À l’aide de l’analyse phylogénétique pour étudier l’origine de gènes eucaryotes

Séquences d’ADN ou d’ARN transportent l’information génétique pour les phénotypes sous-jacent qui peut être analysé par le biais de méthodes physiologiques et biochimiques ou observés par le biais de preuves morphologiques et fossiles. Dans un sens, l’information génétique est plus fiable qu’évaluation externes phénotypes parce que l’ancien est la base de ce dernier. Dans l’étude de l’évolution, les preuves fossiles est très directe et convaincante. Cependant, beaucoup d’organismes, tels que les micro-organismes, ont peu de chance de former un fossile au cours des âges géologiques depuis longtemps. Par conséquent, informations moléculaires comme des séquences de nucléotides et les séquences d’acides aminés provenant des organismes existants liés sont utiles pour explorer les relations évolutives¹. Dans la présente étude, une simple introduction de notions phylogénétique et un protocole facile à apprendre a été fournie pour les nouveaux arrivants qui ont besoin de construire un arbre phylogénétique de leur propre chef.

Peuvent servir pour déduire les relations phylogénétiques entre les gènes homologues, organites ou même les organismes²fois (nucléotides) de l’ADN et les séquences de protéines (acides aminés). Séquences d’ADN sont plus susceptibles d’être affectés par des changements au cours de l’évolution. En revanche, les séquences d’acides aminés sont beaucoup plus stables étant donné que les mutations synonymes dans des séquences de nucléotides ne causent pas de mutations dans les séquences d’acides aminés. Ainsi, des séquences d’ADN sont utiles pour la comparaison des gènes homologues des organismes étroitement liés, alors que les séquences d’acides aminés sont appropriés pour des gènes homologues d’organismes lointainement apparentés³.

Une analyse phylogénétique commence par l’alignement des acides aminés ou de séquences de nucléotides⁴ provient d’un génome annoté séquençage⁵ de la base de données listées dans format FASTA, c.-à-d., protéine putative ou exprimée séquences, séquences d’ARN , ou des séquences d’ADN. Il est à noter qu’il est essentiel de recueillir des séquences de haute qualité pour l’analyse, et des séquences homologues seulement peuvent être utilisés pour analyser les relations phylogénétiques. Nombreuses plates-formes comme Clustal W, Clustal X, Muscle, T-café, MAFFT, peut être utilisé pour l’alignement de la séquence. Le plus couramment utilisé est Clustal Omega^6,7 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/), qui peuvent être utilisés en ligne ou peut être téléchargé gratuitement gratuitement. L’outil d’alignement possède de nombreux paramètres que l’utilisateur peut ajuster avant de commencer l’alignement, mais les paramètres par défaut fonctionnent bien dans la plupart des cas. Une fois le processus terminé, les séquences alignées doivent être enregistrés dans un format adapté à l’étape suivante. Ils devraient ensuite être édités ou taillés à l’aide d’un logiciel de retouche, comme BioEdit, car construction d’arbres phylogénétiques de MEGA requiert les séquences de longueur égale (y compris les abréviations d’acides aminés et des traits d’Union. Dans la séquence alignée, n’importe quelle position sans nucléotides ou d’acides aminés est représentée par un trait d’Union «- »). En règle générale, tous les saillie acides aminés ou de nucléotides aux deux extrémités de l’alignement doivent être retiré. En outre, les colonnes contenant des séquences mal alignés dans l’alignement peuvent être supprimés car ils véhiculent des informations précieuses peu et peuvent donner parfois confuses ou fausses informations³. Les colonnes contenant un ou plusieurs traits d’Union peuvent être supprimés en ce moment ou dans l’ultérieurement de la construction de l’arbre. Alternativement, ils peuvent être utilisés pour le calcul phylogénétique. Lorsque l’alignement de séquences et la coupe est terminée, les séquences alignées doivent être enregistrés au format FASTA ou le format désiré, pour une utilisation ultérieure.

