Занятие 3: Алгоритмы реконструкции деревьев
Укоренение в среднюю точку
На предыдущем занятии методом Neighbour Joining было построено 2 филогенетических дерева. Деревья, реконструированные этим методом, являются неукоренёнными, в отличие от деревьев, реконструированных методом UPGMA (Average Distance в программе JalView).
Чтобы укоренить в среднюю точку дерево, построенное методом Neighbour Joining, можно воспользоваться программой retree пакета PHYLIP. Ниже приведены изображения соответствующих укоренённых деревьев, полученные программой MEGA.
Neighbour Joining Using % Identity
Ниже представлено исходное реконструированное дерево, полученное с помощью программы JalView методом Neighbour Joining Using % Identity, и укоренённое в среднюю точку дерево. Ветвь, в которую произошло укоренение, обозначена на изображении исходного дерева стрелкой. Данное укоренение вряд ли можно считать правильным (относительно правильного дерева наиболее приемлемым можно назвать укоренение в тривиальную ветвь {CLOTE}).
Neighbour Joining Using BLOSUM62
Аналогичные изображения приведены для дерева, реконструированного методом Neighbour Joining Using BLOSUM62. Сравнение с правильным деревом указывает на то, что укоренение вряд ли можно считать правильным.
Использование внешней группы
Метод максимальной экономии (Maximum parsimony) не реконструирует длины ветвей. Поэтому деревья, построенные этим методом, невозможно укоренить в среднюю точку. Однако можно воспользоваться укоренением с помощью внешней группы.
В качестве внешней группы для реконструкции дерева отобранных бактерий методом максимальной экономии использован белок семейства IF2 из кишечной палочки Escherichia coli (if2_ecoli). Последовательности белков отобранных бактерий (Firmicutes) и последовательность белка кишечной палочки были выровнены вместе (Web Service > Alignment > Muscle with Defaults в JalView), после чего результат выравнивания был импортирован в программу MEGA, при этом имена последовательностей были отредактированы (оставлена только мнемоника видов). Укоренить построенное методом максимальной экономии дерево (Maximum Parsimony в меню Phylogeny) в ветвь, ведущую к ECOLI, можно с помощью команды Subtree > Root с последующим выбором соответствующей ветви. Чтобы получить изображение укоренённого дерева без ECOLI, нужно воспользоваться кнопкой Show Subtree Separately на левой панели окна MEGA.
Полученное укоренение можно считать правильным. Реконструированное методом максимальной экономии с использованием внешней группы дерево отличается от правильного лишь одной ветвью {LISMO, GEOKA} (в правильном дереве присутствует ветвь {BACSU, GEOKA}).
Бутстрэп
Бутстрэп-анализ филогении белков отобранных бактерий можно провести с использованием одного из методов, доступных в программе MEGA. Например, ниже приведены изображения деревьев, полученные в результате бутстрэп-анализа белков с использованием метода UPGMA (число реплик было установлено равным 100). Как видно, деревья, названные Original tree и Bootstrap consensus tree, совпадают. Эти деревья имеют три общие нетривиальные ветви с правильным деревом (в этих деревьях можно выделить ветвь {LACDA, CLOTE}, в то время как правильное дерево содержит ветвь {LACDA, ENTFA}).
Ветвь {LACDA, CLOTE} vs {BACSU, GEOKA, LISMO, STAES, ENTFA} имеет относительно высокую поддержку (87 по сравнению со значениями 39, 48 и 91 для других ветвей), хотя верной не является. В то же время некоторые правильные ветви имеют меньшую поддержку (39 и 48), чем неправильная ветвь.
Ссылки
- Файл neighbour_joining_using_percent_identity_retree.tre.
- Файл neighbour_joining_using_blosum62_retree.tre.
- Файл if2_with_ecoli.fasta.
- Файл if2_with_ecoli_alignment.fasta.