Konstruowanie drzew filogenetycznych. Magda Mielczarek Katedra Genetyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Transkrypt

1 Konstruowanie drzew filogenetycznych Magda Mielczarek Katedra Genetyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

2 Drzewa filogenetyczne ukorzenione i nieukorzenione binarność konstrukcji topologia (sposób rozgałęziana się drzewa) długość gałęzi, a czas ewolucji Drzewo ukorzenione korzeń Drzewo nieukorzenione gałąź A C węzeł liść A B C D B D

3

4 Metody konstrukcji drzew Oparte na odległościach pomiędzy sekwencjami Konwertowanie znaków na odległości ewolucyjne Metody odległościowe Oparte bezpośrednio na znakach sekwencji Zliczanie mutacji zgromadzonych w sekwencjach Metody oparte na znakach

5 Metody konstrukcji drzew Metoda średnich połączeń (Unweighted pair group method with arithemtic mean, UPGMA) Metoda przyłączania sąsiadów (Neighbor- joining, NJ) Metody odległościowe Metoda parsymonii (Parsimony) Metoda największej wiarygodności (Maximum likelihood) Metody oparte na znakach i inne

6 Metoda średnich połączeń najprostsza z metod algorytm analizy skupisk, redukcja macierzy odległości drzewa ukorzenione ograniczenie hipoteza zegara molekularnego Metody odległościowe

7 Metoda przyłączania sąsiadów algorytm analizy skupisk pary sekwencji o najmniejszej odległości = sąsiedzi drzewa nieukorzenione dopuszczenie założenia różnej szybkości ewolucji Metody odległościowe

8 Oprogramowanie - PHYLIP

9 Metoda parsymonii EWOLUCJA PRZEBIEGA NAJKRÓTSZĄ Z MOŻLIWYCH DRÓG! stworzenie wszystkich możliwych topologii i wybór tej, która zakłada najmniejszą liczbę mutacji uwzględnienie tempa ewolucji różnych rodzajów mutacji wykorzystanie pozycji informatywnych drzewa nieukorzenione przyciąganie się długich gałęzi Metody oparte na znakach

10 Oprogramowanie - PAUP PAUP

11 Metoda największej wiarygodności wybór hipotezy oparty na wartościach o największym prawdopodobieństwie wyszukanie każdej możliwej topologii i uwzględnienie każdej pozycji w przyrównaniu wykorzystanie informacji zawartej w całej sekwencji, a nie tylko w pozycjach informatywnych wykorzystanie modeli sybstytucyjnych brak efektu przyciągania długich gałęzi czasochłonna Metody oparte na znakach

12 Oprogramowanie - Treefinder

13 Oprogramowanie - PHYLIP PHYLIP -

14 Oprogramowanie - MEGA MEGA -

15 Tworzenie drzewa instrukcja krok po kroku Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy drzewa Przyrównanie sekwencji (alignment) Konstrukcja drzewa za pomocą jednej z kilku metod Przedstawienie drzewa w formie odpowiedniej dla odbiorców

16 Wybór sekwencji

17 Wybór sekwencji Zależny od problemu! Filogeneza konkretnych organizmów (wybór dowolnego genu) Ewolucja konkretnego genu (sekwencje pochodzące od wielu gatunków) Wybór markera - ewolucja ani zbyt szybka, ani zbyt powolna, regiony zmienne, regiony konserwatywne?

18 Shields F.G Phylogeny of mitochondrial DNA variation in brown bears and polar bears. Molecular Phylogenetics and Evolution 15:

19 Sekwencje homologiczne Homoplazja Homologia ortologi (specjacja) paralogi (duplikacja) Basic Local Alignment Search Tool

20 Sekwencje nuklotydowe format FASTA Format zapisu : FASTA, EMBL, NEXUS, CGC, NBRF, itd Nastąpiła konieczność zmiany nazwy w nagłówku każdej z sekwencji - napiszmy program!

21 Nowy identyfikator sekwencji

22 Przyrównanie sekwencji (alignment)

23 Przyrównanie seaview, clustal Przyrównane sekwencje Stwierdzone różnice między sekwencjami świadczą o mutacjach, które zaszły po rozdzieleniu się sekwencji od wspólnego przodka

24 Tworzenie drzewa na przykładzie programu Treefinder

25 Tworzymy drzewo filogenetyczne!

26 Ćwiczenia Wykonywane wspólnie Bioedit ( Treefinder ( Wykonywane samodzielnie Lista zadań PB_5

27 Książki: Literatura: Hall G.B Łatwe drzewa filogenetyczne. Poradnik użytkownika. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa Higgs P., Attwood T. K Bioinformatyka i ewolucja molekularna. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa Xiong J Podstawy bioinformatyki. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa Artykuły: Rogalla D., Rogalla M Konstrukcja drzew filogenetycznych podstawy teoretyczne. Shields F.G Phylogeny of mitochondrial DNA variation in brown bears and polar bears. Molecular Phylogenetics and Evolution 15: