Реконструкция филогенетичcекого дерева различными методами

Определим эволюционные расстояния по Джуксу - Кантору между данными последовательностями с помощью программы ednadist (квадратная матрица, отношение транзиций и трансверсий равно 1).

Построим филогенетические деревья: с помощью программ, реализующих различные алгоритмы. Визуализация получена с помощью пакета PHYLIP

• по методу UGPMA с помощью программы eneighbor;

  Рисунок 1. Дерево восстановлено с помощью эвристического алгоритма, преполагающего наличие молекулярных часов, то есть, восстановленное дерево должно быть ультраметическим (заметим, что первоначальное дерево таковым не является). Полученное дерево укоренено. Алгоритм использует матрицу расстояний.

  +------------------A +---2 ! ! +----------B +----------3 +-------1 ! ! +----------C +------4 ! ! ! +----------------------D --5 ! ! +---------------------------------E ! +----------------------------------------F

  Несмотря на то, что метод строит ультраметрические деревья, а заданное дерево таковым не является, топология восстановлена верно. Это можно объяснить тем, что метод UPGMA дает ошибки в случае, когда скорость мутаций различается очень сильно.

• по методу ближайших соседей (Neighbor-Joining) с помощью программы eneighbor;

  Рисунок 2. Дерево восстановлено с помощью эвристического алгоритма, не предполагающего наличие молекулярных часов, полученное дерево может быть не ультраметрическим, а также оно не является укорененным! Метод испоьзует матрицу расстояний.

  +-----------------------D ! ! +-----------------------------------E --4----------1 ! +------------------------------------------------F ! ! +----------------A +--3 ! +----------B +---------2 +-----------C

• по методу наибольшего правдоподобия (Maximum Likelihood) с помощью программы ednaml;

  Рисунок 3. Дерево восстановлено переборным алгоритмом, использующим критерий качества - максимальное правдоподобие топологии дерева. Символьно-ориентированный метод.

  +--------------D ! ! +-----------------------------------F ! +--------4 ! ! +------------------------E --2--3 ! ! +-----B ! +----1 ! +------C ! +--------A

• по методу максимальной экономии (Parsimony) с помощью программы ednapars.

  Рисунок 4. Дерево восстановлено переборным алгоритмом, использующим критерий качества - максимальную экономию. Символьно-ориентированный метод.

  +--F +--5 +-----4 +--E ! ! +--3 +-----D ! ! ! ! +--C --1 +--------2 ! +--B ! +--------------A

Полностью правильное дерево получилось с помощью алгоритма UPGMA. Оно имеет верную топологию, а также правильно укоренено. Алгоритмы neighbor-joining и parsimony верно восстановили тополгию (заметим, что они дают неукорененные деревья). Метод maximal likelihood не смог восстановить дерево. Ошибка этого метода объясняется тем, что расстояние между узлами x3 и x4 составляет всего 9 замен. Программа просто "привила" ветку не туда.