Моделирование эволюции гена

Изображение дерева
В начале задания была дана скобочная формула, по которой и строилось дерево, приведенное ниже:
((А:50,(В:37,С:37):13):40,(D:60,(Е:45,F:45):15):40);
Описание ветевей дерева как разбиения множества листьев.

A B C D E F

α . * * . . .

β . . . * * *

γ . . . . * *

В таблице приведены разбиения, множества которых содержат более одного листа.
Создание искусственных мутантных последовательностей по схеме дерева.

Исходный ген (my_gen.fasta) - 621 нуклеотидов
Пересчет эволюционных растояний на число мутаций в моем гене был осуществлен по формуле:
(X/100)*621,
где X - длина ветви.
Для создания мутантов используется программа msbar:
msbar infile outfile -point 4 -count n -auto,
где n - число мутаций, характеризующее какую-либо ветвь дерева, в пересчете на мой ген.
Команды получения всех необходимых последовательностей описаны в скрипте:
```
msbar my_gen.fasta ABC.fasta -point 4 -count 248 -auto
msbar ABC.fasta BC.fasta -point 4 -count 81 -auto
msbar ABC.fasta A.fasta -point 4 -count 311 -auto
msbar BC.fasta B.fasta -point 4 -count 230 -auto
msbar BC.fasta C.fasta -point 4 -count 230 -auto
msbar coae_gen.fasta DEF.fasta -point 4 -count 248 -auto
msbar DEF.fasta EF.fasta -point 4 -count 93 -auto
msbar DEF.fasta D.fasta -point 4 -count 373 -auto
msbar EF.fasta E.fasta -point 4 -count 279 -auto
msbar EF.fasta F.fasta -point 4 -count 279 -auto
cat A.fasta >> allmut.fasta
cat B.fasta >> allmut.fasta
cat C.fasta >> allmut.fasta
cat D.fasta >> allmut.fasta
cat E.fasta >> allmut.fasta
cat F.fasta >> allmut.fasta
```
Команда "cat" дописывает содержимое файлов *.fasta в конец выбранного файла (allmut.fasta).
Реконструирование дерева из полученных последовательностей.
- Реконструирование методом максимального правдоподобия.
  
  Использовалась команда:
  fdnaml allmut.fasta -ttratio 1 -auto
  В результате мы получили неукорененное дерево следующего вида:
```
                        +-----------F         
                    +---4  
  +-----------------3   +----------E         
  |                 |  
  |                 +-----------D         
  |  
  |  +--------B         
  2--1  
  |  +---------C         
  |  
  +------------A         
```
- Реконструкция дерева алгоритмом Neighbor-joining.
  
  Для проведения операции требовалось посчитать попарные расстояния между последовательностями программой fdnadist:
  fdnadist allmut.fasta -ttratio 1 -auto
  Получившийся файл уже даем на вход непосредственно программе реконструкции дерева:
  fneighbor allmut.fdnadist -auto
  Результаты приведены ниже:
```
    +--------B         
  +-3 
  ! +----------C         
  ! 
  !                   +-----------D         
  4-------------------2 
  !                   !   +----------E         
  !                   +---1 
  !                       +-----------F         
  ! 
  +------------A         
```
- Реконструкция дерева алгоритмом UPGMA.
  
  Для работы данной программы также необходим файл подсчета попарных расстояний.
  Работа программы по заданному алгоритму осуществляется с данной команды:
  fneighbor allmut.fdnadist -treetype u -auto
  Результат:
```
                       +-----------------------A         
  +--------------------3 
  !                    !    +------------------B         
  !                    +----1 
--5                         +------------------C         
  ! 
  !                 +--------------------------D         
  +-----------------4 
                    !   +----------------------E         
                    +---2 
                        +----------------------F         
```
  Сравнение полученных деревьев между собой и правильным деревом.
  
  В качестве сравнения эффективности работы программ приводится таблица, где показано наличие тех или иных ветвей в различных вариантах построения одного (правильного) дерева. Звездочками и точками обозначены множества ветвей, которые представлены во всех 4-х деревьях. Плюсиком отмечается наличие данного множества ветвей у дерева.
  
  A B C D E F правильное дерево I дерево II дерево III дерево
  
  . . . * * * + + + +
  
  . * * . . . + + + +
  
  . . . . * * + + + +
  
  Программы полностью справились с задачей. Результаты оказались максимальными. Все три дерева по топологии совпали с реальным.
Bootstrap и drawtree
Bootstrap - анализ
Необходимо провести бутстреп-анализ выравнивания мутированных последовательностей, соответствующих листьям моего (правильного) дерева.
Сначала с помощью команды:
fseqboot allmut.fasta -auto
программой fseqboot создаю 100 бутстреп-реплик выравнивания. Затем подаю эти выравнивания на вход программе fdnaml:
fdnaml allmut.fseqboot -ttratio 1 -auto.
После всего вывожу результаты бутстреп-анализа с помощью программы fconsense:
fconsense allmut.treefile.
Результаты.
Множества ветвей и число их встречаемости:
```
A B C D E F
. . . * * *          100.00
. . . . * *          90.00 
* . . * * *          45.00 
```
Консенсусное дерево:
```
                              +------F
                       +-90.0-|
                +100.0-|      +------E
                |      |
         +-45.0-|      +-------------D
         |      |
  +------|      +--------------------A
  |      |
  |      +---------------------------B
  |
  +----------------------------------C
```
Результаты полностью подтверждают структуру и расположение множеств ветвей реального дерева. Очень хорошие показатели выявлены для множеств (ABC/DEF) и (ABCD/EF). Они встретились в 100 и 90 бутстреп-репликах выравнивания соответственно. Для множества (ADEF/BC) данный показатель имеет среднее значение.
Также необходимо отметить 2 множества, не вошедших в консенсусное дерево, но все-таки имеющих значимое число встречаемости: (BDEF/AC) - 36 и (BA/CDEF) - 19.
В целом bootstrap анализ полностью справился с задачей.
Создание изображения своего дерева программой fdrawtree.
Изображение получено с помощью команды:
fdrawtree sk.form sk_form.ps,
где sk.form - скобочная формула дерева.

Данное изображение топологически полностью соответствует дереву, которое нужно было нарисовать вручную.

A	B	C	D	E	F	правильное дерево	I дерево	II дерево	III дерево
.	.	.	*	*	*	+	+	+	+
.	*	*	.	.	.	+	+	+	+
.	.	.	.	*	*	+	+	+	+

На главную страницу четвертого семестра

Моделирование эволюции гена

Сравнение полученных деревьев между собой и правильным деревом.

Bootstrap и drawtree