Реконструкция филогении. Дополнительное задание

Построение дерева выбранных организмов

В дополнительном задании мы сравнили работу программ пакета PHYLIP и программы Mega 7. Для анализа использованись последовательности, полученные в практикуме и сохранённые в файл RL1_aligned.fasta.

Для построения филогенетических деревьев был использован пакет PHYLIP.
Сначала для получения таблицы с рассчитанными расстояниями между последователностями белков была использована программа fprotdist. Для построения матрицы можно использовать разные методы, задающиеся параметром -method

Команда: fprotdist RL1_aligned.fasta
Выдача:

Protein distance algorithm
Phylip distance matrix output file [rl1_aligned.fprotdist]: 

Computing distances:
  RHIEC        
  RHOS4        .
  NEIMA        ..
  HAEIN        ...
  PROMH        ....
  ECOLI        .....
  YERPE        ......

Output written to file "rl1_aligned.fprotdist"

Done.

После с помощью программы fneighbor, использующей полученную матрицу расстояний,с помощью алгоритма Neighbor-Joining было построено филогенетическое дерево.
Программа принимает на вход разные типы входных матриц, достыпные по параметру -matrixtype {s -квадратная, u - нижняя треугольная и l - верхняя треугольная).
Также можно задать тип построения дерева (выбрать алгоритм) (-treetype [n (Neighbor-joining); u (UPGMA))]), рисовать построенное дерево в файл (-trout [name of file]).

Команда: fneighbor -datafile rl1_aligned.fprotdist
Выдача:

Phylogenies from distance matrix by N-J or UPGMA method
Phylip neighbor program output file [rl1_aligned.fneighbor]: 

Cycle   4: species 1 (   0.17484) joins species 2 (   0.18669)
Cycle   3: node 1 (   0.27134) joins species 3 (   0.16005)
Cycle   2: node 1 (   0.15360) joins species 4 (   0.08000)
Cycle   1: node 1 (   0.04332) joins species 6 (   0.03341)
last cycle:
 node 1  (   0.00878) joins species 5  (   0.05377) joins species 7  (   0.04688)

Output written on file "rl1_aligned.fneighbor"

Tree written on file "rl1_aligned.treefile"

Done.

Получена скобочная формула
(RHOS4:0.18669,(NEIMA:0.16005,(HAEIN:0.08000,(ECOLI:0.03341, (PROMH:0.05377,YERPE:0.04688):0.00878):0.04332):0.15360):0.27134,RHIEC:0.17484);

Команда: fneighbor -datafile rl1_aligned.fprotdist -trout tree_out.txt
Выдача:

Neighbor-Joining/UPGMA method version 3.69.650


   7 Populations

 Neighbor-joining method

 Negative branch lengths allowed


  +----------RHOS4     
  ! 
  !               +---------NEIMA     
  1---------------2 
  !               !        +----HAEIN     
  !               +--------3 
  !                        !  +-ECOLI     
  !                        +--4 
  !                           ! +--PROMH     
  !                           +-5 
  !                             +-YERPE     
  ! 
  +---------RHIEC     


remember: this is an unrooted tree!

Between        And            Length
-------        ---            ------
   1          RHOS4           0.18669
   1             2            0.27134
   2          NEIMA           0.16005
   2             3            0.15360
   3          HAEIN           0.08000
   3             4            0.04332
   4          ECOLI           0.03341
   4             5            0.00878
   5          PROMH           0.05377
   5          YERPE           0.04688
   1          RHIEC           0.17484

Следующим шагом является прорисовка изображения дерева с помощью программы fdrawtree. Программа получает на вход скобочную формулу дерева, а выдаёт изображение дерева в формате .ps

Команда: fdrawtree -intreefile rl1_aligned.treefile -plotfile rl1_aligned.ps
Выдача:

Plots an unrooted tree diagram
DRAWTREE from PHYLIP version 3.69.650
Reading tree ... 
Tree has been read.
Loading the font ... 
Font loaded.

Writing plot file ...

Plot written to file "rl1_aligned.ps"

Done.

Можно получить файл с рисунком дерева в формате .pdf, что может быть удобно для публиакации результата и создания автоматических отчётов.
Команда: ps2pdf rl1_aligned.ps

Рисунок 1. Филогенетическое дерево, построенное с помощью метода Neighbor-Joining в пакете PHYLIP.

Для изображения дерева в виде дендрограммы можно использовать программу fdrawgram. Для избавления от надоедливого оконного режима используйте -previewer n.

Команда: fdrawgram -intreefile rl1_aligned.treefile -plotfile rl1_aligned.fdrawgram -auto -previewer n
Выдача:

DRAWGRAM from PHYLIP version 3.69.650
Reading tree ... 
Tree has been read.
Loading the font .... 
Font loaded.

Writing plot file ...

Plot written to file "rl1_aligned.fdrawgram"

Done.

Рисунок 2. Дендрограмма, построенная с помощью метода Neighbor-Joining в пакете PHYLIP.

Сравнение работы программ пакета PHYLIP и программы Mega 7

Для сравнения результатов работы с помощью обоих программ были построены аналогичные деревья.

Рисунок 3. Филоенетические деревья, построенные с помощью метода Neighbor-Joining в пакете PHYLIP (слева) и с момощью программы Mega 7 (справа). Рисунок 4. Дендрограммы, построенные с помощью метода Neighbor-Joining в пакете PHYLIP (слева) и с момощью программы Mega 7 (справа).

Из рисунков видно, что топологически деревья аналогичны. PHYLIP строит укоренённую дендрограмму приблизительно в центре. Можно попросить Mega укоренить дерево где-то в центре.

Также мне удалось освоить построение графиков в R, и расскраску исследуемых ветвей. Это достаточно увлекательно, и необходимо для моей научной работы. С некоторыми результатами можно ознакомиться ниже.

Рисунок 5. Деревья в R с некоторыми видами.

1. Mega 7