analiza filogenetycznatheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/podstawy_bioinf...etapy konstrukcji...
TRANSCRIPT
![Page 1: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/1.jpg)
PODSTAWY BIOINFORMATYKI
WYKŁAD 6
ANALIZA FILOGENETYCZNA
![Page 2: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/2.jpg)
ANALIZA FILOGENETYCZNA
1. Wstęp - filogenetyka
2. Struktura drzewa filogenetycznego
3. Metody konstrukcji drzewa
4. Etapy konstrukcji drzewa filogenetycznego
5. Oprogramowanie - przykłady
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 3: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/3.jpg)
WSTĘP - FILOGENETYKA
OKREŚLENIE POWIĄZAŃ POMIĘDZY
1. gatunkami
2. populacjami
3. osobnikami
4. genami
5. sekwencjami powtarzalnymi
6. strukturami 2 rzędowymi białek
7. ścieżkami metabolicznymi
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 4: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/4.jpg)
INFORMACJE
• Sekwencje aminokwasów, nukleotydów
• Całe genomy
• Genomy organelli (np. mitichondrium)
• Pojedyncze geny
OKREŚLENIE POWIĄZAŃ OPIERA SIĘ NA METODACH
• Klastrowania
• Kladystycznych
WIZUALIZACJA
• Drzewa filogenetyczne
WSTĘP - FILOGENETYKA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 5: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/5.jpg)
ZASTOSOWANIE ANALIZY FILOGENETYCZNEJ
1. Ewolucjonizm
• określenie powiązań ewolucyjnych
2. Medycyna
• określenie zróżnicowania genetycznego patogenów
3. Predykcja funkcji genów
4. Bioróżnorodność
WSTĘP - FILOGENETYKA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 6: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/6.jpg)
FILOGENEZA GENÓW A FILOGENEZA GATUNKÓW
• Ewolucja konkretnej sekwencji nie zawsze jest
zgodna z drogą ewolucji gatunku
• Ewolucja gatunku jest łącznym efektem ewolucji
wielu genów tworzących genom
WSTĘP - FILOGENETYKA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 7: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/7.jpg)
HOMOLOGIA HOMOPLAZJA
pochodzące od wspólnego
przodka
niepochodzące bezpośrednio
od wspólnego przodka
ORTOLOGIA
• homologia pomię-
dzy gatunkami
• wynikła na drodze
specjacji
• białka mają
podobne domeny i
strukturę 3-D
• podobna funkcja
• predykcja funkcji
nowych genów
PARALOGIA
• homologia wew-
nątrz gatunku
• wynikła na dro-
dze duplikacji
genu
• białka mają
zwykle odmienne
funkcje
PODOBIEŃSTWO SEKWENCJI
PARALELIZM
• niezależne
zmiany
podobnych
sekwencji w tym
samym kierunku
KONWERGENCJA
• niezależne
zmiany
różnych
sekwencji w
tym samym
kierunku
WSTĘP - FILOGENETYKA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 8: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/8.jpg)
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
TERMINOLOGIA TEORII GRAFÓW
węzeł
zewnętrzny
krawędźścieżka
syn
rodzic
korzeń
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 9: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/9.jpg)
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
GRAPH
external
node
edgepath
child
parent
root
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 10: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/10.jpg)
• ukorzenione i nieukorzenione
• binarność konstrukcji
• topologia
• długość gałęzi = czas ewolucji ?
kladogram
filogram
A B C D
Drzewo
ukorzenione
A
D
C
B
Drzewo
nieukorzenione
DRZEWA FILOGENETYCZNE
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 11: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/11.jpg)
DRZEWO UKORZENIONE ssaki łożyskowe
struktura powiązań
= kształt drzewa
odległości ewolucyjne
= długości gałęzi
miara
prawdopodobieństwa
poprawności drzewa
kladIngroup
=
porównywane
organizmy
outgroup =
korzeń =
organizm
referencyjny
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 12: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/12.jpg)
UKORZENIENIE DRZEWA
• Grupa zewnętrzna – gatunek, który jako pierwszy
oddzielił się od pozostałych
• Zwykle odległy ewolucyjnie od porównywanych
organizmów
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 13: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/13.jpg)
DRZEWO UKORZENIONE,
BIFURKACYJNE
sekwencja fragmentu genu groEL
ukorzeniona w Bacillus subtilis
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 14: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/14.jpg)
DRZEWO NIEUKORZENIONE
naczelne, mtDNA
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 15: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/15.jpg)
PRZYKŁADY
STRUKTURA DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 16: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/16.jpg)
PRZYKŁAD Z LITERATURY
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 17: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/17.jpg)
PRZYKŁAD Z LITERATURY
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 18: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/18.jpg)
ODLEGŁOŚCIOWE OPARTE NA ZNAKACH
• nie uwzględniają powiązań
ewolucyjnych
• konwertowanie znaków na
odległości ewolucyjne
• uwzględniają powiązania
ewolucyjne (mutacje)
• oparte bezpośrednio na
znakach sekwencji (zliczanie
mutacji)
• Metoda średnich połączeń
(Unweighted pair group
method with arithemtic
mean; UPGMA)
• Metoda parsymonii
(Maximum Parsimony; MP)
• Przyłączania sąsiadów
(Neighbor- joining; NJ)
• Metoda największej
wiarygodności (Maximum
likelihood; ML)
METODY KONSTRUKCJI DRZEW FILOGENETYCZNYCH
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 19: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/19.jpg)
METODA ODLEGŁOŚCIOWA
(KLASTROWANIA)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 20: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/20.jpg)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
ETAPY UPGMA
1. Obliczyć macierz zróżnicowania pomiędzy
osobnikami
2. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
3. Obliczenie nowej macierzy zróżnicowania
4. ... powrót do punktu 2
5.
