Bài giảng Tin sinh học đại cương - Chương 5: Tiến hóa phân tử và cây phân loại

Bài giảng Tin sinh học đại cương - Chương 5: Tiến hóa phân tử và cây phân loại nêu lên khái niệm cây phân loài, nguồn gốc cây phân loài, các phương pháp xây dựng cây phân loài. Mời các bạn tham khảo bài giảng để bổ sung thêm kiến thức về lĩnh vực này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Tin sinh học đại cương - Chương 5: Tiến hóa phân tử và cây phân loạiTIN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG(Introduction to Bioinformatics)Chương 4:TIẾN HÓA PHÂN TỬ VÀ CÂY PHÂNLOÀIPGS.TS. Trần Văn LăngEmail: langtv@vast.vnAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD,VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY2Khái niệm•  Cây phân loài (Phylogenetictree) hay còn gọi là:•  Khái niệm cây phân loài•  Nguồn gốc cây phân loài•  Các phương pháp xâydựng cây phân loàiAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY–  Cây phả hệ–  Cây tiến hóa (Revolutionarytree)–  Cây phát sinh loài3Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY41•  Cây được dùng để mô hìnhhóa lịch sử tiến hóa thực tếcủa một nhóm các trình tựhay các sinh vật.Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY•  Đối tượng nghiên cứu truyềnthống của cây phân loài làbiểu diễn mối quan hệ tiếnhóa giữa các loài.5•  Khi biểu diễn trongcây phân loài6•  Các nút bên trong đôikhi còn được coi:–  n loài hiện tại đượcbiểu diễn ở n lá củacây–  Các nút bên trong (cácnhánh) đại diện chocác loài tổ tiên chungnay đã tuyệt chủngAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY–  Sự đại diện cho mộtnhóm các loài–  Một sự kiện riêng biệt7Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY82Biểu diễn cây có gốc•  Cách biểu diễn: có 2 dạng–  Cây có gốc (rooted tree)–  Cây không gốc (unrooted tree)•  Gọi là biểu diễn Phylip hay NEWICKAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY9Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY10Các biểu diễn cây không gốc•  Biểu diễn cây (A, (B, C)) và ((B, C), A) giốngnhau hoàn toàn.•  Theo tự nhiên, cây có nút gốc được vẽ từdưới lên.•  Tuy nhiên, khi biểu diễn cây có gốc thườngtừ đĩnh xuống hoặc từ trái sang phải.•  Cây không gốc được vẽ từ trung tâm đi ra.Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY11Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY123Ví dụ: cá sấu, …, chồnTrường hợp cây không gốc((Alligator,Bear),((Cow,(Dog,Elephant)),Ferret))((Alligator,Bear),(((Cow,Dog),Elephant),Ferret))Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY13((Alligator,Bear),((Cow,(Dog,Elephant)),Ferret))((Alligator,Bear),(((Cow,Dog),Elephant),Ferret))Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY14Phương pháp UPGMA•  UPGMA (Unweighted Pair Group Methodusing arithmetic Averages)•  Là phương pháp gom cụm không có trọng sốdùng trung bình số họcPHƯƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCHĐỂ TẠO CÂY PHÂN LOÀIAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY15Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY164Phương phápKhoảng cách trong cây phân loài•  Ma trận khoảng cách D = (dij) là ma trậntrong đó mỗi phần từ dij là khoảng cách giữa2 nút lá trong cây phân loài.•  Ngoài ra, trong cây phân loài, còn chỉ rõkhoảng cách giữa các nút lá và các nút bêntrong cây.•  Trên cơ sở khoảng cách giữa từng cặp trìnhtự, biểu diễn thành dạng ma trận khoảngcách•  Ma trận khoảng cách là ma trận đối xứng•  Trên cơ sở ma trận khoảng cách, tìm cáccụm gần nhất một cách lần lượtAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY17•  Khoảng cách dij trong ngữ cảnh tiến hóa thỏamãn các điều kiện sau đây:–  Tính đối xứng: dij = dji với mọi i, j–  Tính phân biệt: dij ≠ 0 nếu và chỉ nếu i ≠ j–  Bất đẳng thức tam giác: dij ≤ dik + dkj với mọi i, j, kAssoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY19Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY18•  Khoảng cách thỏa mãn các điều kiện trênđược gọi là một Metric (thước đo, độ đo).•  Ngoài ra, cơ chế tiến hóa có thể áp đặt cáchạn chế bổ sung trên khoảng cách như:–  khoảng cách additive (cộng thêm)–  khoảng cách ultrametric (siêu metric)Assoc. Prof. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY205