Реконструкция филогенетических деревьев

Таксономическое положение выбранных бактерий

C помощью соответствующего сервиса NCBI для семи выбранных в предыдущем практикуме видов бактерий было определено их систематическое положение (см. таблицу 1).

Таблица 1. Систематическое положение рассматриваемых бактерий (по NCBI-taxanomy) STRPN

Полное название бактерии	Мнемоника	Систематическое положение
Bacillus anthracis	BACAN	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Bacillaceae; Bacillus; Bacillus cereus group
Clostridium botulinum	CLOB1	Bacteria; Firmicutes; Clostridia; Clostridiales; Clostridiaceae; Clostridium
Enterococcus faecalis	ENTFA	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Enterococcaceae; Enterococcus
Geobacillus kaustophilus	GEOKA	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Bacillaceae; Geobacillus
Lactobacillus delbrueckii	LACDA	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Lactobacillaceae; Lactobacillus
Listeria monocytogenes	LISMO	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Bacillales; Listeriaceae; Listeria
Streptococcus pneumoniae	STRPN	Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Streptococcaceae; Streptococcus

Таким образом, на построенном нами ранее дереве можно произвести сопоставление отдельных ветвей с систематическими группами:

• {BACAN,GEOKA} - Bacillaceae
• {BACAN,GEOKA,LISMO} - Bacillales
• {LACDA,ENTFA,STRPN} - Lactobacillales

Подготовка к построению филогенетического дерева по последовательностям белков

В качестве белка, по которому впоследствии будет строиться филогенетическое дерево, был выбран рибосомальный белок RL3. Из Swiss-prot с помощью команды seqret @list.txt sequence.fasta получаем последовательности белков RL3 по составленному списку их идентификаторов (ССЫЛКА). Получен следующий файл: ССЫЛКА.
Далее для полученных последовательностей было получено выравнивание MUSCLE (использовался веб-интерфейс программы http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle) и импортировано в JalView.

	Рис. 1 Выравнивание рибосомальных белков RL3 из семи видов бактерий.

Поиск диагностических позиций в выравнивании

Диагностическая позиция - это такой номер а/к в последовательности белка, что то, какая а/к стоит в данном месте, коррелирует с систематическим положением организма (на определённом уровне таксонов).

• Clostridia/Bacilli - позиции 4 и 138
• Bacillales/Lactobacillales - позиция 89

Сравнение топологии полученных деревьев с топологией правильного дерева

C помощью четырёх различных методов, доступных в программе Jalview, были построены филогенетические деревья. Они приведены в таблице ниже. Далее дано сравнение топологий (наличия/отсутствия тех или иных ветвей в дереве).

	Правильное филогенетическое дерево для семи видов бактерий, полученное при выполнении первого практикума
	Дерево Average distance using % identity
	Дерево Neighbour joining using % identity
	Дерево Average distance using Blosum62
	Дерево Neighbour joining using BLOSUM62

В таблице ниже приведены результаты по наличию ветвей во всех рассматриваемых в данном практикуме деревьях. В каждом дереве присутствует по 4 ветви, кроме дерева, построенного методом Neighbour joining using % identity, так как оно получилось не бинарным. Стоит отметить, что ни один из использованных методов не смог дать правильной исходной конфигурации дерева, что в целом объясняет такое разнообразие методов. Большинство методов верно воспроизвело две из четырёх ветвей исходного дерева.

В качестве отдельных наблюдений отмечу: (i) ветвь {STRPN+ENTFA}&{others} встречается во всех построенных деревьях, что говорит о том, что последовательности их белков настолько сходны, что вне зависимости от метода попадают в одну кладу,(ii) вероятно такой разброс в полученных результатах связан с тем, что выравнивание строилось на основе одного белка, в то время как в настоящих филогенетических исследованиях берутся целые семейства белков и РНК.

Рис.3 Сравнительная таблица топологии рассмотренных деревьев. По столбцам расположены пять методов, которые использовались для построения деревьев, а также добавлен столбец, соответствующий исходному правильному дереву. По строкам расположены различные разбиения множества листьев (ветви), встреченные на различных деревьях.

Реконструкция дерева методом Maximum Parsimony с помощью программы Mega

С помощью программы MEGA по данным исходного выравнивания было построено филогенетическое дерево методом максимальной экономии и укоренено по вручную. сравнение топологии для этого и правильного деревьев приведено в таблице выше.

Рис.4 Филогенетическое дерево, полученное методом максимальной экономии (maximum parsimony)