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 21: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/21.jpg)
1. Obliczyć macierz zróżnicowania pomiędzy osobnikami
ATCC ATGC TTCG TCGG
ATCC
ATGC
TTCG
TCGG
0 1 2 4
0 3 3
0 2
0
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 22: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/22.jpg)
2. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
ATCC ATGC TTCG TCGG
ATCC
ATGC
TTCG
TCGG
0 1 2 4
0 3 3
0 2
0
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 23: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/23.jpg)
2. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
ATCC ATGC TTCG TCGG
ATCC
ATGC
TTCG
TCGG
0 1 2 4
0 3 3
0 2
0
ATCC ATGC
0.5 0.5
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 24: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/24.jpg)
3. Obliczenie nowej macierzy zróżnicowania
ATCC
+
ATGC TTCG TCGG
TTCG
TCGG
0 (2+3)/2=2.5 (4+3)/2=3.5
0 2
0
ATCC
+
ATGC
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 25: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/25.jpg)
4. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
ATCC
+
ATGC TTCG TCGG
TTCG
TCGG
0 (2+3)/2=2.5 (4+3)/2=3.5
0 2
0
ATCC
+
ATGC
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 26: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/26.jpg)
4. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
ATCC ATGC
0.5 0.5
ATCC
+
ATGC TTCG TCGG
TTCG
TCGG
0 (2+3)/2=2.5 (4+3)/2=3.5
0 2
0
ATCC
+
ATGC
TTCG TCGG
1 1
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 27: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/27.jpg)
5. Obliczenie nowej macierzy zróżnicowania
ATCC
+
ATGC
0 (2+4+3+3)/4=3
0
ATCC
+
ATGC
TTCG
+
TCGG
ATCC
+
ATGC
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 28: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/28.jpg)
6. Wybór najbardziej podobnych osobników = węzeł
ATCC ATGC
0.5 0.5
TTCG TCGG
1 1
ATCC
+
ATGC
0 (2+4+3+3)/4=3
0
ATCC
+
ATGC
TTCG
+
TCGG
ATCC
+
ATGC
1.5 1.5
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 29: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/29.jpg)
1. Najprostsza metoda tworzenia drzew
2. Bardzo szybka
3. Tworzy drzewa ukorzenione
4. Przyjmuje założenie „zegara
molekularnego” identyczna szybkość
mutacji na poszczególnych ścieżkach
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - UPGMA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 30: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/30.jpg)
1. Pary sekwencji o najmniejszej odległości
ewolucyjnej = sąsiedzi
2. Stosunkowo szybka
3. Tworzy drzewa nieukorzenione
4. Uwzględnia zróżnicowane tempo ewolucji
5. …wyniki zależne od założonego modelu
ewolucyjnego
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - NEIGHBOUR JOINING
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 31: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/31.jpg)
METODA OPARTA NA ZNAKACH
(KLADYSTYCZNA)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 32: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/32.jpg)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA – METODA PARSYMONII
ETAPY METODA MAKSYMALNEGO PODOBIEŃSTWA
1. Dopasowanie sekwencji kilku organizmów
2. Konstrukcja (wszystkich) możliwych drzew
3. Wybór drzewa wymagającego najmniejszej liczby
mutacji
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 33: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/33.jpg)
1. Dopasowanie sekwencji kilku organizmów
1 A A C C G A T
2 A A C C G C A
3 A G T C G T T
4 A G T C G G A
• Jednakowe wartości → sekwencja nieinformatywna
• Różne wartości → sekwencja nieinformatywna
• Powtarzalne wartości→ sekwencja informatywna
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 34: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/34.jpg)
2. Konstrukcja (wszystkich) możliwych drzew
Liczba możliwych drzew:
• ukorzenionych NR = (2n− 3)!/2n−2(n− 2)!R = (2n− 3)!/2
• nieukorzenionych NU = (2n− 5)!/2n−3(n− 3)!
