На главную
Term4

Моделирование и реконструкция
эволюции гена

Задание 1. Создайтье изображение дерева, описанного заданной формулой.

Заданная формула:
(((А:90,B:90):35,C:80):20,((D:80,E:80):4,F:60):40); Перед нами изображение укорененного неультраметрического дерева (молекулярные часы идут с разной скоростью для разных ветвей).

Задание 2. Описать ветви дерева как разбиения множества листьев (дерево считалось бескорневым).

  A  B  C  D  E  F 
  *  *  *  .  .  *
  *  *  *  .  .  .
  *  *  .  .  .  .
На этой схеме столбцы соответствуют листьям филогенетического дерева из п.1, строки - ветвям дерева. Над столбцами надписаны идентификаторы листьев. Поскольку ветвь, отделяющая любой лист от всех остальных, есть в любом дереве, описание таких ветвей не несёт полезной информации. Поэтому на схеме, описывающей топологию дерева, строки с информацией об этих ветвях опущены.

Задание 3. Получить искуственные мутантные последовательности, соответствующие листьям и узлам дерева, считая, что в корне находится последовательность гена вашего белка.

Для выполнения этого задания в директории /home/students/y06/pouliakhina/Term4/Practice2/ была создана папка создания файлов с мутантными последовательности, файлам были названы соответственно содержанию (например, "ABC" для общего предка листьев A, B и C).
Для получения "мутантов" была использована программа msbar пакета EMBOSS. Параметры msbar - это point и count. Формула для расчетов: count=1113*кол-во замен/100
Параметр Point был оставлен "4" по умолчанию. Что он значит? В help'е написано следующее: 
-point              menu       [0] Types of point mutations to perform
                                  (Values: 0 (None); 1 (Any of the following);
                                  2 (Insertions); 3 (Deletions); 4 (Changes);
                                  5 (Duplications); 6 (Moves))
Т.е., давай по умолчанию значение 4, мы запрещаем какие-либо делеции, только замены.
Длина гена: 1113 пар оснований (371 аминокислота) 
msbar gen_malk.fasta ABC -point 4 -count 223 -auto
msbar ABC AB -point 4 -count 390 -auto
msbar AB A -point 4 -count 1002 -auto
msbar AB B -point 4 -count 1002 -auto
msbar ABC C -point 4 -count 890 -auto
msbar gen_malk.fasta DEF -point 4 -count 455 -auto
msbar DEF DE -point 4 -count 45 -auto
msbar DE D -point 4 -count 890 -auto
msbar DE E -point 4 -count 890 -auto
msbar DEF F -point 4 -count 668 -auto

Задание 4. На основе последовательностей, соответствующих листьям, реконструировать дерево алгоритмами UPGMA, Neighbor-joining и максимального правдоподобия.

Был создан файл, содержащий последовательности всех листьев исследуемого дерева. Его обработали с помощью программы fdnaml для того, чтобы реконструировать дерево алгоритмом максимального правдоподобия: fdnaml all_ali.fasta -ttratio 1 -auto Программа создает два файла - с расширением .treefile, в котором содержится запись дерева в формате, используемом в п.1.1 этого практикума. Второй файл - с расширением .dnaml - содержит схематичное изображение дерева и небольшое текстовое описание(кладограмма): 
  +--------------------B
  |
  |                      +-------------F
  |      +---------------4
  |      |               |   +----------------E
  1------2               +---3 
  |      |                   +-----------------D    
  |      | 
  |      +-------------------C
  | 
  +---------------------A
В файле содержится информация о том, что дерево неукорененное. Также там находится таблица с данными о количестве замен на том или ином этапе эволюции и т.д. 
 Between        And            Length      Approx. Confidence Limits
 -------        ---            ------      ------- ---------- ------

     1          A                 0.70861     (  0.57196,     0.84529) **
     1          B                 0.67832     (  0.54392,     0.81264) **
     1             2              0.22253     (  0.09211,     0.35299) **
     2             4              0.51315     (  0.36684,     0.65935) **
     4          F                 0.46255     (  0.36944,     0.55570) **
     4             3              0.13243     (  0.04359,     0.22119) **
     3          E                 0.56914     (  0.47118,     0.66716) **
     3          D                 0.58169     (  0.48197,     0.68140) **
     2          C                 0.64719     (  0.51429,     0.78002) **

     *  = significantly positive, P < 0.05
     ** = significantly positive, P < 0.01
Результат работы программы UPGMA: 
               +---------------------A         
            +--3 
    +-------4  +---------------------B         
    !       ! 
    !       +-----------------------C         
  --5 
    !             +-----------------D         
    +-------------2 
                  ! +-----------------E         
                  +-1 
                    +-----------------F
В файле также помещена таблица с данными о количестве замен на том или ином этапе эволюции и т.д. 
 From     To            Length          Height
 ----     --            ------          ------
    5        4          0.24268         0.24268
    4        3          0.09830         0.34099
    3     A             0.70317         1.04415
    3     B             0.70317         1.04415
    4     C             0.80147         1.04415
    5        2          0.44187         0.44187
    2     D             0.60228         1.04415
    2        1          0.02604         0.46791
    1     E             0.57624         1.04415
    1     F             0.57624         1.04415
Neighbor-joining алгоритм 
  +-------------------B         
  ! 
  !        +------------------C         
  !        ! 
  1--------2                      +---------------D         
  !        !                 +----3 
  !        +-----------------4    +-------------------E         
  !                          ! 
  !                          +-------------F         
  ! 
  +----------------------A
И такая же таблица, как в предыдущих программах, с напоминанием о неукорененности дерева: 
 Between        And            Length
 -------        ---            ------
    1          B               0.65406
    1             2            0.28146
    2          C               0.61831
    2             4            0.58117
    4             3            0.15305
    3          D               0.52128
    3          E               0.65692
    4          F               0.44956
    1          A               0.75227
Сравнение полученных деревьев: 

		ABCDEF   real  Max  UPGMA  N-J
		***..*    +     +     -     +
		***...    +     +     +     +
		**....    +     +     +     +
		****..    -     -     +     -


Max - алгоритм максимального правдоподобия;
N-J - программа Neighbor-joining;
real - дерево, построенное вручную по скобочной схеме.
Как видно из таблицы, больше всего на исходное дерево похожи деревья, реконструированные с помощью программ N-J и Max. Скорее всего это связано с тем, что эти алгоритмы работают, не учитывая теорию молекулярных часов - следовательно, они более пригодны для построения деревьев неультраметрических, у которых расстояния от каждого листа до корня не равны между собой. Программа UPGMA, напротив, работает с деревьями в соответствии с теорией молекулярных часов. Исследуемое дерево неультраметрическое, поэтому с его реконструкцией лучше справились программы, работающие с неультраметрическими деревьями.

© Pouliakhina
All rights reserved