Bootstrap- и Jackknife-анализ филогении

Наша цель — проверить достоверность деревьев, которые были построены по результатам множественного выравнивания последовательностей, используя алгоритмы Bootstrap и Jackknife. Они отличаются в частности способом построения выравниваний (бутстреп-реплик), на основании которых строятся 100 деревьев. Для этого используются следующие программы:

• seqboot — для построения множественных выравниваний, состоящих из случайно выбранных столбцов исходного выравнивания. В случае Bootstrap это выравнивания той же длины, столбцы которых получают последовательным произвольным выбором из столбцов исходного (схема "выбор с возвращением"), а в случае Jackknife — выравнивания половинной длины, из каждого из которых случайным образом выкинули половину столбцов;
• dnaml — для построения 100 деревьв по созданным ранее репликам. Используем дополнительные параметры, а именно T, отношение числа транзиций к числу трансверсий, которое в условиях нашей модели, как уже неоднократно повторялось, равно 1; для построения деревьев используется метод Maximum Likelihood;
• consense — для построения консенсусного дерева, т.е. такого, ветви которого встречаются в большинстве деревьев (Extended majority rule);

В результате по двум этим алгоритмам мы получаем два консенсусных дерева. Цифры, которыми подписаны ветви, показывают число деревьев из ранее построенных 100, в которых встретилась данная ветвь.

Bootstrap	Jackknife
+------F +-------100.0-| | +------E +------| | | +------B | | +100.0-| | +-78.0-| +------A | | | +-------------D | +---------------------------C	+-------------C +-81.0-| | | +------F +100.0-| +100.0-| | | +------E +------| | | | +--------------------D | | | +---------------------------A | +----------------------------------B

Я наблюдаю очень интересный интересный результат: оба алгоритма проверки достоверности ветвей выдают одинаковое по топологии консенсусное дерево, которое с большой уверенностью показывает, что именно такая картина эволюции имела место быть! Однако, она не соответствует реальной эволюционной модели.

Все ветки в консенсусных деревьев достоверны (появились в более чем 70 деревьев из 100). И реконструированные деревья по топологии в точности соответствуют тем, которые были восстановлены почти всеми (за исключением UPGMA) методами, использованными ранее при построении филогенетических деревьев.

Очень большое преимущество данных алгоритмов, на мой взгляд, заключается в том, что они приводят помимо ветвей консенсусного дерева и менее "популярные" ветви, среди которых с большой вероятностью может оказаться та ветвь, которая и будет отвечать реальной картине.

Именно так и происходит в случае моего дерева — ветвь, разбивающая множество листьев на подмножества (ABEF)|(CD) и соответствующая реальной эволюционной модели, встретилась в 21 дереве из 100 в случае Bootstrap и в 18 деревьях из 100 после работы Jackknife. В обоих случаях было легко отличить такую ветвь от ветви, которая к реальности отношения не имеет — такие ветви попадались горазде реже (всего по 1 на каждый алгоритм).

Если бы помимо построенного дерева имелись бы какие-то дополнительные данные об эволюции рассматриваемых последовательностей, то анализ менее "популярных" ветвей мог бы позволить установить реальное дерево, даже если сам алгоритм допускает оплошность.