Bioinformatika a výpočetní biologie. KFC/BIN VII. Fylogenetická analýza

Transkript

1 ioinformatika a výpočetní biologie KF/IN VII. Fylogenetická analýza RNr. Karel erka, Ph.. Univerzita Palackého v Olomouci

2 Fylogeneze Vznik a vývoj jednotlivých linií organismů

3 Vývoj člověka

4 phylogenetic analysis Odhaduje evoluční souvislosti mezi daty Výchozí předpoklady: společný předek kumulace jednotlivých změn změny jsou náhodné přibližně stejná evoluční rychlost (molekulární čas)

5 k čemu je to dobré? Odhalení biodiverzity Klasifikace Testování evolučních hypotéz iogeografie Genetické inženýrství

6 terminology nody (uzly) - vnitřní - vnější větve topologie stromu bifurkační strom aditivní strom ultrametrický strom kořen (root) stromu pravdivý (korektní) odvozený

7

8 example ( ( ( ( poly_26: , HERV17_27: ): , poly_410: ): , ( ( poly_20: , HERV17_15: ): , HERV17_76: ): ): , poly_30: , ( poly_99: , HERV17_19: ): )

9 example

10 Jak na to lignment (Výpočet distancí) Fylogenetický strom Spolehlivost Vizualizace

11 methods algorithmical methods: fast giving one result (jeden strom), but not everytime the best one (local optimum) = používají sled specifických kroků optimalisation methods: slower, but can found global maximum gives often range of the best results = mají kritérium optimálnosti

12 methods Requirement for input data: lignment only of homologous parts. Skip gaps. (trees based on other data: restriction analysis unique insertions or deletions)

13 algorhitmical (distant) methods Metoda: shluková analýza Input: matice vzdáleností UGPM (Unweighted pair group method with arithmetic averages) WGPM Neighbour-joining

14 neighbour-joining Star decomposition method

15 substitutional models N: Single parametric: Jukes-antor Two parametric: Kimura Transition: purin - purin Transversion: pyrimidin - purin For proteins: Substitution matrix (LOSUM etc.)

16

17 matrix of distances 9 poly_26 poly_ poly_ poly_ poly_ HERV17_ HERV17_ HERV17_ HERV17_

18 vičení

19 optimalisation methods Method: search for optimal tree Input: multiple alignment parsimony maximální věrohodnost - maximum likelihood - ML pairwise distant methods

20 parsimony Parsimony is the use of the simplest or most frugal route of explanation available - preference for the least complex explanation for an observation. : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT vybíráme strom s minimální délkou 3 možné modely tj. nejmenším počtem evolučních kroků

21 parsimony - step 1 bod ukazuje, kde se to dělí : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT 1 1 1

22 parsimony - step 2 : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT

23 parsimony - step 3 : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT

24 parsimony - step 4 : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT

25 parsimony - step 5 : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT

26 parsimony - result : TTGTT : TTTTT : TGT : GTT 6 7 8

27 optimalisation methods Parsimony does not count length of branches and probabilities of individual changes. Maximum likelihood choose the trees, where less probable events are on longer branches.

28 differencies ISTNE, PRSIMONY, N MXIMUM LIKELIHOO istance matrix methods simply count the number of differences between two sequences. This number is referred to as the evolutionary distance, and its exact size depends on the evolutionary model used. The principle of maximum parsimony searches for a tree that requires the smallest number of changes to explain the differences observed among the taxa under study. maximum-likelihood approach to phylogenetic inference evaluates the probability that the chosen evolutionary model has generated the observed data.

29 topology testing ootstrap: selection without repeat Jack Knife: selection without repeat, but shorter sequences or lower number.

30

31 root of the tree

32 root of the tree

33

34 programs biocomputing_servers.html phylogeny/phylip-uk.html phylip/software.html

35 dnasky/genetickemetodyvzoologii/prednasky_2 012/ZpracovaniSekvencnichatFylogeneze_201 2.pdf

36 vičení eaching/images/a/a0/ L18_S.fasta N ribozomálních proteinů lustal W2 Multiple alignment Phylogenetic tree