Forma de representação da árvore

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(1)Métodos de Construção. Prof. Dr. Rodrigo Matheus Pereira rodrigopereira@ufgd.edu.br Faculdade de Ciências Biológicas e Ambientais FCBA - UFGD.

(2) Filogenia Forma de representação da árvore Formato Newick:.

(3) Filogenia Formato Newick Formato de representação da árvore, que emprega uma forma linear de parênteses aninhados dentro do qual os táxons são separados por vírgulas; Se a árvore estiver em escala, comprimentos de ramo são indicados imediatamente após o nome do taxon; Os números são relativos as unidades que representam tempo de divergencia;.

(4) Filogenia Nucleotídeos ou Aminoácidos? Escolha importante pois afetará a árvore final; Qual o propósito do estudo? Organismos próximos = recomendável nucleotídeos Evoluem mais rapidamente do que aa (aminoácido). Ex.: Indivíduos dentro de uma população = ITS mitocondrial ;.

(5) Filogenia Organismos mais divergentes pode-se usar rRNA ou AA; Seqs de aa são mais conservadas, porque DNA é degenerado Diferentes códons podem gerar mesmo aa. Seqs de aa são mais sensíveis ao alinhamento; 20 aa x 4 nt. 1º Passo na análise filogenética ALINHAMENTO.

(6) Filogenia Para alinhar sequências diferentes programas podem ser usados: Clustal, T-Coffe, Muscle. O importante é que os aa sejam alinhados de maneira correta, mesmo quando se trabalha com nt Aa também podem ser chamados de resíduos.

(7) Filogenia Alinhamento bom significa resíduos de propriedades físico-químicas semelhantes alinhados; Partes do alinhamento poderão ser removidas se necessário;. Programas para refinar o alinhamento: Rascal, Gblocs, NorMD.

(8) Filogenia – aula passada... Objetivo filogenia? Reconstruir a história evolutiva da espécie; Cada gene pode evoluir a taxas diferentes dentro de um mesmo genoma; “Cada posição de uma sequência pode evoluir de modo independente”;.

(9) Filogenia Métodos de Construção de árvores filogenéticas: Dois grandes grupos; Métodos baseados em distância; Também chamados de métodos geométricos Diferença entre sequências é transformada em valores (distância) Métodos baseados em probabilidade; Baseiam-se principalmente em modelos evolutivos;.

(10) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Duas etapas são necessárias: 1.. Cálculo da Distância Obtido através dos modelos de substituição de nt;. Taxas de substituições diferentes podem ocorrer; Dependo dos organismos e/ou regiões analisadas; 2.. Construção da Topologia; Contrução da árvore;.

(11) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância p A mais simples; É proporção de posições em que duas sequências diferem; Eficiente se a distância analisada estiver entre 0 e 0,2; Não leva em consideração substituições múltiplas; Utilizar somente se as sequências estiverem evoluindo a uma taxa constante (teoria do relógio molecular);.

(12) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância de Jukes-Cantor Recomendado para distâncias entre 0,20 e 0,75; Leva em consideração substituições múltiplas; Cada base tem a mesma probabilidade de substituição que a outra base; Problema: nem sempre isso ocorre;.

(13) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância de Kimura 2-parâmetros; A distância tem que ser menor do que 0,85; Leva em consideração substituições múltiplas(=JC); Razão entre transição e transversões (P/Q);.

(14) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância de Tajima-Nei; Utilizado quando a taxa de GC varia entre sequências;.

(15) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância Tamura 3-parâmetros; Considera substituições múltiplas; Conteúdo GC; Taxa de transição/transverão (P/Q);. Recomendada quando GC e P/Q forem diferentes de 0,5; Problema: Quanto mais parâmetros, maior será a variância....

(16) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância Tamura e Nei; É a que leva mais parâmetros em consideração; Desenvolvida especialmente para trabalhar com DNA mitocondrial;.

(17) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Todos modelos anteriores seguem o relógio molecular!. Distância Gama-Poisson; Não segue o relógio molecular! Baseia-se na distribuição gama; Distribuição gama: cada sítio evolui de acordo com distribuição de Poisson, mas a taxa varia de sítio para sítio;.

(18) Filogenia - Métodos de Construção Poisson – Definição: Curva matemática usada na estatística e na simulação de resultados para representar a probabilidade de que determinado evento ocorra, quando a probabilidade média é conhecida;.

(19) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: A distribuição gama pode ser incorporada a todos modelos de distribuição; É uma maneira de reduzir possíveis erros;.

(20) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Modelos de Substituição: Distância PAM; Taxas de substituições diferentes em aa; Maior entre aa de propriedades químicas semelhantes; PAM= ponto aceito de mutação Intervalo de tempo necessário para um gene sofrer uma substituição a cada 100 aa;.

(21) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Atualmente há muitos modelos de substituição: Sempre é necessário levar em consideração os dados que estão sendo analisados; Baseando-se nos diferentes parâmetros já discutidos;.

(22) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Vantagens Computacionalmente rápidos; Modelos para o cálculo da distância podem ser escolhidos; Para ajustar os dados;. Desvantagens Cálculo da distância é problemático quando sequências; são divergentes e envolvem muitos gaps de alinhamentos; Não considera variancias na estimativa das distâncias;.

