Спектр задач, решаемых с применением МФА
DESCRIPTION
Филогенетика и молекулярно-филогенетический анализ. Выявление таксонов высокого уровня (напр., работа Woese и др.) Построение системы крупных групп организмов (в пределе — всех живых существ) — Tree of Life реконструкция хода событий молекулярной и морфологической эволюции - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Спектр задач, решаемых с применением МФА
• Выявление таксонов высокого уровня (напр., работа Woese и др.)
• Построение системы крупных групп организмов (в пределе — всех живых существ) — Tree of Life
• реконструкция хода событий молекулярной и морфологической эволюции
• Идентификация ново-открытых организмов, отнесение их тому или иному таксону.
«Древо Жизни» клеточных организмов
Woese et al., 1987, анализ структуры рРНКMartin, 1999, анализбелок-кодирующих генов
Система цветковых растений
“базальные цветковые” – возникли до дивергенции типичных двудольных и однодольных
Система беспозвоночных
Параллельные потери гена infA (Millen et al. 2001 Plant Cell 13: 645-658).
Параллельные потери интрона rpoC1(Downie et al. 1996 Syst Bot 21: 135-151).
Знание филогении позволяет проследить историю различных событий в эволюции генома
Обычно С → U , крайне редко U → C.
Впервые экcпериментальнопоказано на гене rpl2, у которого нетипичный стартовый кодон ACGпреобразуется в AUG после транскрипции (Hoch et al. 1991).
Редактирование РНК.
Freyer et al. 1997: малая эволюционная консервативность, наличие видоспецифичных сайтов редактирования, нет корреляции между филогенией и распределением явлений редактирования.
Tsudzuki et al. 2001: существует корреляция между филогенией и распределением явлений редактирования.
ACG → AUGв генах rpl2, psbL, ndhD
ndhD
psbL
rpl2
типичные двудольны
еодн
одольн
ые
базальн
ые
цветк
овые
голосеменные
C → U
утрата редактирования rpl2
возникновение редактирования rpl2, psbL, ndhD
утрата редактирования ndhD
Анализ эволюции семейств генов, выявление ортологов и паралогов
Эволюция MADS-box генов и структура генеративных органов
Theissen et al., 2000 Plant Molecular Biology 42: 115–149
ДНК-штрихкодирование: определение видов по последовательностям ДНК
в будущем:
… и в настоящем:
Hebert P D N et al. PNAS 2004;101:14812-14817
ДНК-штрихкодирование: выявление скрытых видов
Дерево NJ (дистанции по 2-парам. модели Kimura), 466 экземпляров «одного вида»
Гусеницы Astraptes fulgerator из разных частей ареала и с разным типом питания
Идентификация гигантских амёб
Matz et al 2008. Current Biology 18, 1–6 Burki et al. 2010 BMC Evolutionary Biology, 10:377
Подводные камни молекулярной филогенетики
• неадекватная выборка таксонов• неадекватный выбор участка генома • притяжение длинных ветвей• горизонтальный перенос генов• дупликации и неверное определение ортологов
Больше генов или больше таксонов?
•Rosenberg MS, Kumar S. Incomplete taxon sampling is not a problem for phylogenetic inference. PNAS 2001, 98(19):10751-6.•Rosenberg MS, Kumar S. Taxon sampling, bioinformatics, and phylogenomics. Syst Biol 2003, 52(1): 119-124.•Rokas et al. Genome-scale approaches to resolving incongruence in molecular phylogenies. Nature 2003, 425: 798-804.•Rokas & Carroll. More genes or more taxa? The relative contribution of gene number and taxon number to phylogenetic accuracy. Mol Biol Evol 2005, 22(5): 1337-1344.
•Zwickl DJ, Hillis DM. Increased taxon sampling greatly reduces phylogenetic error. Syst Biol 2002, 51(4):588–598.• Pollock et al. Increased taxon sampling is advantageous for phylogenetic inference. Syst Biol 2002, 51(4): 664-671. • Hillis et al. Is sparse taxon sampling a problem for phylogenetic inference? Syst Biol 2003, 52(1): 124-126•Hedtke et al. Resolution of phylogenetic conflict in large data sets by increased taxon sampling. Syst Biol 2006, 55(3): 522 – 529.
Выборка генов и выборка таксонов в молекулярной систематике растений
Goremykin et al. 2003 Stefanovic et al. 2004
сходные выводы:Degtjareva et al. 2004, Soltis & Soltis 2004
Притяжение длинных ветвей
Delannoy et al. Mol Biol Evol. 2011 Feb 2.
Горизонтальный перенос генов
5’-конец rps11 (219 пн) 3’-конец rps11 (237 пн)
митохондриальный ген rps11 у SanguinariaГоризонтальный перенос генов
Горизонтальный перенос генов
Darchin et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2010, 107(41): 17651–17656.