Анализ деревьев, содержащих паралоги. Особенности работы с нуклеотидными последовательностями.

Построение дерева по нуклеотидным последовательностям.

Построим филогенетическое дерево бактерий, выбранных в прошлых заданиях, используя последовательности РНК малой субъединицы рибосомы (16S rRNA). Для этого найдем последовательности 16S рибосомальной РНК каждой из бактерий.

В записи EMBL, описывающей полный геном бактерии, найдем соответствующую "особенность" (FT), она имеет ключ (FTkey) "rRNA" и в описании: /note="16S rRNA". Ссылку на запись EMBL, описывающую полный геном, проще всего найти в записи Swiss-Prot, описывающей какой-нибудь белок. Часто в геноме имеется несколько копий рРНК, берем только одну.

Переместим все последовательности в единый файл в fasta-формате, с названиями, отвечающими организмам, и произведем их выравнивание программой muscle, получим выровненные последовательности.
Воспользуемся программой из пакета PHYLIP на kodomo-count -- fdnaml. На выходе получаем скобочную версию дерева и изображение:



+---PSEAE | | +ECOLI | +--5 | +--4 +SALTY | | | | +--3 +YERPE | | | 1--2 +--VIBCH | | | +------PASMU | +--------RHOS4



a) По сравнению с эталонным деревом у приведенного выше дерева образовалась новая ветвь: {PSEAE, PASMU, RHOS4} против {ECOLI, SALTY, YERPE, VIBCH}.
Старая ветвь: {ECOLI, SALTY, YERPE, PASMU} против {VIBCH, PSEAE, RHOS4}.

b) От дерева, построенного по белкам того же семейства (ENO), не отличается.




Построение и анализ дерева, содержащего паралоги

Найдем в выбранных бактериях достоверные гомологи белка FTSH_ECOLI и построим дерево этих гомологов.
Для этого проведем поиск программой BLASTP (с порогом E-value, равным 0.0001) в файле proteo.fasta и отберем по мнемонике видов только те находки, которые относятся к выбранным бактериям.

Получим файл с последовательностью белка FTSH_ECOLI в fasta-формате с помощью команды:


seqret sw:FTSH_ECOLI


Сохраним последовательность в файле ftsh_ecoli.fasta.
Затем создадим индексные файлы пакета BLAST для поиска по файлу с помощью команды:


formatdb -i proteo.fasta -p T -n pr


Теперь проведем поиск гомологов программой BLASTP c порогом E-value, равным 0.0001:


blastall -p blastp -d pr -i ftsh_ecoli.fasta -o pblast.fasta -e 0.0001



На выходе получили файл с гомологами белка FTSH_ECOLI.
Теперь выберем из них те, которые мы отобрали в первом задании, полученный файл сохраним.

Теперь с помощью программы seqret получим последовательности выбранных белков. Полученный файл подадим на вход muscle и получим выровненные последоваельности.
Затем используя программу fprotpars, получили филогенитическое дерево гомологов и его скобочную модель.



+--FTSH_SALTY +-14 +-13 +--FTSH_ECOLI ! ! +-12 +-----Q0WBE7_YER ! ! +-11 +--------Q9KU86_VIB ! ! +-10 +-----------Q9CNJ2_PAS ! ! +--9 +--------------Q9HV48_PSE ! ! +-----------------8 +-----------------Q3J045_RHO ! ! ! +--------------------Q9I5R4_PSE ! ! +-----------HSLU_PASMU +--7 ! ! ! ! +--HSLU_SALTY ! ! +--3 +--6 ! ! ! ! +--5 +--HSLU_ECOLI ! ! ! ! ! ! 1 +-----------------------2 +--4 +-----HSLU_YERPE ! ! ! ! ! +--------HSLU_VIBCH ! ! ! +--------------HSLU_PSEAE ! +-----------------------------------------HSLU_RHOS4



В этом дерево очень четко выделяется поддерево семейства белков HSLU.
Поддерево этого семейства в точности повторяет деревья, построенные NJ, UPGMA и fprotpars.

Если считать, что дерево реконструированно верно, то мы можем указать ортологи и паралоги.
Два гомологичных белка будем называть ортологами, если они а) из разных организмов; б) разделение их общего предка на линии, ведущие к ним, произошло в результате видообразования. Два гомологичных белка из одного организма будем называть паралогами.

Ортологи:

HSLU_SALTY и HSLU_ECOLI;
FTSH_SALTY и FTSH_ECOLI;

Паралоги:

Q9KU86_VIBH и HSLU_VIBCH;
HSLU_PASMU и Q9CNJ2_PASMU;
HSLU_PSEAE и Q9HV48_PSEAE;