Занятие 1

Необходимо построить филогенетическое дерево следующих протеобактерий:

НазваниеМнемоника
Bradyrhizobium japonicumBRAJA
Rhizobium etliRHIEC
Burkholderia cenocepaciaBURCA
Neisseria meningitidisNEIMA
Escherichia coliECOLI
Yersinia pestis YERPE
Yersinia pseudotuberculosisYERPS
Vibrio fischeriVIBFM


c помощью приведенного ниже дерева:



Скобочная формула:
((BRAJA,RHIEC),((BURCA,NEIMA),(VIBFM,(ECOLI,(YERPS,YERPE)))))


Изображение дерева:


Ветви дерева:

Дерево содержит пять нетривиальных ветвей:
1) {BRAJA, RHIEC} против {VIBFM, ECOLI, YERPS, YERPE, BURCA, NEIMA}
2) {BURCA, NEIMA} против {BRAJA, RHIEC, VIBFM, ECOLI, YERPS, YERPE}
3) {YERPS, YERPE} против {ECOLI, VIBFM, BURCA, NEIMA, BRAJA, RHIEC}
4) {BRAJA, RHIEC, BURCA, NEIMA} против {VIBFM, ECOLI, YERPS, YERPE}
5) {ECOLI, YERPS, YERPE} против {VIBFM, BURCA, NEIMA, BRAJA, RHIEC}

Занятие 2

1.

Таксономия исследуемых бактерий представлена в следующей таблице:

НазваниеТаксономия
Bradyrhizobium japonicumBacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhizobiales; Bradyrhizobiaceae; Bradyrhizobium
Rhizobium etliBacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhizobiales; Rhizobiaceae; Rhizobium/Agrobacterium group; Rhizobium
Burkholderia cenocepaciaBacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; Burkholderiales; Burkholderiaceae; Burkholderia; Burkholderia cepacia complex
Neisseria meningitidisBacteria; Proteobacteria; Betaproteobacteria; Neisseriales; Neisseriaceae; Neisseria
Escherichia coliBacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Escherichia
Yersinia pestisBacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Yersinia
Yersinia pseudotuberculosisBacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Enterobacteriales; Enterobacteriaceae; Yersinia
Vibrio fischeriBacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Vibrionales; Vibrionaceae; Aliivibrio

Построенное ранее филогенетическое дерево соответствует приведенной в таблице таксономии.
На изображении отмечены нетривиальные ветви, отделяющие некоторые таксоны:

2.

Дерево будет реконструироваться по факторам элонгации трансляции Ts (EFTS).
Последовательности белков с данной функцией из исследуемых бактерий находятся в файле seqs.fasta.

3.

Полученные последовательности выравниваем с помощью muscle. Выравнивание - в файле seqs_al.fasta.

4. - дополнительно

5.

При реконструкции дерева программой fprotpars был получен единственный результат:
(((BURCA,(NEIMA,(((YERPS,YERPE),ECOLI),VIBFM))),RHIEC),BRAJA);

        +--------------BURCA
        !
     +--7  +-----------NEIMA
     !  !  !
     !  !  !        +--YERPS
     !  +--6     +--5
     !     !  +--4  +--YERPE
  +--2     !  !  !
  !  !     +--3  +-----ECOLI
  !  !        !
  1  !        +--------VIBFM
  !  !
  !  +-----------------RHIEC
  !
  +--------------------BRAJA

Полученное дерево отличается от правильного, fprotpars разбил нетривиальную ветвь {BURCA, NEIMA} и объединил белок бетапротеобактерии NEIMA с белками гаммапротеобактерий. Таким образом, дерево, построенное fprotpars, содержит нетривиальную ветвь {NEIMA, YERPS, YERPE, ECOLI, VIBFM} против {BURCA, RHIEC, BRAJA}. Первоначальное дерево этой ветви не содержит.

6.

