Name: A Practical Guide to Phylogenetics für Nichtexperten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-05T17:00:00.000+00:00
Duration: 12 min
Description: Erfahren Sie, wie Sie phylogenetische Bäume aus DNA- oder Proteinsequenzen rekonstruieren. Diese Schritt-für-Schritt-Anleitung zeigt Sequenzalignierung, Modellauswahl und Inferenz mit BLAST und weiteren Bioinformatik-Tools.

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Wir danken Mitglieder der O&#39;Halloran Labor für Kommentare zum Manuskript. Wir danken der George Washington University Department of Biological Sciences und Columbian College of Arts and Sciences für die Finanzierung der Maßnahmen D. O&#39;Halloran.

1. Grund Local Alignment Search Tool (BLAST): Online-Schnittstelle <ol><li> Klicken Sie auf diesen Link, um den BLAST ein Web-Server am National Center for Biotechnology Information (NCBI) zu besuchen. - <a href="http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi">http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi</a> (Abbildung 1). </li><li> Geben Sie einen formatierten Text FASTA Sequenz (siehe Abbildung 2 zum Beispiel) in das Suchfeld. </li><li> Klicken Sie auf den entsprechenden BLAST-Programms und entsprechende Datenbank oder einzelne Spezies von Interesse, bei der Suche zu verwenden und dann auf &quot;BLAST&quot;. Hinweis: FASTA formatierte Sequenz beginnt mit einem durch ein &quot;&gt;&quot;-Zeichen angegeben Beschreibungszeile. Die Beschreibung muss unmittelbar nach dem Zeichen &quot;&gt;&quot;, der Folge (dh. Nukleotide oder Aminosäuren), folgen Sie der Beschreibung auf der nächsten Zeile zu folgen. Die Ausgabe aus dem BLAST-Suche als HTML, Text, XML, oder schlagen ta angesehenBles (Text-oder CSV) mit der Standard-HTML-Set (Abbildung 3). </li></ol> 2. Grund Local Alignment Search Tool (BLAST): Lokale Executables <ol><li> Laden Sie die neuesten BLAST-Befehlszeile ausführbaren BLAST über diesen Link: <a href="ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/">ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/</a> - </li><li> em&gt; Für PC-Nutzer: Doppelklicken Sie auf die neueste Hoch win32.exe Datei und die Lizenzvereinbarung akzeptieren und klicken Sie auf installieren. Hinweis: Das Standardinstallationsverzeichnis ist C: ncbi-blast-2.2.27 +. </li><li> Konfigurieren Sie den PC-Umgebungsvariable wie folgt: <ol><li> Klicken Sie auf die PC-Schaltfläche &quot;Start&quot;, und dann rechts auf &quot;Computer&quot;, </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; und im Pop-up klicken Sie auf die Registerkarte &quot;Erweitert&quot; </li><li> Klicken Sie auf die &quot;Schaltfläche Umgebungsvariablen&quot;, und in der neuen Pop-up klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Neu&quot; unter the &quot;Benutzervariablen für den Benutzer&quot; Abschnitt </li><li> In dem Pop-up hinzufügen den Namen der Variablen &quot;Path&quot; und variablen Wert &quot;C: ncbi-blast-2.2.27 + bin. Hinweis: Das Verzeichnis bin enthält die ausführbare Datei (dh blastp etc.).. </li></ol></li><li> em&gt; Für Mac-Anwender: Öffnen Sie das Terminal-Programm (dieses nur geöffnet &quot;Finder&quot; zu tun und suchen &quot;Terminal&quot; und dies wird die &quot;Terminal&quot;-Symbol angezeigt). In das Terminal-Fenster-Typ: &gt; Ftp <a href="ftp://ftp.ncbi.nih.gov">ftp.ncbi.nih.gov</a> Hinweis: kann auch die URL oben im Beispiel für PC </li><li> Um die NCBI FTP-Site-Typ &quot;anonym&quot; für Name und Kennwort ein, und geben Sie dann zuzugreifen: &gt; Cd Explosion / ausführbare Dateien / AKTUELL </li><li> Listen Sie die ausführbaren Dateien durch Eingabe von: &gt; Ls </li><li> Holen Sie sich die neueste Version durch Eingabe des folgenden (oder was auch immer die neueste Version aktuell ist): 2; bekommen ncbi-blast-2.2.7-macosx.tar.gz </li><li> Beenden