Информация

Как да изградим туморно филогенетично дърво?

Как да изградим туморно филогенетично дърво?


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.

Бих искал да знам дали някой е опитвал някакъв софтуер, който конструира дървета за еволюция на тумори, където стволовете представляват общите мутации и частните промени са отбелязани на всеки клон. Мога да го направя ръчно, но размерът на извадката е твърде голям (близо 100 пациенти). Ето добър пример за това, което търся тук на Фигура 4 http://www.nature.com/nm/journal/v21/n7/full/nm.3886.html

Всякакви допълнителни предложения за изчислителни модели са добре дошли.


Филоонкология: Разбиране на рака чрез филогенетичен анализ ☆

Въпреки десетилетия на изследвания и огромното количество произтичащи от това данни, ракът остава значителен проблем за общественото здраве. Необходими са нови инструменти и нови гледни точки за получаване на фундаментални прозрения, за разработване на по-добри прогностични и предсказващи инструменти и за идентифициране на подобрени терапевтични интервенции. С все по-често срещаните данни от мащаба на генома, един набор от алгоритми и концепции с потенциал да хвърлят светлина върху биологията на рака е филогенетиката, научна дисциплина, използвана в различни области. От групиране на подгрупи от ракови проби до проследяване на субклоналната еволюция по време на прогресията на рака и метастазите, използването на филогенетика е мощен подход на системната биология. Добре развитите филогенетични приложения осигуряват бързи, стабилни подходи за анализиране на високомерни, хетерогенни набори от данни за рак. Тази статия е част от специален брой, озаглавен: Еволюционни принципи – хетерогенност при рак?, редактиран от д-р Робърт А. Гейтенби.


Хоризонтален трансфер на ген

Хоризонталният генен трансфер (HGT) е предаването на генетичен материал между видовете по механизми, различни от родителя към потомството.

Цели на обучението

Обяснете как хоризонталният трансфер на гени може да затрудни разрешаването на филогениите

Ключови изводи

Ключови точки

  • Смята се, че HGT е по-разпространен при прокариотите, отколкото при еукариотите, но само около 2% от прокариотния геном може да бъде прехвърлен чрез този процес.
  • Много учени смятат, че HGT и мутацията изглеждат (особено при прокариотите) значителен източник на генетични вариации, които са суровината за процеса на естествен подбор.
  • HGT в прокариотите се осъществява чрез четири различни механизма: трансформация, трансдукция, конюгация и чрез агенти за генен трансфер.
  • HGT се среща в растенията чрез транспозони (скачащи гени), които се прехвърлят между различни видове растения.
  • Пример за HGT при животни е прехвърлянето (чрез консумация) на гъбични гени в насекоми, наречени листни въшки, което позволява на листните въшки способността да произвеждат каротеноиди сами.

Ключови условия

  • трансформация: промяната на бактериална клетка, причинена от трансфера на ДНК от друга, особено ако е патогенна
  • трансдукция: хоризонтален механизъм за трансфер на гени при прокариоти, където гените се пренасят с помощта на вирус
  • спрежение: временното сливане на организмите, особено като част от половото размножаване

Хоризонтален трансфер на ген

Хоризонтален генен трансфер (HGT) е въвеждането на генетичен материал от един вид към друг вид чрез механизми, различни от вертикалното предаване от родител(и) към потомство. Тези трансфери позволяват дори далечно свързани видове (използвайки стандартна филогенеза) да споделят гени, оказвайки влияние върху техните фенотипове. Смята се, че HGT е по-разпространен при прокариотите, но само около 2% от прокариотния геном може да бъде прехвърлен чрез този процес. Някои изследователи смятат, че тези оценки са преждевременни, че действителното значение на HGT за еволюционните процеси трябва да се разглежда като работа в ход. Тъй като явлението се изследва по-задълбочено, може да се окаже, че е по-често срещано. Много еволюционисти постулират основна роля на този процес в еволюцията, като по този начин усложняват простия модел на дърво. Редица учени смятат, че HGT и мутацията изглежда (особено при прокариотите) са значителен източник на генетични вариации, които са суровината за процеса на естествен подбор. Тези трансфери могат да се осъществят между всеки два вида, които споделят интимна връзка, като по този начин добавят слой от сложност към разбирането или разрешаването на филогенетичните взаимоотношения.

Механизми на прокариотен и еукариотен хоризонтален генен трансфер: Хоризонтален трансфер на ген е въвеждането на генетичен материал от един вид в друг вид чрез механизми, различни от вертикалното предаване от родител(и) към потомство. Тези трансфери позволяват дори далечно свързани видове (използвайки стандартна филогенеза) да споделят гени, влияейки върху техните фенотипове. Примери за механизми на хоризонтален генен трансфер са изброени както за прокариотните, така и за еукариотните организми.

