Информации

5.19: Филогенетски дрвја - Биологија

5.19: Филогенетски дрвја - Биологија


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Цели на учење

  • Разговарајте за компонентите и целта на филогенетското дрво

Во научна смисла, еволутивната историја и односот на еден организам или група организми се нарекуваат нејзини филогенијата. Филогенијата ги опишува односите на еден организам, како на пример од кои организми се смета дека еволуирал, со кој вид е најтесно поврзан и така натаму. Филогенетските односи обезбедуваат информации за заедничкото потекло, но не нужно за тоа како организмите се слични или различни.

Научниците користат алатка наречена филогенетско дрво за да ги покажат еволутивните патишта и врските меѓу организмите. А филогенетско дрво е дијаграм што се користи за да ги одрази еволутивните односи меѓу организмите или групите на организми. Научниците сметаат дека филогенетските дрвја се хипотеза за еволутивното минато, бидејќи не може да се вратиме назад за да ги потврдиме предложените врски. Со други зборови, „дрвото на животот“ може да се конструира за да илустрира кога еволуирале различни организми и да ги прикаже односите меѓу различните организми (Слика 1).

За разлика од таксономскиот дијаграм за класификација, филогенетското дрво може да се чита како карта на еволутивната историја. Многу филогенетски дрвја имаат една лоза во основата што претставува заеднички предок. Научниците ги нарекуваат такви дрвја вкоренети, што значи дека постои единствена лоза на предците (обично нацртана од дното или лево) на која се однесуваат сите организми претставени на дијаграмот. Забележете во вкоренетото филогенетско дрво дека трите домени - Бактерии, Археи и Еукарија - се разминуваат од една точка и се разгрануваат. Малата гранка што ја заземаат растенијата и животните (вклучувајќи ги и луѓето) на овој дијаграм покажува колку неодамнешни и мали се овие групи во споредба со другите организми. Неискоренетите дрвја не покажуваат заеднички предок, но покажуваат врски меѓу видовите.

Во дрво со корен, разгранувањето укажува на еволутивни односи (Слика 2). Точката каде што се случува расцеп, наречена a точка на разгранување, претставува каде една лоза еволуирала во посебна нова. Лоза која еволуирала рано од коренот и останува неразгранета се нарекува базален таксон. Кога две лози произлегуваат од иста разгранета точка, тие се нарекуваат сестрински таксони. Гранката со повеќе од две линии се нарекува а политомија и служи да илустрира каде научниците не ги утврдиле дефинитивно сите врски. Важно е да се забележи дека иако сестринските таксони и политомијата имаат предок, тоа не значи дека групите на организми се разделуваат или еволуирале една од друга. Организмите во две таксони можеби се разделиле на одредена точка на разгранување, но ниту една такса не донела до друга.

Горенаведените дијаграми можат да послужат како пат за разбирање на еволутивната историја. Патеката може да се следи од потеклото на животот до секој поединечен вид со навигација низ еволутивните гранки помеѓу двете точки. Исто така, со започнување со еден вид и следење наназад кон „стеблото“ на дрвото, може да се откријат предците на тој вид, како и каде лоза имаат заедничко потекло. Покрај тоа, дрвото може да се користи за проучување на цели групи на организми.

Друга точка што треба да се спомене за структурата на филогенетското дрво е дека ротацијата во точките на гранките не ги менува информациите. На пример, ако точката на разгранување се ротира и се смени редоследот на таксонот, тоа нема да ги промени информациите бидејќи еволуцијата на секој таксон од точката на разгранување била независна од другата.

Многу дисциплини во рамките на проучувањето на биологијата придонесуваат за разбирање како минатиот и сегашниот живот еволуирале со текот на времето; овие дисциплини заедно придонесуваат за градење, ажурирање и одржување на „дрвото на животот“. Информациите се користат за организирање и класификација на организмите врз основа на еволутивните односи во научното поле наречено систематиката. Податоците може да се соберат од фосили, од проучување на структурата на делови од телото или молекулите што ги користи организмот и со ДНК анализа. Со комбинирање на податоци од многу извори, научниците можат да ја состават филогенијата на еден организам; бидејќи филогенетските дрвја се хипотези, тие ќе продолжат да се менуваат како што се откриваат нови видови на живот и се дознаваат нови информации.