Sie die FTP-Server NCBI Website durch Eingabe von &quot;exit&quot;. </li><li> Entpacken Sie die heruntergeladenen Dateien durch Eingabe von: &gt; Tar-xzf ncbi-blast-2.2.7-macosx.tar.gz </li><li> Fügen Sie den Speicherort der Binärdateien für den Hoch ausführbare Datei, um Ihren Weg, so dass die Schale durch dieses Verzeichnis, wenn man für Befehle, indem Sie suchen: &gt; PATH = $ PATH: new_folder_location </li><li> Prüfen Sie, ob dieser Mehr die Lage, Ihren Weg durch Eingabe von: &gt; Echo $ PATH </li><li> Laden Sie eine vorformatierte BLAST-Datenbanken (die täglich aktualisiert werden), indem Sie hier klicken: <a href="ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/">ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/</a> </li><li> Legen Sie die Datenbank in den &quot;db&quot;-Ordner. </li><li> em&gt; Auf einem PC: Öffnen Sie eine MS-DOS-Eingabeaufforderung und wechseln Sie in das Verzeichnis der NCBI Blast-Ordner, indem Sie (um diese auf &quot;Start&quot; und geben Sie &quot;cmd&quot; in die Suchleiste zu tun): C: Users&gt; cd .. [bewegtbis einem Ordner] C: &gt; cd ncbi-blast-2.2.27 + Damit wird das Verzeichnis zu ändern: C: ncbi-blast-2.2.27 +&gt; </li><li> Erstellen Sie die Datenbank mit dem folgenden Befehl &quot;makedb&quot;: &gt; Makedb-in db / briggsae.fasta-dbtype prot-out db / briggsae Anmerkung: In dem folgenden Beispiel (Fig. 4) wird die Datenbank &quot;briggsae&quot; genannt und besteht aus einer Verbindungsgruppe aus dem Organismus Caenorhabditis briggsae besteht. </li><li> Erstellen Sie eine Abfrage Proteinsequenz namens &quot;test&quot; durch Einsetzen einer FASTA formatierten Text Protein-Sequenz in das &quot;db&quot;-Ordner. </li><li> Fragen Sie die Datenbank über eine blastp Suche, indem Sie den folgenden Befehl ein: &gt; Blastp-query db / test.txt-db db / briggsae-out text.txt </li><li> em&gt; Auf einem Mac: Laden Sie eine Datenbank für lokale BLAST-Suchen durch Zugriff auf den FTP-NCBI-Website nach den Anweisungen oben (Schritt 2.4) und dien-Typ: &gt; Lcd .. / Datenbanken / </li><li> Laden Sie die Genom-Sequenz von Interesse oder durch Eingabe von: &gt; Bekommen NC_ [Accession #]. Fna Anmerkung: &quot;. Fna&quot; bezieht sich auf die FASTA formatierte Nucleotidsequenz und &quot;FAA.&quot; Bezieht sich auf den FASTA formaAminosäureSequenzen. </li><li> Geben Sie &quot;Beenden&quot;, um die FTP-Site zu verlassen. </li><li> Stellen Sie die Datenbank durch Eingabe von: &gt; Makeblastdb-in db / mouse.faa-out-Maus-dbtype prot </li><li> Legen Sie eine formatierte FAST Abfrage-Sequenz in den Ordner &quot;bin&quot; und befragen Sie die Datenbank mit dem folgenden Befehl: &gt; Blastp-Abfrage &quot;Ihr query.fasta&quot;-db &quot;Datenbank&quot;-out results.txt </li></ol> 3. Generieren Multiple Sequence Alignments <ol><li> Klicken Sie auf diese Links, um häufig verwendete Multiple Sequenz Alignment (MSA) Programme zugreifen: ClustalW 6 <a href="http://www.clustal.org/">http://www.clustal.org/</a> Kalign 7 <a href="http://msa.sbc.su.se/cgi-bin/msa.cgi">http://msa.sbc.su.se/cgi-bin/msa.cgi</a> MAFFT 8,9 <a href="http://mafft.cbrc.jp/alignment/software/">http://mafft.cbrc.jp/alignment/software/</a> MUSCLE 10 <a href="http://www.drive5.com/muscle/">http://www.drive5.com/muscle/</a> T-Coffee 11 <a href="http://www.tcoffee.org/Projects/tcoffee/">http://www.tcoffee.org/Projects/tcoffee/</a> Probcons 12 <a href="http://toolkit.tuebingen.mpg.de/probcons">http://toolkit.tuebingen.mpg.de/probcons</a> </li><li> Klicken Sie auf diesen Link - <a href="http://tcoffee.crg.cat/apps/tcoffee/do:regular">http://tcoffee.crg.cat/apps/tcoffee/do:regular</a> - und Eingabe FASTA formatierten Sequenzdaten in das Suchfeld Hinweis: Die Ausgabe von T-Kaffee kann in Fig. 5 gesehen werden kann, sind ähnliche Rückstände Farbe codiert. </li><li> Laden Sie die