HGT в прокариотите

Доказано е, че механизмът на HGT е доста често срещан в прокариотните домейни на бактерии и археи, което значително променя начина, по който се разглежда тяхната еволюция. Тези трансфери на гени между видовете са основният механизъм, чрез който бактериите придобиват резистентност към антибиотици. Класически се смяташе, че този тип трансфер се осъществява чрез три различни механизма:

  • Трансформация: голата ДНК се поема от бактерия.
  • Трансдукция: гените се пренасят с помощта на вирус.
  • Конюгиране: използването на куха тръба, наречена пилус, за прехвърляне на гени между организмите.

Съвсем наскоро беше открит четвърти механизъм на трансфер на гени между прокариотите. Малки, подобни на вируси частици, наречени агенти за генен трансфер (GTAs), прехвърлят произволни геномни сегменти от един вид прокариоти на друг. Доказано е, че GTA са отговорни за генетичните промени, понякога с много висока честота в сравнение с други еволюционни процеси. Първият GTA е охарактеризиран през 1974 г. с помощта на лилави, несерни бактерии. Тези GTA, за които се смята, че са бактериофаги, които са загубили способността си да се възпроизвеждат сами, пренасят произволни парчета ДНК от един организъм в друг. Способността на GTA да действат с висока честота е доказана в контролирани проучвания с използване на морски бактерии. Събитията за трансфер на ген в морските прокариоти, или чрез GTA, или чрез вируси, се оценяват на до 10 13 годишно само в Средиземно море. Смята се, че GTA и вирусите са ефективни HGT превозни средства с голямо влияние върху еволюцията на прокариотите.

HGT в еукариотите

Въпреки че е лесно да се види как прокариотите обменят генетичен материал чрез HGT, първоначално се смяташе, че този процес липсва при еукариотите. В крайна сметка прокариотите са само единични клетки, изложени директно на околната среда, докато половите клетки на многоклетъчните организми обикновено са изолирани в защитени части на тялото. От тази идея следва, че генният трансфер между многоклетъчни еукариоти трябва да бъде по-труден. Всъщност се смята, че този процес е по-рядък при еукариотите и има много по-малко еволюционно въздействие, отколкото при прокариотите. Въпреки този факт, HGT между далечно свързани организми е демонстриран в няколко еукариотни вида. Възможно е в бъдеще да бъдат открити още примери.

При растенията е наблюдаван генен трансфер при видове, които не могат да се опрашват кръстосано с нормални средства. Доказано е, че транспозони или “скачащи гени” се прехвърлят между ориз и просо растителни видове. Освен това, гъбични видове, хранещи се с тисови дървета, от които се получава противораковото лекарство TAXOL® от кората, са придобили способността да правят таксола ясен пример за трансфер на гени.

При животните особено интересен пример за HGT се среща в рамките на видовете листни въшки. Листните въшки са насекоми, които се различават по цвят в зависимост от съдържанието на каротеноиди. Каротеноидите са пигменти, произведени от различни растения, гъбички и микроби, които изпълняват различни функции при животните, които получават тези химикали от храната си. Хората се нуждаят от каротеноиди, за да синтезират витамин А и ние ги получаваме, като ядем оранжеви плодове и зеленчуци: моркови, кайсии, манго и сладки картофи. От друга страна, листните въшки са придобили способността сами да произвеждат каротеноидите. Според ДНК анализа тази способност се дължи на прехвърлянето на гъбични гени в насекомото чрез HGT, вероятно тъй като насекомото е консумирало гъби за храна. Каротеноиден ензим, наречен десатураза, е отговорен за червеното оцветяване, наблюдавано при някои листни въшки. Освен това е доказано, че когато този ген е инактивиран чрез мутация, листните въшки се връщат обратно към по-често срещания си зелен цвят.

HGT в рамките на вида листни въшки: (a) Червените листни въшки получават цвета си от червения каротеноиден пигмент. Гените, необходими за производството на този пигмент, присъстват в определени гъби. Учените спекулират, че листните въшки са придобили тези гени чрез HGT, след като са консумирали гъбички за храна. Ако гените за производство на каротеноиди са инактивирани чрез мутация, листните въшки се връщат обратно към (б) своя зелен цвят. Червеното оцветяване прави листните въшки много по-забележими за хищниците, но доказателствата сочат, че червените листни въшки са по-устойчиви на инсектициди от зелените. По този начин червените листни въшки може да са по-подходящи за оцеляване в някои среди, отколкото зелените.