Ограничувања на филогенетските дрвја

Можеби е лесно да се претпостави дека поблиските организми изгледаат повеќе слично, и иако тоа е често случај, тоа не е секогаш точно. Ако две тесно поврзани лоза еволуирале во значително различно опкружување или по еволуцијата на голема нова адаптација, можно е двете групи да изгледаат поразлични од другите групи кои не се толку тесно поврзани. На пример, филогенетското дрво на Слика 3 покажува дека гуштерите и зајаците имаат амнионски јајца, додека жабите немаат; сепак гуштери и жаби изгледаат повеќе слични од гуштери и зајаци.

Друг аспект на филогенетските дрвја е тоа што, освен ако не е поинаку назначено, гранките не го земаат предвид должината на времето, туку само еволутивниот редослед. Со други зборови, должината на гранката обично не значи поминато повеќе време, ниту пак кратка гранка значи поминато помалку време - освен ако не е наведено на дијаграмот. На пример, на слика 3, дрвото не покажува колку време поминало помеѓу еволуцијата на амнионските јајца и косата. Она што дрвото го покажува е редоследот по кој се одвивале работите. Повторно користејќи ја сликата 3, дрвото покажува дека најстарата карактеристика е 'рбетниот столб, проследено со вилици со шарки итн. Запомнете дека секое филогенетско дрво е дел од поголемата целина и како вистинско дрво, не расте само во една насока откако ќе се развие нова гранка. Значи, за организмите на Слика 3, само затоа што еволуирала 'рбетниот столб не значи дека еволуцијата на без'рбетниците престанала, тоа само значи дека се формирала нова гранка. Исто така, групите кои не се тесно поврзани, но еволуираат под слични услови, може да изгледаат фенотипски повеќе слични едни на други отколку на близок роднина.

Одете на оваа веб-локација за да видите интерактивни вежби кои ви дозволуваат да ги истражите еволутивните односи меѓу видовите.


OrthoFinder: филогенетски заклучок за ортологија за компаративна геномика

Овде, ви претставуваме голем напредок на методот OrthoFinder. Ова го проширува заклучокот на ортогрупата со висока точност на OrthoFinder за да обезбеди филогенетско заклучување на ортолози, вкоренети генски дрвја, настани за удвојување на гените, дрво со вкоренети видови и компаративна геномична статистика. Секој излез е спореден со соодветни реални или симулирани збирки на податоци и каде што постојат споредливи методи, OrthoFinder е еквивалентен или ги надминува овие методи. Понатаму, OrthoFinder е најточниот метод за заклучување на ортологот на репер тестот Quest for Orthologs. Конечно, сеопфатната филогенетска анализа на OrthoFinder се постигнува со еквивалентна брзина и приспособливост на најбрзите хеуристички методи засновани на резултати. OrthoFinder е достапен на https://github.com/davidemms/OrthoFinder.


Апстракт

Во еволутивната биологија, таксономијата и потеклото на видовите се широко проучувани теми. Може да се направи проценка на еволутивното дрво преку достапни податоци за секвенцата на ДНК. Пресметката на дрвото е направена со добро познати и често користени методи како максимална веројатност и спојување со сосед. Со цел да се испитаат резултатите од овие методи, еволутивното дрво се пресметува со математички модел, наречен Заплеткана природа. Релативно мал геномски простор е испитан поради пресметковниот товар и откриено е дека вистинските и предвидените дрвја се во разумно добра согласност во однос на формата. Згора на тоа, спецификацијата и добиената структура на заедницата на мрежата за храна се испитуваат со модуларност.


Хоризонтален трансфер на гени

Хоризонталниот трансфер на гени (HGT) е воведување на генетски материјал од еден вид во друг вид со механизми различни од вертикалниот пренос од родител(и) на потомство. Овие трансфери овозможуваат дури и далечно сродните видови да споделуваат гени, што влијае на нивните фенотипови. Научниците веруваат дека HGT е позастапена кај прокариотите, но дека овој процес пренесува само околу 2% од прокариотскиот геном. Некои истражувачи веруваат дека таквите проценки се предвремени: ние мора да ја гледаме вистинската важност на HGT за еволутивните процеси како работа во тек. Како што научниците го истражуваат овој феномен потемелно, тие може да откријат повеќе HGT трансфер. Многу научници веруваат дека HGT и мутацијата се (особено кај прокариотите) значаен извор на генетска варијација, што е суровина во процесот на природна селекција. Овие трансфери може да се случат помеѓу кои било два вида кои споделуваат интимна врска (Табела 1).