Clustal MSA als Kommandozeilenversion (ClustalW) oder einer grafischen version (ClustalX), indem Sie auf diesen Link: <a href="http://www.clustal.org/clustal2/">http://www.clustal.org/clustal2/</a> - dann klicken Sie auf die entsprechende ausführbare (dh Win, Linux, Mac OS X). </li><li> Daten hochladen, wie FASTA formatierte Textfolge und ausrichten (Abbildung 6). </li></ol> 4. Bestimmen Best-Fit-Modelle Evolution <ol><li> Klicken Sie hier, um die ProtTest 13 Programm herunterladen: <a href="http://darwin.uvigo.es/our-software/">http://darwin.uvigo.es/our-software/</a> </li><li> Sobald ProtTest heruntergeladen ist, doppelklicken Sie auf die Datei ProtTest.jar </li><li> Sobald ProtTest gestartet wird, klicken Sie auf &quot;Datei auswählen&quot; und laden Sie die Sequenzdaten (Abbildung 7). </li><li> Dann klicken Sie auf &quot;Start&quot; und das Programm wird (Abbildung 8) beginnen. Hinweis: Nach Beendigung der Lauf (Abbildung 8), wird das Programm das beste Modell, basierend auf Kriterien angeben zB<html> &quot;Beste Modell nach AIC: WAG + I + G&quot; </li></ol> 5. Herleitung Sequence Based Phylogenien von Maximum-Likelihood-oder Bayes-Inferenz <ol><li> Heruntergeladene PhyML 4 hier: <a href="https://code.google.com/p/phyml/">https://code.google.com/p/phyml/</a> </li><li> Starten Sie die ausführbare durch Doppelklick auf die entsprechende Anwendung (dh phyml Windows phyml Linux, etc.) Und die Schnittstelle Fenster öffnet sich (Abbildung 9). </li><li> Laden Sie die Eingangssequenz als PHYLIP formatiert Sequenz durch Eingabe von: &gt; &quot;Dateiname&quot;. Phy Hinweis: Um zwischen Sequenzformate zu konvertieren, benutzen Sie die &quot;Readseq&quot; Web-Programm zur Verfügung - <a href="http://iubio.bio.indiana.edu/cgi-bin/readseq.cgi">http://iubio.bio.indiana.edu/cgi-bin/readseq.cgi</a> . </li><li> Starten Sie das Programm durch Eingabe von &quot;Y&quot;. </li><li> Laden Sie mrbayes 5 hier: rceforge.net / download.php &quot;&gt; http://mrbayes.sourceforge.net/download.php </li><li> Um das Programm, klicken Sie auf die ausführbare Datei starten und NEXUS formatiert Sequenzdaten lesen, in das Programm durch Eingabe von: &gt; Execute &quot;Dateiname&quot;. Nex </li><li> Stellen Sie die Evolutionsmodell. </li><li> Wählen Sie die Anzahl der Generationen, die von der Eingabe ausgeführt wird: &gt; Mcmcp ngen = 1000000 [Dies legt die Anzahl der Generationen, 1000000] &gt; Sumpf Burnin = 10000 [dies wird die Burnin 10000] </li><li> Speichern Sie die Zweiglängen in der Ergebnisdatei, indem Sie: &gt; Mcmcp savebrlens = yes </li><li> Führen Sie die Analyse durch Eingabe von: &gt; Mcmc </li><li> Fassen Sie die Bäume mit dem Befehl &quot;SUMT&quot;. </li></ol> 6. Visualisierung Phylogenien <ol><li> Sehen Sie sich eine Liste der Baum-Viewer-Programme hier: <a href="http://www.treedyn.org/overview/editors.html">http://www.treedyn.org/overview/editors.html</a> </li><li> Laden Sie die TreeView 14 progrbin hier: <a href="http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html">http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html</a> </li></ol>

<ol><li>Altschul, S. F., Carroll, R. J., Lipman, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weights+for+data+related+by+a+tree%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Weights for data related by a tree.</a> J. Mol. Biol. 207 (4), 647-653 (1989).</li>
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<li>Chevenet, F., Brun, C., Banuls, A. L., Jacq, B., Christen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TreeDyn%3A+Towards+dynamic+graphics+and+annotations+for+analyses+of+trees%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">TreeDyn: Towards dynamic graphics and annotations for analyses of trees.</a> BMC Bioinformatics. 7, 439 (2006).</li>
</ol>

Wir haben nichts zu offenbaren.