Филогенезата

Въведение

Човешкият лакът образува връзката между брахиума и предмишницата, контролира дължината на обсега и ориентацията на ръката и е един от най-отличителните ни анатомични региони. Оценяването на филогенезата на лакътя допълва анатомичните познания по три начина: (1) показва как лакътят се е развил, за да улесни специфични функционални изисквания, като суспензорно движение и сръчна манипулация (2) обяснява функционалното значение на всяка морфологична характеристика и (3 ) помага при прогнозиране на последствията от загуба на такива характеристики чрез заболяване, нараняване или лечение.

Повечето от характерните черти на човешкия лакът значително предхождат появата на съвременния Хомо сапиенс. Всъщност настоящите данни показват, че тази морфология може да бъде проследена до общия прародител на хората и маймуните, съществуващ преди приблизително 15 до 20 милиона години (mya).


Реконструкция на еволюционното минало на тумора от една проба

Дори когато може да се получи само една туморна проба, все още може да има много информация в данните за секвениране, за да се позволи изводът за реда на събитията по време на развитието на тумора. Както беше обсъдено по-горе, точковите мутации могат да бъдат класифицирани като клонални или субклонални въз основа на фракцията на раковите клетки, които носят мутацията, и се заключава, че клоналните мутации предхождат тези, които са субклонални. Освен това, клоналните мутации в областите на клонални хромозомни печалби могат да бъдат временно разделени на тези, които са настъпили преди печалбата, и тези, които са настъпили след [54, 55]. Тази връзка между точковите мутации и околния брой копия може да бъде изведена от честотата на варианта на алелите на мутацията, след като се вземе предвид чистотата на тумора и броят на копията, за да се получи броят на хромозомите, носещи мутацията [18]. Мутациите на два алела трябва вече да са присъствали и да са били дублирани с околния регион (наречени „ранни“), докато тези на един алел трябва или да са се случили след това (наречени „късни“), или да са възникнали върху недублиран алел (вж. Фиг. 1).

Нарастване на броя на копията по време с помощта на точкови мутации. Връзката между точковите мутации и нарастването на броя на околните копия може да се използва за извеждане на времето на усилването. а Загуба на хетерозиготност, неутрална по време на копиране (CNLOH). Сините мутации се появяват преди събитието CNLOH, оранжевите мутации се появяват след това на всяка хромозома. б Печалбите на единичен алел, където другият се запазва, са по-сложни, тъй като мутациите на единично копие могат да отразяват както мутации, които са настъпили след усилването, така и тези на недублирания алел (жълт)

По този начин е възможно да се оцени относителното време на отделните мутации по време на клоновата фаза на туморната еволюция. Времевите мутации в рамките на нарастването на броя на клоналните копия след това могат да се използват за оценка кога е възникнала самата печалба, изчислена от процентите на ранните и късните мутации (вж. Каре 1) [54]. Ако има много много мутации, носени от два алела, и малко от един алел, това предполага, че точковите мутации са се натрупали в този регион за по-дълъг период от време преди усилването, което се е случило към края на клоновата еволюция. Обратно, ако по-голямата част от мутациите се носят само от един алел, това показва, че пропорционално усилването е настъпило по-рано в еволюцията на клоновия тумор. Важно е да се отбележи, че този подход не предполага постоянна скорост на мутация и по този начин оценките за времето съответстват на „време на мутация“, т.е. времето на усилването показва неговата относителна позиция в сравнение с точковите мутации.

През последните години бяха разработени алгоритми за прилагане на тази концепция, като се използва подход с частична или пълна максимална вероятност, за да се оцени първо броя на копията на отделните мутации и след това да се използват за оценка на времето на хромозомни печалби [56, 57] . Тъй като броят на съществуващите хромозоми на всеки етап от еволюцията на клоновия тумор трябва да се отчете при определяне на скоростта на мутация (виж каре 1), важно е да можете да моделирате точната последователност от събития по време на придобиването на хромозомната печалба, и следователно простите печалби се поддават по-лесно на този подход. Както е предложено от Purdom et al. [56], те включват региони с копично неутрална загуба на хетерозиготност (CNLOH), печалби на единичен алел и двойни печалби на единичен алел. Събитията с удвояване на целия геном (WGD) могат да се считат за изключителен случай, тъй като се предполага, че и двата алела се получават едновременно, въпреки че неизбежно, понякога, това няма да е вярно. Като предупреждение, трябва да се отбележи, че само печалбите могат да бъдат изследвани с помощта на този метод, мутациите, необходими за времето, когато хромозомните загуби се губят със самата хромозома.