Табела 1: Резиме на механизми на прокариотски и еукариотски HGT
Механизам Начин на пренос Пример
Прокариоти трансформација Внесување на ДНК многу прокариоти
трансдукција бактериофаг (вирус) бактерија
конјугација пилус многу прокариоти
агенти за пренос на гени честички слични на фаг виолетова несулфурна бактерија
Еукариоти од организмите на храна непознат вошка вошка
скокачки гени транспозони растенијата од ориз и просо
епифити/паразити непознат габички од тис
од вирусни инфекции

HGT во прокариоти

Механизмите на HGT се доста вообичаени во доменот на бактерии и археи, со што значително го менуваат начинот на кој научниците ја гледаат нивната еволуција. Поголемиот дел од еволутивните модели, како во Ендосимбионтната теорија, предлагаат дека еукариотите потекнуваат од повеќе прокариоти, што го прави HGT уште поважен за разбирање на филогенетските односи на сите постоечки и исчезнати видови. Теоријата за ендосимбион тврди дека еукариотите’ митохондриите и зелените растенија’ хлоропластите и флагелатите настанале како слободно живи прокариоти кои ги нападнале примитивните еукариотски клетки и се етаблирале како постојани симбиони во цитоплазмата.

Студентите по микробиологија добро знаат дека гените се пренесуваат меѓу обичните бактерии. Овие генски трансфери помеѓу видовите се главниот механизам со кој бактериите стекнуваат отпорност на антибиотици. Класично, научниците веруваат дека три различни механизми ги поттикнуваат таквите трансфери.

  1. Трансформација: бактериите зафаќаат гола ДНК
  2. Трансдукција: вирусот ги пренесува гените
  3. Коњугација: шуплива цевка, или пилус пренесува гени помеѓу организмите

Во поново време, научниците открија четврти механизам за пренос на гени помеѓу прокариотите. Мали честички слични на вируси или агенси за пренос на гени (GTAs) пренесуваат случајни геномски сегменти од еден вид на прокариот во друг. GTA се одговорни за генетските промени, понекогаш со многу висока фреквенција во споредба со другите еволутивни процеси. Научниците ја карактеризираа првата GTA во 1974 година користејќи виолетови, несулфурни бактерии. Овие GTA, кои најверојатно се бактериофаги кои ја изгубиле способноста да се репродуцираат сами, носат случајни парчиња ДНК од еден организам до друг. Контролираните студии со користење на морски бактерии ја покажаа способноста на GTA’ да дејствуваат со висока фреквенција. Научниците процениле дека настаните за пренос на гени кај морските прокариоти, или преку GTA или од вируси, се високи до 1013 годишно само во Средоземното Море. GTA и вирусите се ефикасни HGT возила со големо влијание врз прокариотската еволуција.

Како последица на оваа модерна ДНК анализа, идејата дека еукариотите еволуирале директно од Археите падна во немилост. Додека еукариотите споделуваат многу карактеристики кои се отсутни кај бактериите, како што е кутијата TATA (лоцирана во многу гени и промотерскиот регион), откритието дека некои еукариотски гени биле похомологни со бактериската ДНК од Археа ДНК ја направи оваа идеја помалку одржлива. Понатаму, научниците предложија фузија на геном од археи и бактерии со ендосимбиоза како краен настан во еукариотската еволуција.

HGT кај еукариотите

Иако е лесно да се види како прокариотите разменуваат генетски материјал со помош на HGT, научниците првично мислеа дека овој процес е отсутен кај еукариотите. На крајот на краиштата, прокариотите се само единечни клетки директно изложени на нивната околина, додека повеќеклеточните организми’ половите клетки обично се заглавени во заштитени делови од телото. Од оваа идеја произлегува дека преносот на гените помеѓу повеќеклеточните еукариоти треба да биде потежок. Научниците веруваат дека овој процес е поредок кај еукариотите и има многу помало еволутивно влијание отколку кај прокариотите. И покрај тоа, HGT помеѓу далечно поврзани организми е евидентен кај неколку еукариотски видови, и можно е научниците да откријат повеќе примери во иднина.

Кај растенијата, истражувачите забележале трансфер на гени кај видови кои не можат да се вкрстуваат со нормални средства. Транспозоните или „гените за скокање“ покажаа пренос помеѓу растителните видови ориз и просо. Понатаму, габичните видови кои се хранат со дрвја од тис, од кои од кората се добива антиканцерогениот лек TAXOL®, стекнале способност самите да направат таксол, јасен пример за трансфер на гени.

