Konstruowanie drzew filogenetycznych Magda Mielczarek Katedra Genetyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
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
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
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
Metoda średnich połączeń najprostsza z metod algorytm analizy skupisk, redukcja macierzy odległości drzewa ukorzenione ograniczenie hipoteza zegara molekularnego Metody odległościowe
Metoda przyłączania sąsiadów algorytm analizy skupisk pary sekwencji o najmniejszej odległości = sąsiedzi drzewa nieukorzenione dopuszczenie założenia różnej szybkości ewolucji Metody odległościowe
Oprogramowanie - PHYLIP http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?form=neighbor
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
Oprogramowanie - PAUP PAUP www.paup.csit.fsu.edu/
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
Oprogramowanie - Treefinder www.treefinder.de
Oprogramowanie - PHYLIP PHYLIP - www.phylip.com/
Oprogramowanie - MEGA MEGA - www.megasoftware.net/
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
Wybór sekwencji
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?
Shields F.G. 2000. Phylogeny of mitochondrial DNA variation in brown bears and polar bears. Molecular Phylogenetics and Evolution 15:319-326.
Sekwencje homologiczne Homoplazja Homologia ortologi (specjacja) paralogi (duplikacja) Basic Local Alignment Search Tool
Sekwencje nuklotydowe format FASTA Format zapisu : FASTA, EMBL, NEXUS, CGC, NBRF, itd Nastąpiła konieczność zmiany nazwy w nagłówku każdej z sekwencji - napiszmy program!
Nowy identyfikator sekwencji
Przyrównanie sekwencji (alignment)
Przyrównanie seaview, clustal Przyrównane sekwencje Stwierdzone różnice między sekwencjami świadczą o mutacjach, które zaszły po rozdzieleniu się sekwencji od wspólnego przodka
Tworzenie drzewa na przykładzie programu Treefinder
Tworzymy drzewo filogenetyczne!
Ćwiczenia Wykonywane wspólnie Bioedit (www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html) Treefinder (www.treefinder.de) Wykonywane samodzielnie Lista zadań PB_5
Książki: Literatura: Hall G.B. 2008. Łatwe drzewa filogenetyczne. Poradnik użytkownika. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa Higgs P., Attwood T. K. 2011. Bioinformatyka i ewolucja molekularna. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa Xiong J. 2006. Podstawy bioinformatyki. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa Artykuły: Rogalla D., Rogalla M. 2007. Konstrukcja drzew filogenetycznych podstawy teoretyczne. Shields F.G. 2000. Phylogeny of mitochondrial DNA variation in brown bears and polar bears. Molecular Phylogenetics and Evolution 15:319-326