Занятие 10-12. Эволюция митохондрий.

Задача данного блока состояла в проверке гипотезы о том,что митохондрии эукариот произошли
от альфапротебактерий, а не от гаммапротеобактерий.

  1. Построение профиля для поиска
  2. Был выбран рибосомный белок s16 и получены последовательности этого белка из различных эукариот. Так как поиск был сильно затруднен,то пришлось использовать напрямую ID. Текст запроса:

    ([uniprot-ID:RT16_*] & [uniprot-Taxonomy:Eukaryota*])
    

    Результаты поиска:

    Unipro ID Uniprot AC
    RT16_BOVIN P82915
    RT16_CAEEL Q10129
    RT16_DROME Q9V6Y3
    RT16_HUMAN Q9V6Y3
    RT16_MOUSE Q9CPX7
    RT16_NEUCR P08580
    RT16_PONAB Q5REY4
    RT16_SCHPO O43020
    RT16_YEAST Q02608

    Домен белка человека RT16_HUMAN имеет доменную структуру следующего вида:


    По данной выборке было построено выравнивание с помощью программы muscle , а так же взято выравнивание PFAM. Выравнивание muscle оказалось более удачным(визуально) и именно оно было выбрано для дальнейшей работы.

    По полученному выравниванию был получен нормализованный профиль. От обычного он отличался другими порогами поиска, а так же коэффициентами функции для нормализации. Этот профиль использовался для поиска ортологов среди альфа- и гаммапротеобактерий. Для поиска гомологичных белков в обеих заданных группах, использовались 4 разных порога указаны в таблице. GO:0003735 - идентификатор означающий что белок является структурной единицей рибосомы. Поиск по индентификатору клеточный компонент не нужен, так как если белок является частью рибосомы то он в любом случае является клеточным компонентом.
    Были получены следующие результаты поиска:

    Альфапротеобактерии
    Порог 30 10 6 5
    Общее количество находок 0 76 75 138
    С GO:0003735 0 74 74 74


    Гаммапротеобактерии
    Порог 30 10 5
    Общее количество находок 0 136 319
    С GO:0003735 0 136 136


    Так как нужно чтобы найденные белки были желательно все рибосомальные, был выбран порог 6 для альфа- и 10 для гаммапротеобактерий.



    Распределение нормированных весов находок в протеомах 2-х групп бактерий



    Визуально можно сделать вывод что у альфапротеобактерий средний вес больше,т к график сдвинут вправо. По данным описательной статистики,у них медиана равна 19,2;среднее 19,14. У гаммапротеобактерий соответственно 18 и 18,6 - эти данные подтверждают предварительный вывод о том,что альфапротеобактерии ближе к белкам из эукариот. Файл Excel

    Статистика Вилкоксона

    Вилкоксон=1,151E4, Z=-8,951, Значимость=0, степ.своб = 74,135
       Гипотеза 1: <Есть различия между медианами выборок>
    
    Эти результаты вместе с описательной статистикой и гистограммой указывают на то что вероятно альфапротеобактерии ближе к митохондриальным белкам эукариот.

  3. Филогенетический анализ рибосомальных белков S16 из эукариотических миохондрий и 3-х групп бактерий
    1. Описание выборки в виде таблицы:
      Группа источников рибосом	Число последовательностей
       
      альфапротеобактерии			75		
      гаммапротеобактерии		       136                 
      фирмикуты		                 6
      митондрии		                 9
      

    2. Филогенетическое дерево(рекнструкция методом максимального правдоподобия,пакет PHYLIP) К последовательностям разных групп добавлены метки AB(альфапб.),GB(Гаммапб.>,F(Фирмикуты) и M(Митохондр.)

    3. Файлс попарными эволюционными расстояниями по Джуксу-Кантору. Распределение попарных эволюционных расстояний между митохондриальными белками и белками из альфа- и гаммапротеобактерий отражено на диаграмме.

      Судя по гистограмме, количество гаммапротеобактерий с небольшими расстояниями больше, равно как и далеких.Но следует учесть что гаммапротеобактерий было в 2 раза больше,и в целом данные гистограммы не противоречат остальным данным.

  4. Резюме

  5. На дереве видно,что фирмикуты выделились в отдельную группу. Митохондриальные белки образовали 2 группы. Часть из них ближе к гаммапротеобактериам,а другая часть - к альфа-, и это расстояние намного меньше). На основании этих данных,а так же данных профиля и статистики весов,учитывая что мы имеем дело с реконструкциейдерева,можно предположить что гипотеза о происхождении митохондрий эукариот от альфапротеобактерий подтверждается.