(23) Filogenia - Métodos de Construção Métodos Baseados em Distância; Duas etapas são necessárias: 1.. Cálculo da Distância Obtido através dos modelos de substituição de nt ou aa;. Taxas de substituições diferentes podem ocorrer; Dependo dos organismos e/ou regiões analisadas; 2.. Construção da Topologia; Construção da árvore;.

(24) Filogenia construção da topologia Construção da Topologia UPGMA; Agrupamento de vizinhos (Neighbor-joining-NJ); Evolução mínima (ME);.

(25) Filogenia construção da topologia Construção da Topologia - UPGMA; UPGMA = unweighted pair group method with arithmetic means (método de pares de grupos não ponderados com médias aritméticas) É o método construção mais simples (entre os três apresentados); Cuidado: assume o relógio molecular! Não necessita de grupo externo Gera enraizamento devido ao modo de reconstrução;. Eficiente em análises com taxas de substituição baixas;.

(26) Filogenia construção da topologia Construção da Topologia – Agrupamento de vizinhos (Neighbor-joining-NJ); Faz parte do grupo de métodos de evolução mínima Árvore com menor soma total de ramos é procurada; É portanto uma alternativa heurística ao método de evolução mínima; Não depende de taxas de substituição constantes;.

(27) Filogenia construção da topologia Construção de Topologia - Evolução mínima (ME); Cálculo de todas as árvores possíveis é muito demorado; Foi remodelado e agora parte do NJ; Bons resultados, mas muito parecidos com NJ;.

(28) Filogenia Métodos de Construção de árvores filogenéticas: Dois grandes grupos; Métodos baseados em distância; Diferença entre sequências é transfromada em valores (distância) Métodos baseados em probabilidade; Baseiam-se principalmente em modelos evolucionários;.

(29) Filogenia Métodos baseados em probabilidade;. São constituídos por três métodos: Máxima Parcimônia (maximum parsimony); Máxima verossimilhança (maximum likelihood); Análise Bayesiana (Bayesian inference methods);.

(30) Reconstrução Filogenética Métodos baseados em caracteres (discretos);. Máxima Parcimônia; Cálculo demorado; Algoritmos exatos e heurísticos. Algoritmos heurísticos: Min-mini e CNI (Close Neighboor Interchange). Vantagem: o caminho menos tortuoso é o mais correto; Navalha de Occam; Desvantagens: Qdo há muitas seqs pode levar muito tempo, se a divergência entre organismos estudados for muito grande inviabilizará o uso deste método;.

(31) Reconstrução Filogenética Métodos baseados em caracteres (discretos);. Máxima Parcimônia; Analisam simultaneamente uma posição (site) entre todas as sequências do alinhamento, gerando uma pontuação para cada árvore; A melhor árvore será aquela que apresentar o menor número de mudanças;.

(32) Reconstrução Filogenética Métodos baseados em caracteres (discretos); Máxima Verossimilhança (maximum likelihood-ML); Baseia-se em probabilidade de ocorrência de acordo com o modelo evolutivo escolhido; Modelos em ML: JC, Kimura 2 parametros, HKY85, F84 Vantagens: mais útil que métodos geométricos e de parcimônia: Apresenta menor variância; Mais fiel ao modelo evolutivo escolhido; Desvantagens: Cálculo muito demorado quanto mais OTUs houverem. Se escolher o modelo inadequado toda a análise será prejudicada;.

(33) Reconstrução Filogenética Métodos baseados em caracteres (discretos); Máxima Verossimilhança (maximum likelihood-ML);. Heurística Quarteto Puzzle; Dividir e conquistar. NJML Algoritmo híbrido NJ e ML. Algoritmos genéticos Baseado em rotinas matemáticas para simular seleção natural; Método rápido de ML..

(34) Reconstrução Filogenética Métodos baseados em caracteres (discretos); Máxima Verossimilhança (maximum likelihood-ML);. Análise Bayesiana; A essência da análise Bayesiana é fazer inferência sobre algo não-observado com base em observações anteriormente realizadas; Utiliza Cadeias de Markov; Mais rápido do que o ML;.

(35) Filogenia construção da topologia Construção de Topologias Teste de confiança em topologias; Bootstrap Pode ser usado em qualquer método de construção de topologias; Reamostragem na árvore; Auxilia na interpretação da árvore;.

(36) Filogenia - Programas Entre os programas mais famosos de filogenia estão: Phylip, PAUP, TREE-PUZZLE, PHYML, MrBayes; Mega;.

(37) Filogenia Programas http://evolution.genetics.washington.edu/phylip/soft ware.html 392 programas; 54 servidores web;.

(38) Filogenia –Métodos de Reconstrução Leitura obrigatória para quem quiser tirar nota na segunda prova: XIONG, Jin. Essential Bioinformatics. New York: Cambridge University Press, 2006. 362 p. Cap. 11, pág 146: Phylogenetic Tree Construction Methods and Programs. Biologia Molecular e Evolução Cap.12,13,14,15,21. Artigo da nature no site.

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