Оценим эволюционные расстояния между последовательностями программой fprotdist. Полученная матрица расстояний выглядит так:
            BRAJA     RHIEC     VIBFM     ECOLI     YERPE     YERPS    NEIMA     BURCA

BRAJA       0.000000  0.605447  0.984811  0.891410  0.950316  0.950316 1.048141  1.032053
RHIEC       0.605447  0.000000  0.919991  0.848204  0.876218  0.876218 0.817834  0.974753
VIBFM       0.984811  0.919991  0.000000  0.375669  0.445450  0.445450 0.828458  0.923133
ECOLI       0.891410  0.848204  0.375669  0.000000  0.236520  0.236520 0.784271  0.821287
YERPE       0.950316  0.876218  0.445450  0.236520  0.000000  0.000010 0.807819  0.810459
YERPS       0.950316  0.876218  0.445450  0.236520  0.000010  0.000000 0.807819  0.810459
NEIMA       1.048141  0.817834  0.828458  0.784271  0.807819  0.807819 0.000000  0.682139
BURCA       1.032053  0.974753  0.923133  0.821287  0.810459  0.810459 0.682139  0.000000
1) Ультраметричность: из трех расстояний между тремя листьями два равны между собой и не меньше третьего.
Проверим расстояния между BRAJA, RHIEC и VIBFM: 
d(BRAJA,RHIEC) = 0.605447
d(BRAJA,VIBFM) = 0.984811
d(RHIEC,VIBFM) = 0.919991
Принцип выполняется (близкие между собой расстояния больше третьего), отклонение от равенства - 0.064820.
Другой пример: BRAJA, YERPE, BURCA 
d(BRAJA,YERPE) = 0.950316
d(BRAJA,BURCA) = 1.032053
d(YERPE,BURCA) = 0.810459
Ближе к равенству здесь d(BRAJA,YERPE) и d(BRAJA,BURCA) - отклонение равно 0.081737. Оба эти расстояния больше третьего, принцип ультрасимметричности выполняется.

2) Аддитивность - для четырех последовательностей А, B, C, D из трех сумм расстояний d(A,B)+d(C,D), d(A,C)+d(B,D) и d(A,D)+d(B,C) две равны между собой и больше третьей.
Рассмотрим расстояния между BRAJA, RHIEC, VIBFM, ECOLI: 
d(BRAJA,RHIEC) + d(VIBFM,ECOLI) = 0.981116
d(BRAJA,VIBFM) + d(RHIEC,ECOLI) = 1.833015
d(BRAJA,ECOLI) + d(RHIEC,VIBFM) = 1.811401
Принцип выполняется. Отклонение от равенства - 0.021614.

7.

Для реконструкции дерева программой fneighbor использовался файл seqs_al.fprotdist.
При использовании алгоритма UPGMA получено укорененное дерево:
((BRAJA:0.30272,RHIEC:0.30272):0.16270,((VIBFM:0.21109,(ECOLI:0.11826,
(YERPE:0.00000,YERPS:0.00000):0.11826):0.09283):0.20101,
(NEIMA:0.34107,BURCA:0.34107):0.07104):0.05332);

            +-----------------BRAJA
  +---------4
  !         +-----------------RHIEC
  !
  !              +------------VIBFM
--7  +-----------3
  !  !           !     +------ECOLI
  !  !           +-----2
  !  !                 !      +YERPE
  +--6                 +------1
     !                        +YERPS
     !
     !   +--------------------NEIMA
     +---5
         +--------------------BURCA
Дерево совпадает с правильным.

Алгоритм Neighbor-Joining (используется программой по умолчанию) дал результат, также совпавший с правильным деревом. В этом случае дерево неукорененное:
(RHIEC:0.25740,((NEIMA:0.32033,BURCA:0.36181):0.09904,(VIBFM:0.23795,
(ECOLI:0.09459,(YERPE:0.00000,YERPS:0.00000):0.14193):0.05434):0.19205):0.22536,BRAJA:0.34804);

  +--------------RHIEC
  !
  !                  +-------------------NEIMA
  !             +----2
  !             !    +---------------------BURCA
  1-------------3
  !             !          +-------------VIBFM
  !             +----------5
  !                        !  +-----ECOLI
  !                        +--6
  !                           !        +YERPE
  !                           +--------4
  !                                    +YERPS
  !
  +--------------------BRAJA

Таким образом, оба дерева совпали с правильным и отличаются от построенного fprotpars (различия указаны в пункте 5).

8. - дополнительно



Назад