Кај животните, особено интересен пример на HGT се јавува кај видовите вошки (Слика 2). Вошките се инсекти кои се разликуваат по боја врз основа на содржината на каротеноиди. Каротеноидите се пигменти што ги произведуваат различни растенија, габи и микроби, и служат на различни функции кај животните, кои ги добиваат овие хемикалии од нивната храна. На луѓето им се потребни каротеноиди за да го синтетизираат витаминот А, а ние ги добиваме со јадење портокалово овошје и зеленчук: моркови, кајсии, манго и слатки компири. Алтернативно, вошките вошки ја стекнале способноста сами да ги создаваат каротеноидите. Според ДНК анализата, оваа способност се должи на габични гени кои се пренесуваат во инсектот преку HGT, веројатно бидејќи инсектот консумирал габи за храна. Каротеноидниот ензим, или десатураза, е одговорен за црвеното обојување кај одредени вошки, и кога мутацијата го активира овој ген, вошките се враќаат во нивната почеста зелена боја (Слика 2).

Слика 2: (а) Црвените вошки ја добиваат својата боја од црвениот каротеноиден пигмент. Гените неопходни за создавање на овој пигмент се присутни кај одредени габи, а научниците шпекулираат дека лисните вошки ги стекнале овие гени преку HGT откако консумирале габи за храна. Ако мутацијата ги деактивира гените за создавање на каротеноиди, вошките вошки се враќаат во (б) нивната зелена боја. Црвената боја ги прави лисните вошки значително позабележителни за предаторите, но доказите покажуваат дека црвените вошки се поотпорни на инсектициди отколку зелените. Така, црвените вошки може да бидат попогодни да преживеат во некои средини отколку зелените. (заслуга a: модификација на делото од Бени Мазур кредит б: модификација на делото од Мик Талбот)

Филогенетски алатки за компаративна биологија

Ќе се обидам да добијам нова верзија на phytools на CRAN пред работилницата што ќе ја предавам со Transmitting Science во Барселона следната недела. Следствено, само турнав цел куп нови ажурирања на GitHub. Повеќето од нив се однесуваат на помали грешки и поправки на засилувачи, но јас исто така ја преименував функцијата density.tree во densityTree за да ја поправам неидентификуваната (од мене) некомпатибилност на методот S3. Ова го прави уште позбунувачки да се разликува оваа функција од слично именуваната и слично намената, фангорна функција densiTree. И двете му овозможуваат на корисникот да ја визуелизира задната густина на филогенијата од (да речеме) бајзова анализа, меѓутоа внатрешно се користат различни методи на зацртување и опции за засилување, а мојата функција (сега densityTree ) може исто така да исцртува мапирани стохастички истории на знаци. На пример:

Откако ќе поднесам до CRAN (се надевам дека наскоро) ќе објавам подолга белешка која ќе ги документира сите ажурирања од претходната верзија на CRAN. Оваа верзија на phytools може да се добие од GitHub користејќи го пакетот devtools:


Изградба на филогенетски дрвја

Многу различни типови на податоци може да се користат за да се конструираат филогенетски дрвја. Ние’ќе разгледаме два вида: морфолошки и генетски податоци. Морфолошките податоци вклучуваат структурни карактеристики, типови на органи и специфични скелетни аранжмани, додека генетските податоци инкорпорираат геномски и митохондријални ДНК секвенци, рибозомални РНК гени и често се фокусираат на гени од интерес.

Овие типови на податоци се користат за идентификација хомологија, што значи сличност поради заедничкото потекло. Едноставно, ова е идејата дека ги наследувате особините од вашите родители, применета само на ниво на вид: сите луѓе имаат голем мозок и спротивставени палци затоа што нашите предци сите цицачи произведувале млеко од млечните жлезди затоа што тоа го правеле нивните предци. Овие карактеристики се хомологни.

Дрвјата се изградени на принципот на парсимонија, што значи дека најверојатната шема на разгранување е онаа која бара најмалку промени. На пример, многу поверојатно е дека сите цицачи произведуваат млеко затоа што сите ги наследиле млечните жлезди од заеднички предок кој произведувал млеко од млечните жлезди, наспроти помалку скромната хипотеза дека повеќе групи на организми секоја независно еволуирале млечни жлезди.


Погледнете го видеото: Zimzeleni rasadnik Domaćin ems 467 (Јуни 2022).


Коментари:

  1. Taurisar

    Не си во право. Ајде да го дискутираме.

  2. Clovis

    Мислам дека ќе дозволиш грешка. Пишете ми во премиерот, ќе разговараме.

  3. Dolar

    You are mistaken. Write to me in PM, we will talk.

  4. Shaktikazahn

    Sorry, but this option was not suitable for me. Maybe there are options?

  5. Maelwine

    Sorry, I pushed this message away



Напишете порака