Прилагането на този подход към раковите геноми следователно дава представа за времето на хромозомните печалби и относителното подреждане на мутациите по време на клоновата еволюция на тумора, което потенциално подчертава различните механизми, които са в основата на развитието на тумора. Например, Nik-Zainal et al. [17] използва този подход за времеви хромозомни печалби по време на еволюцията на 21 рака на гърдата. Това проучване показа, че нарастването на броя на копията е малко вероятно да бъде първото събитие по време на еволюцията на рака на гърдата, но се натрупва с течение на времето, като повечето печалби настъпват след първите 15-20% от времето на мутации. Количествените оценки на времето на клоналните дублирания след това могат да бъдат интегрирани със съответното относително време на други събития, като например амплификации на ERBB2, MYC, и CCND1и прекъснати събития като хромотрипсис, рекапитулирайки последователността от събития през клоновата еволюция за тази група от рак на гърдата [17]. По същия начин, при аденокарцинома на панкреаса, времето на мутациите и промените в броя на копията (CNAs) спрямо удвояването на генома показва, че има продължителен период от време на мутация преди събитието на дублиране, вероятно по време на състояния на преинвазивно заболяване, което предполага, че последващият брой на копията печалбите съпътстват трансформацията [58].

Следователно времето на мутациите зависи от достатъчен брой точкови мутации, което може да бъде проблематично, особено при ракови заболявания с ниски нива на мутации. В случаите на WGD обаче общият брой точкови мутации и по-малките CNA в целия геном предоставят достатъчно информация за изчисляване на оценките за времето. Това е важно събитие в еволюцията на рака, тъй като осигурява удвоена суровина за оформяне на естествения подбор, позволявайки на клетките да постигнат анеуплоидни състояния, които иначе не биха били толерирани. Следователно времето на WGD събитията по време на еволюцията на тумора е от ключово значение. Клоналните WGD събития показват променливо време между видовете рак, те изглежда са късно в еволюцията на рак на гърдата [28] и по-рано при други, като колоректален рак, където се смята, че са първата стъпка в развитието на по-сложни геномни кариотипи , стимулира прогресията на заболяването и влияе неблагоприятно върху резултатите от преживяемостта [59].

Pan-cancer, проучванията на WGD времето в набора от данни на The Cancer Genome Atlas показват, че времето на удвояване на генома спрямо двата варианта на единичен нуклеотид (SNVs) и малките CNAs е по-рано при видове рак с по-чести събития на удвояване, като яйчници, пикочен мехур и колоректален рак, в сравнение с тези с по-малко събития на удвояване на генома, като глиобластом и ясноклетъчен бъбречен карцином [60]. Това засилва идеята, че при някои видове рак тетраплоидно състояние е важен крайъгълен камък за последваща геномна аберация, докато в други може би е продукт на натрупването на други CNAs и загубата на поддръжка и възстановяване на ДНК.

В обобщение, чрез използване на връзките между соматичните събития е възможно да се извлече времето на събитията по време на еволюцията на тумора от единични проби. Въпреки това, тези подходи са приложени само към относително малки групи от отделни видове рак и все още има много да се научи от изследването на по-общи модели на еволюция на тумора, пан-рак.


Интегративна биология 200 Калифорнийския университет, Бъркли

„Принципи на филогенетиката“ обхваща основната теория и методология за сравнителна биология, с акцент както върху морфологията, така и върху молекулите, както и върху живите, и върху изкопаемите организми. Ние обхващаме как да изградим филогенетични дървета и как да ги използваме, за да отговорим на въпроси в области като екология, еволюция, развитие, функционална морфология, популационна генетика, опазване, биогеогеография, видообразуване и макроеволюция. Лабораториите са тясно интегрирани с лекциите и ще обхващат основните алгоритми и софтуер за прилагане на тези подходи.

Изискванията включват участие в дискусия, две викторини и курсов проект. В допълнение към писмен доклад под формата на публикация в списание, резултатите от проекта ще бъдат представени на мини-симпозиум в края на мандата. Ние насърчаваме студентите да се съсредоточат върху организмите, които изучават за дипломна работа или други изследвания, което прави този курс отличен начин за извършване на предварителни изследвания, подходящи за по-късни чернови на дипломни работи, заявки за финансиране и публикации.

Този клас се преподава само всеки друг пролетен семестър и е предназначен както за студенти, така и за напреднали студенти.

Текст:
Дървото мислене: Въведение във филогенетичната биология
от Дейвид Баум, Стейси Смит
1-во издание, публикувано от Робъртс и компания


Филогенетично дърво и хоризонтален трансфер на гени

Широко разпространено филогенетично дърво в другия термин се нарича еволюционно дърво. От термина можем да кажем, че става дума за връзката на напредъка между различни видове кучета, които са показани в диаграма на разклонение или диаграма, подобна на дърво. Таксоните, които са скицирани в диаграмата, съответстват на техните прилики и разлики във физическите и наследствени материали. Домашното животно на върха на дървото ще бъде модерното куче, което виждаме днес. Дървото обикновено се разклонява от един общ прародител в различни сортове, очаквани от фактор на околната среда или генна мутация. Така че кучетата, които произлизат от общ прародител, ще включват някои подобни черти сред тях и това се нарича хомология, която може да бъде както в състава, така и в генната последователност.

