в один файл, переименованы и выровнены с помощью программа MSA muscle (параметры по умолчанию). Выравнивание сконвертировано в формат phylip-relaxed. Затем при помощи программы IQ-tree было реконструировано дерево по последовательностям 12S rRNA (параметры использованы по умолчанию).

iqtree -s 12S.phy

Рисунок 1. Реконструкция филогенетического дерева представителей таксона Artioctyla программой IQ-Tree по последовательностям малой РНК митохондриальных хромосом (12S rRNA)

Полученное дерево полностью совпадает с эталонным по расположению групп.

Укоренение во внешнюю группу

В качестве внешней группы была выбрана африканская шпорцевая лягушка - Xenopus laevis, также принадлежащая к Euteleostomi (Челюстноротые). Систематика и мнемоника животного представлены в таблице

Таблица 1. Систематика Xenopus laevis
Вид Таксономия Мнемоника
Xenopus laevis (Африканская шпорцевая лягушка) Eumetazoa; Bilateria; Deuterostomia; Chordata; Craniata; Vertebrata; Gnathostomata; Teleostomi; Euteleostomi; Sarcopterygii; Dipnotetrapodomorpha; Tetrapoda; Amphibia; Batrachia; Anura; Pipoidea; Pipidae; Xenopodinae; Xenopus; Xenopus XENLA

Для построения совместного дерева выбранных животных и XENLA по последовательностям малой РНК митохондриальных хромосом (12S rRNA) были проведены операции, описанные выше. Для реконструкции дерева была использована программа fastME с оценкой эволюционных расстояний как p-distance (команду cм. в практикуме 2). Затем дерево было укоренено в ветвь, ведущую к внешней группе.

Полученное дерево представлено на рисунке 2. В данном случае все клады вновь совпадают с кладами, сформированными в дереве, построенном на основе таксономии (См. практикум 1). XENLA четко отделен от остальных, причем расстояние намного более значительно, чем между любыми организмами внутри , что логично, так как XENLA всё-таки довольно далекий организм. Таким образом, деревья, построенные для 12s rRNA оказались точнее, чем деревья, построенные для белков. В общем случае укоренение во внешнюю группу будет делать топологию более точной.

Рис. 2 Реконструкция филогенетического дерева Artioctyla программой fastME с оценкой эволюционных расстояний как p-distance по последовательностям малой РНК митохондриальных хромосом (12S rRNA). Укоренение по внешнюю группу.

Бутстреп

Была рассмотрена филогенетическая реконструкция, полученная в практикуме 2 при помощи программы fastME с оценкой эволюционных расстояний с помощью модели MtREV. В рамках практикума 3 она была воспроизведена с использованием 100 реплик бутстрепа при помощи следующей команды:

fastme -pM -i ../pr2/cyb.phy -o cyb-MT-boot.tre -b 100

Параметр -b 100 позволяет сделать 100 реплик

Полученное дерево представлено на рисунке 3. Заметим, что, как и при отсутствии бутстреп анализа, в дереве возникает ошибочка - BOVIN выделяется в отдельную ветвь в отрыве от жвачных и становится базальной ветвью, в т.ч. для оленьковых (TRANA), что не является правдой. На ошибочность этой группировки указывает низкая бутстреп-поддержку. Это может быть объяснено тем, что дерево реконструировано по аминокислотной последовательности цитохрома b — консервативного белка с медленной скоростью эволюции, и у рассматриваемых близкородственных видов число информативных аминокислотных замен невелико - программа дерево не смогло из-за потери филогенетического сигнала.

Рис. 3 Реконструкция филогенетического дерева Artioctyla программой fastME с оценкой эволюционных расстояний с помощью модели MtREV по аминокислотным последовательностям цитохрома b. Цифрами под ветвями обозначена их бутстреп-поддержка.