Занятие 2. Моделирование и реконструкция эволюции гена

По заданной скобочной формуле дерева (А:110,((B:20,C:20):20,((D:20,E:20):5,F:25):15):60) в программе Paint построили

изображение дерева:

Найдется такая точка, что расстояния от каждого листа до этой точки будет равно 105, значит, это дерево ультраметрично.

Описали ветви дерева как разбиения множества листьев 
A B C D E F
. . . * * .
. . . * * *
* . . * * *    

С помощью программы msbar пакета EMBOSS были созданы искусственные мутанты гена
 KPYK1_ECOLI длиной 1389 нуклеотидов и помещены в директорию H:\public_html\docs\Term4\Practice2\mut\. 
Значения параметра -count (кол-во мутаций в исскуственном гене) было подсчитано по формуле:
n=(число нуклеотидов в исходном гене)*(расстояние ветви/100)
скрипт получения исскуственных мутантов:
msbar pk1.fasta a.fasta -point 4 -count 1528 -auto
msbar pk1.fasta bcdef.fasta -point 4 -count 833 -auto
msbar bcdef.fasta bc.fasta -point 4 -count 277 -auto
msbar bcdef.fasta def.fasta -point 4 -count 208 -auto
msbar def.fasta de.fasta -point 4 -count 70 -auto
msbar def.fasta f.fasta -point 4 -count 347 -auto
msbar bc.fasta b.fasta -point 4 -count 277 -auto
msbar bc.fasta c.fasta -point 4 -count 277 -auto                                                
msbar de.fasta d.fasta -point 4 -count 277 -auto
msbar de.fasta e.fasta -point 4 -count 277 -auto         , где pk1.fasta - последовательность гена KPYK1_ECOLI в fasta формате


Скрипт mutscr был сделан выполняемым командой chmod +x mutscr и запущен командой ./mutscr
 


Полученное дерево реконструировали различными алгоритмами - UPGMA, Neighbor-joining и максимального правдоподобия.

Для построения дерева алгоритмом UPGMA использовали команды:
fdnadist listya.fasta -ttratio 1 -auto
fneighbor listya.fdnadist -treetype u -auto


Для построения дерева алгоритмом Neighbor-joining использовали команды:
fdnadist listya.fasta -ttratio 1 -auto                      
fneighbor listya.fdnadist -auto -outfile listya_nj.fneighbor


Для построения дерева алгоритмом максимального правдоподобия использовали команды:
fdnaml ali.fasta -ttratio 1 -auto 


                                      
 В результате получили такие деревья: 
 


UPGMA
Neighbor-joining
алгоритм максимального правдоподобия


 +------------------------a
  ! 
--5              +--------b
  !     +--------2         
  !     !        +--------c
  +-----4                   
        !        +--------d
        !     +--1         
        +-----3  +--------e
              !            
              +-----------f

      +-----b         
  +----1 
  !    +---c         
  ! 
  !     +----d         
  !   +-3 
  2---4 +----e         
  !   ! 
  !   +------f         
  ! 
  +------------------------------a         

   +----e         
  +--3  
  |  +----d         
  |  
  |         +---c         
  |  +------1  
  2--4      +-----b         
  |  |  
  |  +-----f         
  |  
  +------------------------------a         
 


UPGMA строит только ультраметрические деревья, 
также укореняет их (корень появляется по причине особенности 
алгоритма - общий предок берется ровно посередине ветви, 
соединяющие два кластера потомков). Этим алгоритмом можно 
строить деревья, в которых указаны виды, эволюционирующие 
с одинаковой скоростью, имеющие одинаковые молекулярные часы. 
Neighbor-joining не учитывает молекулярные часы и не укореняет дерево
алгоритм максимального правдоподобия даёт результат, идентичный исходному дереву.










Ветви 

Различные деревья 



A

B

C

D

E

F
Дерево, построенное алгоритмом UPGMA
Дерево, построенное алгоритмом Neighbor-joining
Дерево, построенное алгоритмом максимального подобия


.
.
.
*
*
.
+
+
+


.
.
.
*
*
*
+
+
-


*
.
.
*
*
*
+
+
+

      
*
.
.
*
*
.
-
-
+
     



Вывод:
Наиболее похожим на исходное из трех деревьев 
оказалось построенное программой Neighbor-joining. Так как расстояния 
между соседними ветвями пропорциональны расстояниям исходного дерева и топология так же сходна.



©   Лукин Сергей­