como realizar un árbol filogenético

Instructivo para realizar un árbol filogenético.

BioinformáticaTecnología Médica, Universidad Santo Tomás

Profesor Alejandro Cuevas Villegas T.M. PhD(c)

Paso 1: obtener las secuencias de nucleótidos o de proteínas de la base de datos Nucleotide de NCBI. Estas secuencias deben ser homólogas entre las especies a comparar (genes con similar función y/o estructura)


Paso 2: realizar un alineamiento múltiple utilizando ClustalW u otro programa similar (MUSCLE, T-coffee, 3D-coffee, Probcons).Paso 2: realizar un alineamiento múltiple utilizando ClustalW u otro programa similar (MUSCLE, T-coffee, 3D-coffee, Probcons).

Paso 3: hacer análisis con alguno de los modelos filogenéticos conocidos. Puede utilizar software como PhyML (basado en Phylip), BioNJ, TNT, MrBayes, entre otros.Paso 3: hacer análisis con alguno de los modelos filogenéticos conocidos. Puede utilizar software como PhyML (basado en Phylip), BioNJ, TNT, MrBayes, entre otros.

Paso 4: Dibujar el árbol filogenético con los datos generados con los programas anteriormente mencionados. Puede utilizar visores como TreeDyn, Drawgram, Drawtree o cualquier otro diseñado para realizar diseño de árboles filogenéticos.


Ejemplo: Para estudiar como han evolucionado distintos organismos se podría usar el mRNA del gen de la Lactato deshidrogenasa (DNA es demasiado extenso. Podría utilizarse también la secuencia de aminoácidos) , común entre organismos eucariontes y procariontes.

Gen común entre muchas especies

1.- Abra un registro y visualícelo en formato FASTA

2.- Luego seleccione y copie todo lo que está dentro del cuadro rojo, desde “>gi|2915…” hasta la última base. Péguelo en un archivo de texto o directamente en ClustalW (online).

3.- Repita el procedimiento para cada una de las especies incluidas en el estudio.

1.- Click en “online programs”

2.- Abrir ClustalW

Ingrese a www.phylogeny.fr Sitio donde podrá construir un árbol filogenético, sólo utilizando herramientas online.

http://www.phylogeny.fr/

1.- Pegar secuencia del mRNA en formato FASTA dentro del cuadro.

2.- Saltarse un espacio y pegar la siguiente secuencia inmediatamente después.

3.- Repetir procedimiento para todas las secuencias

4.- Click en SUBMIT

Al abrir CLUSTALW verá la siguiente página:

NOTA: el símbolo “>” es necesario para que CLUSTALW reconozca que comenzó una nueva secuencia.

NOTA: el símbolo “>” es necesario para que CLUSTALW reconozca que comenzó una nueva secuencia.

Al terminar el alineamiento verá el siguiente cuadro.

En la misma ventana, mas abajo, verá este menú.

Con el botón derecho del mouse, haga click sobre “alignment Phylip format” y descargue el archivo.

Ese archivo lo usará en la siguiente etapa.

1.- click en “online programs”

2.- abrir: •PhyML, para analizar según el método de Máxima Verosimilitud (Maximun likelihood).•BioNJ, para analizar según el método de unión de vecinos (Neighbor-Joining)•MrBayes, para usar un método bayesiano.

Independiente del método a elegir, debe usar el archivo descargado en el paso 2.

1.- Haga click en examinar y busque el archivo descargado en el paso 2.

2.- Selecciona un tipo de inferencia estadística para dar fuerza a la deducción de brazos en el árbol.En este ejemplo usaremos un test estadístico y no una simulación (bootstrapping), por el tiempo que demora la última opción.

3.- Seleccione un modelo de substitución

4. Presione SUBMIT y espere.

Si usa PhyML


2.- Seleccione un modelo de substitución


Si usa BioNJ

Independiente del método, al terminar el análisis aparecerá el siguiente cuadro.

En la misma ventana, más abajo, encontrará el siguiente menú.

Haciendo click con el botón derecho sobre “Tree in Newick format”, descargue el archivo.

Abra un visor de árboles. En este ejemplo usaremos TreeDyn.

Filograma PhyML

Filograma BioNJ

TreeDyn generará filogramas similares a los que se muestran a continuación:

Además, usted puede configurar la visualización de los árboles de acuerdo a las opciones que aparecen más abajo en la misma ventana.

Exportar el filograma a otros formatos (como PNG

y PDF)

Cambiar los números de acceso (gi|…) por los nombres de los organismos que vienen en el encabezado de la

secuencia.

opciones varias: cambiar colores, reordenar grupos, agregar notas…

Poner nombres personalizados a cada organismo o taxón.

mostrar u ocultar valores calculados para cada brazo.

cambiar tipo de árbol.

cambiar tamaño de la imagen.

Click en estos cuadros (y posteriormente el filograma) para activar opción.

Filograma a partir de análisis BioNJ

Y finalmente…

humanos y primates

Mamíferos acuáticos

Caballo comparte ancestro con primates y mamíferos acuáticos, pero no forma un clado con ninguna otra especie.

Ratón comparte un ancestro común mas lejano con otros mamíferos.

Aves

Peces

anfibios

bacterias

Note que mamíferos fueron bien agrupados, incluso formando clados de acuerdo a sus características. Por otro lado, se observa que aves, peces y anfibios tienen un ancestro en común que los diferencia de los mamíferos, estando los peces mas cercanos a los anfibios que a las aves. Finalmente, las bacterias están totalmente apartadas del resto y, evolutivamente hablando, con una distancia considerablemente mayor.

Filograma a partir de análisis PhyML

Observe que el filograma realizado por el método de máxima verosimilitud (ML) muestra algunas diferencias notables respecto al filograma anterior.

Con mayor claridad lo podremos observar en un CLADOGRAMA (ver diapositiva siguiente)

Cladograma a partir de análisis PhyML

El cladograma muestra la misma agrupación que el filograma, pero no considera representar en el largo de los brazos la distancia entre las especies evaluadas, lo que nos ayuda a visualizar de forma mas ordenada las agrupaciones. Aquí podemos obsevar que la Orca (Orcinus orca) y el delfín (Tursiops truntatus) están mas distanciados evolutivamente del resto de los mamíferos que la bacteria Bacillus thuringiensis (lo que a priori no tiene sentido alguno). Además, el mamífero acuático manatí (Trichechus manatus) no fue agrupado en el mismo clado del resto de los mamíferos acuáticos y junto con el ratón (Mus musculus) fueron evolutivamente mas cercanos a aves, peces y anfibios que a otros mamíferos.

Existen otras representaciones de la misma información.

Árbol radial a partir de análisis BioNJ

En esta representación se observa de forma mas clara la distancia evolutiva entre las distintas especies evaluadas.

Existen otras representaciones de la misma información.

Árbol circular a partir de análisis

Otorga la misma ventaja que el árbol radial, con la particularidad de que se puede obtener un diagrama en un espacio mas reducido..

Ahora le toca a UD…

• Recuerde que lo que representa este ejemplo es la evolución del gen de la LDH, el que se usó como algo representativo de la evolución de las especies.

• La selección de la secuencia que vamos a utilizar es clave para poder hacer una inferencia correcta y debe depender de los objetivos que se persiguen.

• Siempre los análisis están sujetos a errores. Se pudo observar que para el mismo set de datos, se encontró mas de una forma de agrupar las especies. Hay que seleccionar el análisis mas apropiado para el tipo de hipótesis que tenemos.

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