Филогенетическое дерево

Построение дерева выбранных организмов

Поиск ортологов CLPX_ECOLI.
Филогенетическое дерево - это дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между различными видами или другими объектами, предположительно имеющими общего предка.
Филогенетическое дерево состоит из трёх классов объектов: листьев, узлов и, в зависимости от метода построения, корня. Листья — это конечные вершины отображающий, как правило, некоторый вид организмов, объект исследования. Каждый узел представляет эволюционное событие: разделение предкового вида на два или более, которые в дальнейшем эволюционировали независимо. Корень представляет собой предполагаемого общего предка всех рассматриваемых объектов. Ребра филогенетического дерева называют ветвями.

Для выполнения практикума было выбрано семь организмов из предложенной таблицы:

Таблица 1. Организмы Организм: название Мнемоника Rhizobium etli RHIEC Rhodobacter sphaeroides RHOS4 Neisseria meningitidis NEIMA Escherichia coli ECOLI Yersinia pestis YERPE Haemophilus influenzae HAEIN Proteus mirabilis PROMH

Скобочная формула дерева

Дереву можно однозначно сопоставить скобочную формул:

(((((ECOLI, YERPE), PROMH), HAEIN), NEIMA), (RHOS4, RHIEC));

Изображение дерева

Рисунок 1. Филогенетическое дерево.

Для изображения дерева использовалась программа Mega 7 [1].

Ветви дерева

Дерево содержит нетривиальные ветви:

{ECOLI, YERPE} vs {PROMH, HAEIN, NEIMA, RHOS4, RHIEC}
{ECOLI, YERPE, PROMH} vs {HAEIN, NEIMA, RHOS4, RHIEC}
{ECOLI, YERPE, PROMH, HAEIN} vs {NEIMA, RHOS4, RHIEC}
{ECOLI, YERPE, PROMH, HAEIN, NEIMA} vs {RHOS4, RHIEC}

Реконструкция филогении

Была составлена таблица таксономического положения видов с помощью раздела NCBI Taxonomy. Все выбранные организмы относятня к царству Proteobacteria из домена Bacteria.

Таблица2. Организмы и их систематическое положение Организм: название Мнемоника Систематическое положение Rhizobium etli RHIEC Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhizobiales; Rhizobiaceae; Rhizobium/Agrobacterium group; Rhizobium Rhodobacter sphaeroides RHOS4 BBacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhodobacterales; Rhodobacteraceae; Rhodobacter Neisseria meningitidis NEIMA Bacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; Neisseriales; Neisseriaceae; Neisseria Escherichia coli ECOLI Bacteria; Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacterales; Enterobacteriaceae; Escherichia Yersinia pestis YERPE Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacterales; Yersiniaceae; Yersinia; Yersinia pseudotuberculosis complex Haemophilus influenzae HAEIN Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Pasteurellales; Pasteurellaceae; Haemophilus Proteus mirabilis PROMH Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacterales; Morganellaceae; Proteus

При взгляде на дерево видно, что некоторые нетривиальные ветви выделяют отдельные таксоны, что говорит о адекватности нарисованного нами дерева, а также указывает на возможную эволюцию бактерий.

Отдельно нетривиальные ветви выделяют следующие таксоны:
Класс Gammaproteobacteria - {ECOLI, YERPE, HAEIN, PROMH} vs {NEIMA, RHOS4, RHIEC}.
Класс Alphaproteobacteria - {RHIEC, RHOS4} vs {HAEIN, PROMH, NEIMA, RHOS4, RHIEC}.
Отряд Enterobacterales - {ECOLI, YERPE, PROMH}.

Рисунок 2. Филогенетическое дерево нетривиального разбиения таксонов.

Реконструкция филогении

Для выполнения задания в файл RL1.fasta из банка данных Uniprot для отобранных организмов были скачаны последовательности белков семейства RF1.
Последовательности были выровнены с помощью команды muscle -in RL1.fasta -out RL1_aligned.fasta

С помощью различных алгоритмов программы Mega были построены следующие деревья.

Maximum Likelihood

Рисунок 3. Филогенетическое дерево, построенное с помощью метода Maximum Likelihood.

Neighbor-joining

Рисунок 4. Филогенетическое дерево, построенное с помощью метода Neighbor-joining.

Minimum Evolution method

Рисунок 5. Филогенетическое дерево, построенное с помощью метода Minimum Evolution.

Анализируя полученные выравнивания, можно заключить, что три метода, в данном случае, работают практически одинаково. Различие обнаруживается лишь в длинах ветвей. Методы реконструкции хорошо справились со своей задачей. Деревья отличаются от принятого нами за истинное одной перестановкой тривиальных ветвей.

Файлы в формате .newick лежат в директории.

Ссылка на дополнительное задание

1. Mega 7
2. Uniprot