Хоризонталният генен трансфер се нарича още латерално генно копие (LGT), което означава, че наследствените материали от един вид се предават на друг тип, без да се извършва процедура на дублиране на потомството. Този процес е доста типичен сред бактериите, които дори смятат, че са невероятно далечни свързани помежду си. Страничните обмени на гени позволяват нарастването на лекарствената резистентност сред тях изключително бързо. Това е така, защото генът, който нивото на резистентност към определени лекарства е придобил от една бактерия, след това бързо ще прехвърли този ген към другите бактерии и този процес продължава и продължава. Въпреки че две много далечно свързани бактерии, но поради това, че бактериите винаги променят наследствения материал една с друга, филогенетичното дърво също предполага, че те са силно свързани.

От друга страна, ако наследственият материал се предава на следващото поколение, което означава от майка или баща на потомство, се нарича вертикален генен трансфер.

Генетичните материали се предават вертикално от тип 1 към тип 2 и след това вид 2 се предава на сортове 3 и така нататък се нарича вертикален генен трансфер. Но генетичният материал на потомството също може да бъде някакъв, който не е същият като техния прародител, това се дължи на мутация, а също и на хоризонтално генно копие между видовете.

Дарвин каза, че един вид се отклонява от прародител за дълго време и чрез естествен подбор едва тогава става съвременното същество, което забелязахме сега. Но от вкаменелостите, преди около 545 милиона години, се случва експлозив от диверсификация, което води до очевидна широк спектър от сложни, многоклетъчни организми. Голям брой животни от групата се появяват съвсем неочаквано и повечето от тях все още бихме могли да я открием днес и известна като Phylum, която се смесва в клоните на филгенетичното дърво. Поради естествения подбор, някои домашни животни, които нямат черта, която може да бъде благоприятна за околната среда, са изчезнали и можем да проследим само с вкаменелости.

Преди камбрийската експлозия е съществувала просто най-простата форма на организъм или едноклетъчен клетъчен организъм, но в резултат на промяна на фактора на околната среда, това води до облика на многоклетъчен организъм и друг екзоскелетен организъм, приписан на естествения подбор. Поради недостига на кислород в земята, домашният любимец не получава достатъчно въздух за метаболитни функции, поради което увеличаването на размера на кучето се инхибира. След камбрийската експлозия вниманието на кислорода и водата малко по малко се натрупва, създавайки настоящето на голямо и сложно животно. След като започна камбрийската експлозия, има увеличаване на континенталния шелф, образуват се плитки морета и се разширява разнообразието на околната среда. Това явление се дължи на факта, че суперконтинентът Гондвана се разбива на по-малка земя, което позволява на кучето да се съсредоточи и да причини отклонение между животните.

Тъй като тези сортове, които остават съществуващи, претърпяват различно ниво на развитие с течение на времето. Някои видове може би са напреднали много, но някои може би не са напреднали много. Примерът за видове, които са напреднали значително, е жирафът. Прародителят на жирафа всъщност е късата шия на китарата. Освен жирафа, има и други домашни животни, които ловят ниската растителност. С течение на времето долната растителност става все по-малко. Поради липсата на храна домашните любимци или животни трябва да се бият помежду си, за да оцелеят, така че жирафите започнаха да си набавят храна от по-висока растителност. Това е довело до развитието на жирафите, при които гърлото им става много по-дълго и по-дълго за дълъг период от време, което позволява на жирафите да стигнат до по-големите клони на дърветата, като по този начин могат да купуват храна и следователно да оцелеят, така че ще видите разклонение в дървото на живота за този вид. Поради фактора на околната среда се генерира специална черта, която не присъства в предшественика на жирафа и тези отделни предимства след това се предават и към следващата им технология, поради което се появява модерен жираф. Преодоляване на разликата между развитие и доверие (2009)

Другите видове, които се развиват много, са кучета. Прародителят на кучето всъщност е сив вълк и с други думи, куче, известно още като опитомен вълк. Значително развитото от сивкав вълк към куче също се дължи на фактора на околната среда. Вълчетата са били въведени в семейството на индивиди от ловци и са обучени от ловеца, отговаряйки на техните нужди. Тези безсмислени и опасни вълци ще бъдат унищожени и тези с препоръчителна черта вълци ще бъдат избрани за размножаване. Бавно, но сигурно, усетът, способностите и качествата на вълка на открито ще се променят, а също и свиването в пропорциите на зъба и общия размер ще намалее.

