Задание 13. Реконструкция филогенетических деревьев

Нужные вам программы eprotdist и eneighbor представляют собой часть пакета EMBASSY и установлены на сервере kodomo-count.cmm.msu.ru

В отчете приведите полученные матрицы, текстовые изображения деревьев и их скобочные формулы. Совет: в документах MS-Word используйте для этого шрифт Courier New размера 8 (для матриц) или 9 (для деревьев); в HTML-документах — тэг "<PRE>".

1. Построение матрицы попарных расстояний

   Программой eprotdist постройте матрицу попарных расстояний ваших последовательностей. Выходной файл назовите ortho.dist; на вопрос о методе ответьте по умолчанию.

2. Реконcтрукция неукорененного дерева методом Neighbor-Joining

   Программой eneighbor реконструируйте филогенетическое дерево ваших последовательностей. В качестве входного файла ("Distance matrix") используйте ortho.dist. Выходные файлы рекомендуется назвать ortho.nj ("Output file") и ortho_nj.tre ("Tree file"). На остальные вопросы ответьте по умолчанию (нажатием "Enter").

3. Реконcтрукция укорененного ультраметрического дерева методом UPGMA

   Еще раз запустите программу eneighbor с теми же входными данными, что в предыдущий раз, но на вопрос "Neighbor-joining" ответьте "N" (то есть "нет"; при таком ответе программа использует метод UPGMA). Вариант: запустите eneighbor с опцией –nonj. Выходные файлы можно назвать ortho.upgma и ortho_upgma.tre.

4. Нахождение предположительного корня неукорененного дерева

   Сравните полученные двумя методами деревья. Укажите в отчете ветвь неукорененного дерева, укоренение в которую дало бы дерево, максимально близкое к дереву, реконтруированному методом UPGMA (ветвь можно указать как "ветвь между узлами X и Y" — воспользуйтесь нумерацией узлов, приведенной на текстовом изображении дерева).

Дополнительные упражнения

5. Сравнение топологий деревьев

   Укажите различия в топологии двух построенных деревьев.

   Указание. Чтобы сравнивать топологии, необходимо уметь устанавливать тождественность двух ветвей из двух разных деревьев с одинаковым множеством листьев. Для этого каждая ветвь интерпретируется как разделение множества листьев на два непересекающихся подмножества. Например, в дереве

   
              +-----HAEDU
         +----2  
         !    +------PASMU
      +--3  
      !  !             +--ECOLI
   +--4  +-------------1  
   !  !                +--SALTI
   !  !  
   !  +----------SHEON
   !  
   +--------------METAM
   

   ветвь, соединяющая узлы 3 и 4, разделяет листья на подмножества {SHEON,METAM} и {ECOLI,SALTI,HAEDU,PASMU}. В другом дереве, имеющем то же множество листьев, такая ветвь может присутствовать, а может и отсутствовать.

   Проанализируйте два ваших дерева и укажите те ветви в каждом из них, которые отсутствуют в другом.

6. Графическая визуализация дерева по его скобочной формуле

   Воспользуйтесь сервисом drawtree из Online-версии пакета Phylip:
   http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/drawtree-simple.html
   Результат (картинка в Postscript-формате) появляется в виде файла plotfile.ps, который можно скопировать на свой компьютер, а затем либо открыть посредством GhostView, либо непосредственно вставить в Word-документ (Insert → Picture → From file).

   Для интересующихся: список всех программ Online-версии Phylip см. здесь.

7. Реализация алгоритма UPGMA "вручную"

   Выберите из ваших последовательностей произвольные 5. Выделите из матрицы расстояний соответствующую подматрицу. Постройте (пользуясь калькулятором) дерево методом UPGMA, используя эту матрицу как исходный материал. Приведите в отчете промежуточные матрицы расстояний и окончательное дерево. Совет: обозначайте кластеры (они же узлы дерева) последовательными цифрами.