Nombreuses plates-formes logicielles fournissent les fonctions de construction arbre à l’aide des algorithmes ou des méthodes différentes. En général, les méthodes peuvent être classés comme méthodes de matrice de distance ou méthodes de données discrètes. Méthodes de matrice de distance sont simples et rapides pour calculer, tandis que les méthodes de données discrètes sont compliqués et fastidieux. Pour les taxons très proches avec un haut degré de partage de l’identité de séquence d’acides aminés ou de nucléotides, une méthode de matrice de distance (Neighbor Joining : NJ ; Méthode de groupe paire non pondérée avec la moyenne arithmétique : UPGMA) est appropriée ; pour les taxons lointainement apparentés, une méthode de données discrètes (Maximum de vraisemblance : ML ; Parcimonie : MP ; Inférence bayésienne) est optimale^3,,⁸. Dans cette étude, les méthodes de ML dans MEGA (6.0.6) et Inférence bayésienne (MrBayes 3.2) ont servi à construire des arbres phylogénétiques⁹. Idéalement, lorsque le bon modèle et les paramètres sont utilisés, les résultats provenant de différentes méthodes peuvent être compatibles, et ils sont donc plus fiables et plus convaincante.

Pour un arbre phylogénétique de ML, construit à l’aide de MEGA¹⁰, le fichier de séquence alignés au format FASTA doit être téléchargé dans le programme. La première étape consiste ensuite à sélectionner le modèle de substitution optimal pour les données téléchargées. Tous les modèles de substitution disponibles sont comparées basé sur les séquences téléchargées, et leurs notes finales seront montrés dans un tableau de résultats. Sélectionnez le modèle le plus petit score de critère BIC (Bayesian Information) (citées en premier dans la table), définir les paramètres de ML selon le modèle recommandé et démarrer le calcul. Le temps de calcul varie de plusieurs minutes à plusieurs jours, en fonction de la complexité des données chargées (longueur des séquences et du nombre de taxons) et les performances de l’ordinateur sur lequel les programmes sont exécutés. Une fois le calcul terminé, un arbre phylogénétique s’affichera dans une nouvelle fenêtre. Enregistrez le fichier sous « FileName.mat ». Après avoir configuré les paramètres pour spécifier l’apparence de l’arbre, sauver une fois de plus. En utilisant cette méthode, MEGA peut générer des chiffres de publication grade arbre phylogénétique.

Pour la construction d’arbre avec MrBayes¹¹, la première étape consiste à transformer la séquence alignée, ce qui est inscrit habituellement au format FASTA, en format de nexus (.nex comme type de fichier). Comment transformer des fichiers FASTA format nexus peut être traitée en MEGA. Ensuite, la séquence alignée sous forme de lien peut être téléchargée en MrBayes. Lorsque le fichier est téléchargé avec succès, spécifiez les paramètres détaillés pour le calcul de l’arbre. Ces paramètres incluent des détails tels que le modèle de substitution d’acides aminés, les taux de variation, nombre de chaîne de Markov chain Monte Carlo (MCMC) couplage, nombre de ngen, moyenne écart-type de répartition des fréquences et ainsi de suite. Après que ces paramètres ont été spécifiés, démarrer le calcul. En fin de compte, deux figures d’arbre en code ASC II, une montrant crédibilité de clade et les autres longueurs de branche montrant, s’affichera sur l’écran.

Le fruit de l’arbre sera automatiquement enregistré comme « FileName.nex.con ». Ce fichier d’arbre peut être ouverts et modifié par FigTree, et le chiffre affiché dans FigTree peut être modifié plus loin pour le rendre plus adapté pour la publication.

Dans cette étude, 228 protéines sucrées, dont 35 bonbons d’eucaryotes unicellulaires et 57 SemiSWEETs de procaryotes, ont été analysés à titre d’exemple. Les bonbons et les SemiSWEETs ont été caractérisées comme le glucose, le fructose ou transporteurs de saccharose à travers les membranes^12,13. L’analyse phylogénétique suggère que les deux domaines de MtN3/salive contenant des bonbons pourraient provenir d’une fusion évolutive d’un amer bactérienne et de l’ Archéen¹⁴.