Практикум 3

Резюме: В ходе работы над данным практикумом была продолжена работа по филогенетической реконструкции таксона Panarthropoda, начатая в 2 практикуме. Дерево было реконструировано по последовательностям генов 12S рРНК (малая РНК митохондриальных рибосом) с применением укоренения во внешнюю группу и бутстрепа.

Реконструкция дерева по нуклеотидным последовательностям 12S рРНК

Я не нашел в ENA размеченные митохондриальные геномы одного из анофелесов ANOQU и коллемболы TETBI (cм. рис. 1), поэтому не использовал этого анофелеса, а коллемболу Tetrodontophora bielanensis (TETBI) заменил на наиболее близкую ей, размеченный митохондриальный геном которой есть в ENA/EMBL - Orthonychiurus folsomi ORTFO (относятся к одному семейству Onychiuridae). Последовательности были получены с помощью команды seqret. Выравнивание проводилось c помощью программы mafft с параметрами по умолчанию. Дерево было реконструировано с помощью программы fastme с использованием модели p-distance. Визуализировано в iTOL (Рис. 2).

Сравнение с деревом, построенным на основе таксономии

**Рис.1.** Филогенетическое дерево Panarthropoda, построенное на основе таксономии в 1 практикуме (в отличие от других деревьев, длина ветвей ничего не значит). Не подписаны дочерние для Diptera клады и клада, объединяющая Diptera и Lepidoptera (у нее нет нормального названия).

**Рис.2.** Реконструкция дерева по последовательностям 12S рРНК программой fastme с оценкой эволюционных расстояний как p-distance. Верно реконструированные клады подписаны. Кроме (Holometabola - Diptera) -- это парафилетическая группа (по таксономии), которую мне почему-то захотелось обозначить (APILI - медоносная пчела). Остальные - неверно реконструированные

Больше всего вопросов вызывает положение артемии (ARTSF, Ракообразные), которая оказалась внутри Insecta sensu sticto, хотя по таксономии коллембола ORTFO должна быть ближе. Вместе с артемией ARTSF в одну кладу попала саранча LOCMI (с неполным превращением), хотя к Diptera ближе другие насекомые с полным превращением - бабочки (Lepidoptera) и пчелка (APILI). Стоит отметить, что как бы плохо не реконструировалось дерево, клада Arthropoda всегда бы присутствовала из-за структуры дерева и того, что я укоренял дерево в ветку, отделяющую EPIBI (онихофора) от остальных последовательностей.

Сравнение с деревом, построенным на основе белковых последовательностей цитохрома B

**Рис.3.** Реконструкция дерева по белковым последовательностям цитохрома B программой fastme с оценкой эволюционных расстояний как p-distance. Из трех построенных в 2 практикуме реконструкций я решил взять только одно, так как иначе было бы слишком громоздко + они довольно похожи; это - так как оно тоже построено по модели p-distance. Верно реконструированные клады подписаны (кроме дочерних для Diptera, извините, они тоже верно реконструированы). Выделение пчелки красным не несет объективного смысла.

По сравнению с реконструкцией по белковым последовательностям, на дереве, построенном по нуклеотидным последовательностям, верно реконструировалась еще одна клада - Pancrustacea (Надракообразные). Пчелка (APILI) на правой реконструкции занимает более адекватное положение. На левой реконструкции есть клада, содержащая только ее и клеща (RHISA, паукообразные) что, конечно, очень неправильно. А на правой она сближена с бабочками, что больше похоже на правду (вместе формируют "кладу" Holometabola - Diptera).

Укоренение во внешнюю группу

В качестве внешней группы я решил взять C. elegans, так как она, очевидно, внешняя (не принадлежит Panarthropoda), но при этом не очень далекая (тоже относится к Линяющим). Дерево реконструировалось по последовательностям 12S рРНК аналогично первому пункту.

**Рис.4.** Реконструкция дерева по последовательностям 12S рРНК программой fastme с оценкой эволюционных расстояний как p-distance. *C. elegans* используется как аутгруппа. Верно реконструированные клады подписаны

В целом, не очень многое поменялось (Рис. 3 - без использования аутгруппы), верно реконcтруированные клады остались теми же. КРОМЕ Arthropoda. Но в прошлый раз (рис. 3) для укоренения я использовал ветку, отделяющую EPIBI, то есть исключал формирование клады (EPIBI, RHISA), поэтому здесь нет сильного противоречия. Наоборот, использование внешней группы позволило понять, что на этой реконструкции RHISA ближе к EPIBI, чем к кладе со всеми остальными (то есть обнаружилась неверно реконструированная клада). Ну и еще пчелка улетела от бабочек( но не очень далеко, так что Pancrustacea все еще реконструируется.

Бутстреп

**Рис.5.** Реконструкция дерева по последовательностям 12S рРНК программой fastme с оценкой эволюционных расстояний как p-distance. *C. elegans* используется как аутгруппа. 100 бутстреп-реплик. Верно реконструированные клады подписаны (кроме дочерних для Diptera - они тоже верно реконcтруированные)

Аналогично предыдущему пункту была проведена реконструкция, но с использованием 100 реплик бустрепа. Самую низкую бутсреп-поддержку демонстрирует верно реконструированная ветвь - Pancrustacea))) Самую высокую (100) - тоже верно реконструированные. Верно реконструированная Lepidoptera также имеет высокую степень бутсреп-поддержки - 85. Одна из неверно реконструированных ветвей (Diptera, LOCMI) имеет очень высокую бутсреп-поддержку - 91. Остальные неверно конструированные имеют не очень высокую бутстреп-поддержку (22-60). Явная закономерность "верно реконструированно - высокая бутреп-поддержка" наблюдается только для Diptera и Lepidoptera.

OVERALL. Все неоднозначно, но насколько я понимаю, в целом с филогенией артропод все сложно и непонятно, для их филогенетического анализа применимы не все модели. Возможно, проблемы связаны с тем, что виды, выбранные мной, слишком близки, и в то же время таксон Panarthropoda просто огромный. Короче, ничего не понятно.