Задание 1.

На этой странице выложен отчет по заданию 1.

Общая информация


Филогенетическое дерево (эволюционное дерево, дерево жизни) — дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между различными видами или другими сущностями, имеющими общего предка. Вершины филогенетического дерева делятся на три класса: листья, узлы и (максимум один) корень. Листья — это конечные вершины, то есть те, в которые входят ровно по одному ребру; каждый лист отображает некоторый вид живых организмов (или иной объект, подверженный эволюции, например, домен белка). Каждый узел представляет эволюционное событие: разделение предкового вида на два или более, которые в дальнейшем эволюционировали независимо. Корень представляет общего предка всех рассматриваемых объектов. Ребра филогенетического дерева принято называть «ветвями». [1]

В таблице 1 перечислены выбранные бактерии, для которых было построено филогенетическое дерево. Все отобранные бактерии относятся к фирмикутам. Фирмикуты - это тип бактерий, представители которого характеризуются низким содержанием пар нуклеотидов G+C (меньше 50%) и строением клеточной стенки, характерным для грамположительных бактерий. Тип включает и патогенные для человека и животных организмы (Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens), так и представителей нормальной микробиоты человека (например представители рода Lactobacillus), так и важные промышленные микроорганизмы.[2] доказано, что фирмикуты улучшают усвоение жирных кислот в кишечнике рыб Danio rerio[3], а количество этих бактерий у мышей пропорционально степени ожирения.[4] Поскольку у рыб Danio rerio метаболизм липидов похож на метаболизм липидов у млекопитающих и других позвоночных, изучение фирмикут очень важно для улучшения понимания причин ожирения у людей.

Отобранные бактерии


НазваниеМнемоника
Bacillus anthracis BACAN
Clostridium botulinum CLOBA
Clostridium tetaniCLOTE
Finegoldia magna FINM2
Lactobacillus acidophilus LACAC
Staphylococcus aureus STAAR
Staphylococcus epidermidis STAES
Streptococcus pneumoniae serotype 4 STRPN

Таблица 1. Отобранные бактерии.
Для построения дерева использовалась программа MEGA, позволяющая построить дерево по скобочной формуле (в формате Newick). Дерево строилось на основе приведенного в задании дерева, включающего большее число организмов. Для построения был создан файл 1.tre, содержащий скобочную формулу.

Скобочная формула дерева


 (((CLOTE, CLOBA), FINM2), ((LACAC, STRPN), (BACAN, (STAAR, STAES))));

Изображение дерева



Рис. 1. Филогенетическое дерево.

Ветви дерева

Дерево содержит 4 нетривиальные ветви:
1) {CLOTE, CLOBA} против {FINM2}
2) {CLOTE, CLOBA, FINM2} против {LACAC, STRPN, BACAN, STAAR, STAES}
3) {LACAC, STRPN} против {BACAN, STAAR, STAES}
4) {BACAN} против {STAAR, STAES}

Таксономия

Построенное дерево отражает таксономиию организмов. С использованием таксономического сервиса NCBI были определены таксоны, к которым относятся выбранные бактерии. Они приведены в таблице 2, начиная с таксона, лежащего ниже типа Firmicutes.

НазваниеТаксономия
Bacillus anthracis Bacilli > Bacillales > Bacillaceae > Bacillus > Bacillus cereus group
Clostridium botulinum Clostridia > Clostridiales > Clostridiaceae > Clostridium
Clostridium tetaniClostridia > Clostridiales > Clostridiaceae > Clostridium
Finegoldia magna Bacilli > Tissierellia > Tissierellales > Peptoniphilaceae
Lactobacillus acidophilus Bacilli > Lactobacillales > Lactobacillaceae
Staphylococcus aureusBacilli > Bacillales > Staphylococcaceae > Staphylococcus
Staphylococcus epidermidis Bacilli > Bacillales > Staphylococcaceae > Staphylococcus
Streptococcus pneumoniae serotype 4 Bacilli > Lactobacillales > Streptococcaceae > Streptococcus

Таблица 2. Таксономия отобранных бактерий.

Рис. 2. Филогенетическое дерево с указанием таксонов для нетривиальных ветвей.
Как видно из рисунка 2, все нетривиальные ветви отделяют тот или иной таксон от остальных ветвей. Таким образом ветви в порядке, в которым они указаны в задании 1, отделяют следующие таксоны:
1)ветвь отделяет класс Clostridia от другого класса Bacilli;
2)ветвь отделяет отряд Lactobacillales от остальных таксонов;
3)ветвь отделяет семейство Bacillaceae от остальных таксонов;
4)ветвь отделяет класс Bacilli от остальных таксонов.

Ссылки:


[1] Hodge T. & Cope M.J.T.V. 2000. A myosin family tree. Journal of Cell Science 113:3353-3354.
[2] Briggs G.S., Smits W.K., Soultanas P. (2012). Chromosomal Replication Initiation Machinery of Low-G+C-Content Firmicutes. J Bacteriol. 194, 5162-70.
[3] Semova, I., Carten, J.D., Stombaugh, J., Mackey, L.C., Knight, R., Farber, S.A., and Rawls, J.F. (2012). Microbiota Regulate Intestinal Absorption and Metabolism of Fatty Acids in the Zebrafish. Cell Host Microbe 12, 277-288.
[4] Backhed, F., Ding, H., Wang, T., Hooper, L.V., Koh, G.Y., Nagy, A., Semenkovich, C.F., and Gordon, J.I. (2004). The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 15718–15723.