Докато от другата страна, има и някои видове, които не се развиват много, например са крокодилите. Обикновено един вид се развива поради някои промени в околната среда или за да се предпази от консумация от друго куче. Но изключителният човек, крокодилът се счита за на върха на хранителния шнур, така че те не се притесняват, че ще бъдат погълнати от други домашни любимци. Крокодилите са хладнокръвни влечуги, така че те са били полезни за околната среда, защото техните местообитания могат да поддържат, в блатата, а също и на сушата. Това им осигурява много начини за получаване на храна. Следователно, околната среда, начинът за получаване на храна или местообитанията също предоставят полезните за крокодилите, за да преминат през, така че не е необходимо да се правят значителни промени.

За съществуването на Дървото на живота ще остана неутрален. Причината, поради която избирам неутрално, защото вярвам, че колекцията от гени се предава от прародителя. Така че генът се кръстосва надолу, може би ще има някаква мутация или генен трансфер от другите сортове, което ще доведе до вариант във физическото или генното събиране сред домашния любимец. Но чрез изследване на генома на сортовете, ние всъщност можем да проследим техния прародител или откъде се е променил видът. Въпреки че някои видове може да изглеждат много различно, но може би показват хомоложната генна серия, следователно можем да знаем, че те всъщност идват от прародителя. следователно подкрепих дървото на живота може да се намери. Докато, тъй като археологът притежава, откриха някои изкопаеми данни за камбрийска експлозия, които установяват, че преди около 545 милиона години просто се появяват многоклетъчни организми и повечето от семейните домашни любимци се появяват по едно и също време. Така че това отменя доказаното, което споменах току-що, че сортовете са се подобрили от предшественик за продължителен период от време. Затова предпочитам да бъда неутрален.


За да се конструира филогенетично дърво чрез прилагане на принципите на пестеливостта към данните за молекулярната последователност, човек би: a. започнете, като правите предположения за вариациите в скоростта, с която се развиват различните сегменти на ДНК. б. групирайте заедно организми, които споделят най-голям брой последователности на предците. ° С. групирайте заедно организми, които споделят извлечени последователности, съпоставяйки групите с тези, определени от морфологични признаци. д. групирайте заедно организми, които споделят извлечени последователности, свеждайки до минимум броя на предполагаемите еволюционни промени. д. идентифицира извлечените последователности чрез изучаване на ембриологията на организмите.

За да се създаде филогенетично дърво чрез прилагане на принципите на пестеливостта към данните за молекулярната последователност, човек би трябвало:

а. започнете, като правите предположения за вариациите в скоростта, с която се развиват различните сегменти на ДНК.

б. групирайте заедно организми, които споделят най-голям брой последователности на предците.

° С. групирайте заедно организми, които споделят извлечени последователности, съпоставяйки групите с тези, определени от морфологични признаци.

д. групирайте заедно организми, които споделят извлечени последователности, свеждайки до минимум броя на предполагаемите еволюционни промени.

д. идентифицира извлечените последователности чрез изучаване на ембриологията на организмите.


Как да изградим туморно филогенетично дърво? - Биология

LICHEE: Бързо и мащабируемо извеждане на ракови линии с множество проби

LICHeE е комбинаторен метод, предназначен за реконструкция на дървета от клетъчни линии с множество проби и извеждане на субклоналния състав на дадените проби въз основа на честотите на вариантите на алелите (VAFs) на дълбоко секвенирани соматични единични нуклеотидни варианти (SSNV). Програмата приема като вход списък от SNV с определени VAF за проба и извежда изведеното(ите) дърво(я) на клетъчната линия и разлагането на пробата подклон. Той предоставя незадължителен прост GUI, който позволява на потребителите да взаимодействат динамично с дърветата.

На високо ниво изпълнението на LICHEE може да бъде разделено на следните стъпки: (1) SSNV извикване между входни проби, (2) SSNV клъстериране с помощта на VAFs (всяка група от SSNV, присъстващи в същия набор от проби, е групирана отделно), ( 3) изграждане на еволюционна ограничителна мрежа (където възлите са клъстерите, получени в стъпка (2), а ръбовете представляват валидни връзки по двойки), (4) търсене на родови дървета, вградени в мрежата, които удовлетворяват всички филогенетични ограничения, и (5) визуализация на изхода.

За повече информация относно алгоритъма, моля, вижте следната публикация:
Попик В, Салари Р, Хаджирасулиха I, Кашеф-Хагиги Д, Западен РБ, Бацоглу С.
Бързо и мащабируемо заключение на многопробни ракови линии. Биология на генома 2015, 16:91.

