Четвертый семестр

Филогенетические деревья

Моделирование эволюции гена

1.  Изображение дерева, описанного заданной формулой.
   Скобочная структура дерева: ((((А:40,В:40):10,(С:25,D:25):5):50,Е:90):30,F:120);
   
2.   Таблица ветвей как разбиений:
   

   A B C D E F 
   * * . . . .
   * * * * . .
   * * . . * *
   

3.   Длина гена белка GLMU_ECOLI составляет 1371 п.н.
   Для пересчета расстояний в число мутаций в гене использовалась формула: (длина гена)*(чилсо мутаций)/100 = 6,97*(число мутаций).
   Мутантные последовательности были получены при помощи скрипта:

      msbar my.fasta ABCDE.fasta -point 4 -count 411 -auto
      msbar my.fasta F.fasta -point 4 -count 1645 -auto
      msbar ABCDE.fasta E.fasta -point 4 -count 1234 -auto
      msbar ABCDE.fasta ABCD.fasta -point 4 -count 686 -auto
      msbar ABCD.fasta AB.fasta -point 4 -count 137 -auto
      msbar ABCD.fasta CD.fasta -point 4 -count 69 -auto
      msbar AB.fasta A.fasta -point 4 -count 548 -auto
      msbar AB.fasta B.fasta -point 4 -count 548 -auto
      msbar CD.fasta C.fasta -point 4 -count 343 -auto
      msbar CD.fasta D.fasta -point 4 -count 343 -auto
      cat A.fasta >> mutants.fasta  
      cat B.fasta >> mutants.fasta  
      cat C.fasta >> mutants.fasta  
      cat D.fasta >> mutants.fasta  
      cat E.fasta >> mutants.fasta  
      cat F.fasta >> mutants.fasta 
   

4.   По полученным мутантным последовательностям дерево было восстановлено следующими тремя алгоритмами:
   
   • алгоритмом максимального правдоподобия
     

     
       +---------B         
       |  
       |                +-----------------------------------------F         
       |  +-------------4  
       |  |             +--------------------E         
       1--3  
       |  |  +-----D         
       |  +--2  
       |     +-----C         
       |  
       +----------A         
     
     
       
     

   • алгоритмом UPGMA
     

                               +---------A         
                  +------------3 
                  !            ! +---------B         
                  !            +-2 
       +----------4              !   +-----C         
       !          !              +---1 
       !          !                  +-----D         
     --5          ! 
       !          +----------------------E         
       ! 
       +---------------------------------F     
     

     Дерево, построенное по алгоритму UPGMA, укоренено, при этом корень поставлен в том же месте, что и в реальном дереве.

   • алгоритмом Neighbor-joining
     

     
       +------B         
       ! 
       !   +--C         
       ! +-3 
       ! ! +---D         
       2-4 
       ! !        +-------------E         
       ! +--------1 
       !          +----------------------------F         
       ! 
       +------A         
     
      
     

     Алгоритмам Neighbor-joining и алгоритм максимального правдоподобия восстанавливают неукорененные деревья. Алгоритм максимального правдоподобия и NJ поставили корень в одном и том же месте случайным образом. Он не совпадает с реальным.

5.   Сравнение деревьев между собой и с правильным деревом.

   A B C D E F	Истинное дерево	Максимальное правдоподобие	Neighbor-joining	UPGMA
   * * . . . .	+	+	+	-
   * * * * . .	+	+	+	+
   * * . . * *	+	+	+	+
   . * * * . .	-	-	-	+

   
   Таким образом, набор ветвей, встречащийся в трех вариантах одинаков. UPGMA неправильно реконструировала одну внутреннюю ветвь. Длины ветвей реконструированных деревьев пропорционально соответствуют реальным длинам.

   Bootstrap и drawtree

6.  

   Бутстреп-анализ выравнивания мутированных последовательностей

   Для проведения бутстреп-анализа были выполнены следующие команды:

   Создание 100 реплик выравнивания с помощью программы fseqboot:
   fseqboot mutants.fasta -auto

   Построение 100 деревьев по алгоритму максимального сходства (отношение количества транзиций к трансверсиям задается равным 1):
   fdnaml mutants.fasta -ttratio 1 -auto

   Получение результатов бутстреп-анализа:
   fconsense mutants.treefile

    
   A B C D E F 
   . . . . * *    78.00
   * * . . . .    77.00
   * * . . * *    68.00
   

   Консенсусное дерево по разбиению ветвей совпало с реальным деревом. Рядом с разбиением каждой ветви указано ее бутстреп-значение, определяющееся, как частота встерчаемости данной ветви среди среди построенных 100 деревьев. С помощью этих значений можно определить надежность каждой ветви - > 50%.
   консенсусное дерево:

        
   
     +---------------------------C
     |
     |                    +------F
     |             +-78.0-|
     |             |      +------E
     |      +-77.0-|
     |      |      |      +------B
     +------|      +-68.0-|
            |             +------A
            |
            +--------------------D
   
   
   

7.  Изображение реального дерева, построенное по скобочной формуле программой fdrawtree