n= liczba taksonów/sekwencji
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
n NR NU
3 3 1
4 15 3
5 105 15
10 34 459 425 2 027 025
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 35: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/35.jpg)
2. Konstrukcja (wszystkich) możliwych drzew
ACT GTT
GTA ACA
ACA GTT
ACT GTA
ACA ACT
GTA GTT
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 36: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/36.jpg)
3. Wybór drzewa wymagającego najmniejszej liczby mutacji
ACT GTT
GTA ACA
GTT
2
GTA
2
1
ACA GTT
ACT GTA
GTT
3
GTA
3
1
ACA ACT
GTA GTT
ACT
1
GTT
1
2
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
1
1 2
![Page 37: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/37.jpg)
3. Wybór drzewa wymagającego najmniejszej liczby mutacji
ACT GTT
GTA ACA
GTT2
GTA 2
1
ACA GTT
ACT GTA
GTT3
GTA 3
1
ACA ACT
GTA GTT
ACT1
GTT1
2
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 38: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/38.jpg)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - METODA PARSYMONII
Inaczej metoda największej oszczędności
wybiera drzewa z najmniejszą liczbą zmian
ewolucyjnych
opiera się na zasadzie „brzytwy Ockhama”
Wykorzystuje pozycje informatywne
(skrócenie czasu obliczeń)
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 39: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/39.jpg)
1. Uwzględnia zróżnicowane prawdopodobieństwo
poszczególnych mutacji modele substytucyjne
2. Uwzględnia każda pozycję (nie tylko informatywne)
3. Bardzo powolna
4. Daje dokładne wyniki (małe prawdopodobieństwo
uzyskania błędnego drzewa)
5. Brak efektu przyciągania długich gałęzi
6. Określa prawdopodobieństwa poprawności
danego drzewa
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA - NAJWYŻSZE PRAWDOP.
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 40: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/40.jpg)
METODY KONSTRUKCJI DRZEWA
UPGMA METODA PARSYMONII
• łatwa, szybka• powolna, duża liczba
możliwych drzew
• analiza dużych zbiorów
danych możliwa
• analiza dużych zbiorów
danych problematyczna
• nie uwzględnia powiązań
ewolucyjnych
• uwzględnia powiązania
ewolucyjne (mutacje)
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 41: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/41.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
2. Przyrównanie sekwencji (alignment)
3. Konstrukcja drzewa za pomocą jednej z kilku
metod
4. Ocena drzewa i przedstawienie drzewa w formie
odpowiedniej dla odbiorców
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 42: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/42.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
Zależny od problemu!
Filogeneza konkretnych organizmów (wybór
dowolnego genu)
Ewolucja konkretnego genu (sekwencje
pochodzące od wielu gatunków)
Wybór markerów ewolucja ani „zbyt szybka”,
ani „zbyt powolna”, regiony zmienne, regiony
konserwatywne
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 43: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/43.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 44: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/44.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 45: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/45.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Copyright ©2014, Joanna Szyda
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
2. Przyrównanie sekwencji (alignment)
Przyrównanie
Przycięcie sekwencji
Edycja nazw sekwencji
Zapisanie przyrównania
w nowym plikuCopyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 46: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/46.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
2. Przyrównanie sekwencji (alignment)
3. Konstrukcja drzewa za pomocą jednej z kilku
metod
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 47: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/47.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
2. Przyrównanie sekwencji (alignment)
3. Konstrukcja drzewa za pomocą jednej z kilku
metod
Metoda NJCopyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 48: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/48.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
Metoda NJ
Metoda UPGMA
![Page 49: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/49.jpg)
ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1. Wybór i zgromadzenie sekwencji do budowy
drzewa
2. Przyrównanie sekwencji (alignment)
3. Konstrukcja drzewa za pomocą jednej z kilku
metod
4. Ocena drzewa i przedstawienie drzewa w formie
odpowiedniej dla odbiorców
1. Ocena wiarygodności drzewa
2. Czytelna grafika
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 50: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/50.jpg)
Prawdopodobieństwo poprawności drzewa bootstrap
OCENA WIARYGODNOŚCI TOPOLOGII
STWORZENIE SZTUCZNEGO ZBIORU DANYCH
zamiana kolejności nukleotydów
STWORZENIE DRZEWA FILOGENETYCZNEGO
1000
OKREŚLENIE POWTARZALNOŚCI DANEGO
ROZGAŁĘZIENIA = PRAWDOPODOBIEŃSTWOCopyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 51: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/51.jpg)
DRZEWO UKORZENIONE,
BIFURKACYJNE
sekwencja fragmentu genu groEL
ukorzeniona w Bacillus subtilis
OCENA WIARYGODNOŚCI TOPOLOGII
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek
![Page 52: ANALIZA FILOGENETYCZNAtheta.edu.pl/wp-content/uploads/2019/03/Podstawy_Bioinf...ETAPY KONSTRUKCJI DRZEWA FILOGENETYCZNEGO Metoda NJ Metoda UPGMA](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040720/5e2c6d4af43b883815744bb3/html5/thumbnails/52.jpg)
MEGA - www.megasoftware.net/
OPROGRAMOWANIE
Copyright ©2017, J. Szyda & M. Mielczarek