За най-добри резултати потребителите се съветват да проучат параметрите, изложени от метода, и да ги персонализират към техните специфични набори от данни. Стойностите по подразбиране за няколко параметъра са зададени доста консервативно, като се приемат шумни реални данни и облекчаването на тези прагове (особено при тестване върху симулирани данни) може да доведе до по-детайлни резултати. Например, понижаването на -maxClusterDist , което контролира свиването на близките клъстери, може да поръча допълнителни SSNV, като ги държи в отделни клъстери по подобен начин, понижаването на -minClusterSize до 1 ще запази единични SSNV клъстери в мрежата. Повече информация за настройката на параметрите е предоставена по-долу.

-изградете реконструкция на родово дърво

ОПЦИИ НА ВХОД/ИЗХОД И ДИСПЛЕЙ

-i <arg> Път на входния файл (задължително)
-o <arg> Път на изходния файл, където трябва да бъдат записани резултатите (по подразбиране: входно име на файла с суфикс .trees.txt)
-cp Входните данни представляват стойности за разпространение на клетките (CP) (за разлика от стойностите на VAF по подразбиране)
-sampleProfile Входният файл съдържа примерния профил на присъствие-отсъствие на SSNV (това ще деактивира стъпката за повикване на SSNV по подразбиране)
-n,--normal <arg> Идентификатор на колона за нормален пример в списъка с проби, базиран на 0 (напр. 0 е първата колона) (задължително*)
-clustersFile <arg> SSNV пътека към файла на клъстерите
-s,--save <arg> Максимален брой изходни дървета за запазване, ако има такива (по подразбиране: 1)
-showNetwork,--net Показва мрежата с ограничение
-showTree,--tree <arg> Показва най-високото класирано дърво(я) на родословието (по подразбиране: 0)
-color Разрешаване на визуализацията на дървото на родословието в цветен режим
-dot Активиране на експортирането на DOT файл на дървото с най-висока оценка за визуализация на Graphviz (записан по подразбиране във: входен файл с суфикс .dot)
-dotFile <arg> Път на файла DOT

SSNV филтриране и повикване

-maxVAFA отсъства,--отсъства <arg> Максимален VAF, за да се счита SSNV като силно отсъстващ от извадка (задължително*)
-minVAFPresent,--представете <arg> Минимален VAF, за да се счита SSNV като стабилно присъстващ в извадка (задължително*)
-maxVAFValid <arg> Максимално разрешен VAF в проба (по подразбиране: 0,6)
-minProfileSupport <arg> Минимален брой от здрав** SSNV, необходими за групов профил присъствие-отсъствие, за да бъде обозначен като стабилен по време на SNV повикване: SNV от нестабилни групи могат да бъдат преназначени към съществуващи стабилни групи (по подразбиране: 2)

* тези параметри са задължителни, освен ако не е посочена опцията -sampleProfile
** здравите SNV имат VAF < maxVAFA отсъства или > minVAFP присъства във всички проби

ИЗГРАЖДАНЕ НА ФИЛОГЕНЕТИЧНА МРЕЖА И ТЪРСЕНЕ НА ДЪРВЕТА

-minClusterSize <arg> Минимален брой SSNV, необходими за клъстер (по подразбиране: 2)
-minPrivateClusterSize <arg> Минимален брой SSNV, необходими за частен клъстер (т.е. със SSNV, срещащи се само в една извадка) (по подразбиране: 1)
-minRobustNodeSupport <arg> Минимален брой стабилни SSNV, необходими за възел, който да бъде етикетиран като стабилен по време на търсене на дърво: нездравите възли могат да бъдат премахнати от мрежата, когато не бъдат намерени валидни дървета на родословието (по подразбиране: 2)
-maxClusterDist <arg> Maximum mean VAF difference on average per sample up to which two SSNV clusters can be collapsed (default: 0.2)
-c,--completeNetwork Add all possible edges to the constraint network, by default private nodes are connected only to closest level parents and only nodes with no other parents are descendants of root
-e <arg> VAF error margin (default: 0.1)
-nTreeQPCheck <arg> Number of top-ranking trees on which the QP consistency check is run, we have not seen this check to fail in practice (default: 0, for best performance)

-v,--verbose Verbose mode, prints more information about each step of the algorithm
-h,--help Print program usage information

From the /release directory:

From the /release directory (for other command-line settings used on the ccRCC and HGSC datasets see the README file in the data/ directory):

#Show the top ranking tree

#Eliminate private clusters/nodes that have fewer than 2 SSNVs, show and save to file the top-ranking tree

#Reduce the VAF cluster centroid distance, which determines when the clusters are collapsed

LICHeE accepts three different file format types. The main file format is composed of a list of SSNVs with their associated VAF or CP values per sample: one SSNV entry per line.
The file contains the following header with fields separated by tabs:

For example (the following file contains 5 samples and 3 SSNVs):

Users can also optionally provide pre-computed SSNV calls per sample, by adding one more column to the above format before the sample frequency information, which can specify the binary presence-absence pattern of this SSNV across samples. For example, for a file with 5 samples, a pattern of 01001 implies that the SSNV was called in the second and fifth sample (column id 1 and 4, since we start counting at 0). In order to use this file type (and disable the default calling mechanism), users should include the -sampleProfile flag.
An example is shown below:

Finally, users can also specify pre-computed SSNV clustering information by providing an additional input file containing the clusters (with the corresponding centroid VAFs per sample and the member SSNVs): one cluster per line. The file should contain the following fields separated by tabs (corresponding to the primary SSNV input file):

For example (the following file contains 3 clusters for the SSNV example file shown above the SSNVs are specified as line numbers in the SSNV input file ignoring the header line, starting from 1):

The resulting trees and sample decomposition information produced by LICHeE can be written to a text file (using the -s option that specifies up to how many top trees should be saved it is recommended to evaluate all the trees that achieved the best score) and visualized via the interactive LICHeE Lineage Tree Viewer GUI (using the -showTree option that specifies how many trees should be displayed). It is also possible to export the best-scoring tree as a DOT file for Graphviz visualization (using the -dot or -dotFile options).

The GUI allows users to dynamically remove nodes from the tree, collapse clusters of the same SSNV group, and view information about each node (e.g. SSNV composition of cluster nodes or the subclone decomposition of sample nodes). The Snapshot button can be used anytime to capture the current state of the tree as a vector graphic PDF file (please note that it takes a bit of time to write out the image to file).

We currently support two display modes: plain (default) and color (enabled with the -color flag). In the color mode, each cluster node is assigned a unique color and each sample node is decorated with the colors corresponding to the clusters of mutations present in the sample. The sample is decomposed by color according to the (approximate) prevalence of each cluster in the sample. The contribution of a cluster to each sample is highlighted (in purple) when the cluster node is selected.

A few useful tips for working with the GUI: one or multiple nodes can be selected and dragged to the desired position, the size (zoom) and position of the graph can be adjusted using the trackpad.

Example 1. Visualization for ccRCC patient RK26

Display using Graphviz (Graphviz must be installed separately):

Example 2. Visualization for ccRCC patient RMH008

Plain mode simple look (withot -color flag):

Cluster node 10 is selected, sample constributions highlighted in purple.

Sample node R5 is selected, lineages highlighted in purple:

Parameter Tuning and Diagnostics

In some cases, LICHeE may not find a valid tumor lineage tree for an input dataset given a specific parameter setting. In some other cases, multiple alternative lineage trees might be valid under different parameter settings. Therefore, it is recommended to explore various parameters when analyzing a particular dataset.

For instance, since LICHeE uses a heuristic method to call SSNVs that heavily relies on the values of the -maxVAFAbsent and -minVAFPresent parameters, adjusting these parameters to reflect the expected noise levels in the data, or supplying pre-computed calls can be very useful. Furthermore, it might be useful to adjust the criteria for incorporating clusters into the constraint network. For example, clusters that contain only a few SSNVs are more likely to represent mis-called presence patterns and can be filtered out by increasing the -minClusterSize and -minPrivateClusterSize parameters. The parameter -minRobustNodeSupport (which determines how many robustly-called SSNVs are required for a node to be non-removable) can be increased to iteratively remove nodes from the network while no valid trees are found automatically. For very noisy data, the -e parameter can be increased to relax the VAF constraint enforcement (although this should be done sparingly). On the other hand, adjusting these parameters in the opposite direction can result in more granular trees and is advisable on less noisy datasets in order to get the most informative results.


Biodiversity and Evolutionary Trees

In this activity, students use DNA sequences from marine mollusks to construct phylogenetic trees. This activity uses mollusks as model organisms to introduce phylogeny and the importance of evolutionary relationships in modern taxonomy.

In Part 1, students learn how DNA can be used to study evolutionary relationships. Part 2 introduces an online software (MAFFT) for generating DNA sequence alignments and phylogenetic trees. In Parts 3 and 4, students build and explore phylogenetic trees of different mollusks. In the optional inquiry-based extension, students apply the techniques they’ve learned to explore evolutionary relationships among species of their choosing.

This activity was designed to accompany the Click & Learn Sorting Seashells, in which students construct an evolutionary tree of the same mollusk species based on morphological characteristics.


Гледай видеото: Ovo su Znakovi Koji Ukazuju da Rak Raste u Vašem Telu! Nemojte Ignorisati! (Февруари 2023).