Unsere Hoffnung für diesen Artikel ist, dass es als Ausgangspunkt dienen, um Forscher und Studenten, die neu für phylogenetics sind zu führen. Genomsequenzierungsprojekte sind günstiger geworden in den letzten Jahren und in der Folge die Nachfrage der Nutzer nach dieser Technologie nimmt zu, und jetzt ist die Produktion von großen Datenmengen Sequenz ist alltäglich in kleinen Labors. Diese Datensätze bieten oft Forscher mit Gruppen von Genen, die eine phylogenetische Rahmen benötigen, um zu beginnen, um ihre Funktion zu...

Um zu verstehen, wie sich zwei (oder mehr) Spezies entwickelt, ist es zunächst erforderlich, Sequenz oder morphologische Daten von jeder Probe zu erhalten, diese Daten darstellen Mengen, die wir nutzen können, um ihre Beziehung durch evolutionäre Raum zu messen. Genau wie bei der Messung der Luftlinie, mit mehr Daten zur Verfügung (z. B. Meilen, Zoll, Mikrometer) wird zu einer genaueren Messung gleichzusetzen. Ergo, die Genauigkeit, mit der ein Forscher kann evolutionäre Distanz abzuleiten ist stark durch das Volumen der informativen Daten, um Beziehungen zu messen beeinflusst. Darüber hinaus, weil verschiedene Proben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und durch unterschiedliche Mechanismen zu entwickeln, die Methode, die wir verwenden, um die Beziehung zwischen zwei Taxa messen auch direkten Einfluss auf die Richtigkeit der Evolutionsmessungen. Dadurch, dass evolutionären Beziehungen sind nicht direkt beobachtet, sondern aus Sequenz oder morphologischen Daten, das Problem der Ableitung evolutionären extrapoliertBeziehungen zu einem der Statistik. Phylogenetics ist der Zweig der mit der Anwendung statistischer Modelle, Muster der Evolution, um optimal zu rekonstruieren, die evolutionäre Geschichte zwischen Taxa betroffenen Biologie. Diese Rekonstruktion zwischen Taxa wird als der Taxa der Stammesgeschichte bezeichnet. Um zu helfen, die Lücke im Fachwissen zwischen Molekularbiologen und Evolutionsbiologen beschreiben wir hier eine Schritt für Schritt-Pipeline zur Ableitung Phylogenien aus einer Menge von Sequenzen. Erstens haben wir ausführlich die Schritte im Datenbankabfrage, die Basic Local Alignment Search Tool (BLAST-1)-Algorithmus über die Web-basierte Schnittstelle und auch mit lokalen Executables beteiligt, dies ist oft der erste Schritt bei der Erlangung einer Liste von ähnlichen Sequenzen an einen unbekannten Abfrage, obwohl einige Forscher vielleicht auch an der Sammlung von Daten für eine einzelne Gruppe über Web-Schnittstellen wie Phylota (http://www.phylota.net/). BLAST ist ein Algorithmus für comparing primären Aminosäure-oder Nukleotid-Sequenzdaten mit einer Datenbank von Sequenzen für &quot;Hits&quot;, der die Abfragesequenz ähneln suchen. Das BLAST-Programm wurde von Stephen Altschul et al ausgelegt. an der National Institutes of Health (NIH) ein. Die BLAST-Server besteht aus einer Reihe verschiedener Programme, und hier ist eine Liste von einigen der häufigsten BLAST-Programme: i) Nukleotid-Nukleotid-BLAST (blastn): Dieses Programm erfordert eine DNA-Sequenz-Eingang und gibt die meisten ähnliche DNA-Sequenzen aus der DNA-Datenbank, die der Benutzer angibt (z. B. für einen bestimmten Organismus). ii) Protein-Protein-BLAST (blastp): Hier gibt der Benutzer eine Proteinsequenz und das Programm kehrt die ähnlichsten Proteinsequenzen aus der Proteindatenbank, die der Benutzer angibt. iii) Position-Specific Iterative BLAST (PSI-BLAST) (blastpgp): Die Benutzereingabe ist ein protein Sequenz, die eine Reihe von eng verwandten Proteinen gibt, und aus diesem Datensatz eine konservierte Profil erzeugt. Als nächstes wird eine neue Abfrage wird unter Verwendung nur dieser konservierten &quot;Motive&quot;, die verwendet wird, um ein Protein-Datenbank abzufragen erzeugt und dieses liefert eine größere Gruppe von Proteinen aus dem ein neuer Satz von konservierten &quot;Motive&quot; extrahiert und dann verwendet, um ein Protein-Datenbank abzufragen, bis eine noch größere Reihe von Proteinen werden erneut abgestimmt und ein anderes Profil erzeugt wird, und der Vorgang wiederholt. Indem verwandten Proteinen in der Abfrage in jedem Schritt dieses Programm ermöglicht dem Benutzer, die mehr divergierenden Sequenzen zu identifizieren. iv) Nukleotid-6-Frame-Übersetzung-Protein (blastx): Hier stellt der Benutzer eine Nukleotid-Sequenz-Eingang, der in die sechs-konzeptionellen Rahmen Translationsprodukte (dh umgewandelt wird, beide Stränge) gegen eine Proteinsequenz-Datenbank.. v) 6-Nucleotid-Nucleotid-Frame-Übersetzung6-Raster-Translation (tblastx): Dieses Programm nimmt eine DNA Nukleotidsequenz Eingang und wandelt die Eingabe in allen sechs Rahmen Translation der Produkte, die sie gegen die sechs-Rahmen-Übersetzung einer Nukleotidsequenz-Datenbank vergleicht. vi) Protein-Nukleotid-6-Raster-Translation (tblastn): Dieses Programm verwendet eine Proteinsequenz Eingangs gegen alle sechs Leseraster einer Nukleotidsequenz-Datenbank zu vergleichen. Weiter beschreiben wir häufig verwendete Programme zur Erzeugung eines Multiple Sequenz Alignment (MSA) aus einer Sequenz-Datensatz, und dies wird durch eine Benutzerführung, um Programme, die die Best-Fit-Modelle der Evolution für eine Sequenz-Datensatz zu bestimmen gefolgt. Die phylogenetische Rekonstruktion ist ein statistisches Problem, und aus diesem Grund, müssen phylogenetischen Methoden, um einen statistischen Rahmen zu integrieren. Diese statistischen Rahmen wird ein Evolutionsmodell, das Sequenzänderung innerhalb des Datasets enthält. Dieser evolutionäre model ist aus einer Reihe von Annahmen über den Prozess der Nukleotid-oder Aminosäure-Substitutionen umfasst und die Best-Fit-Modell für eine bestimmte Datenmenge kann durch statistische Tests ausgewählt werden. Die Anpassung an die Daten der verschiedenen Modelle können über Likelihood Ratio Tests (LRT) oder Informationskriterien, um die Best-Fit-Modell innerhalb einer Reihe von möglichen zu wählen verglichen werden. Zwei gemeinsame Informationskriterien sind das Akaike Informationskriterium (AIC) 2 und die Bayes-Informationskriterium (BIC) 3. Sobald eine optimale Ausrichtung erzeugt wird, gibt es viele verschiedene Methoden, um eine phylogeny aus den ausgerichteten Daten. Es gibt zahlreiche Methoden zur Ableitung evolutionären Beziehungen; breit sind, können sie in zwei Kategorien unterteilt werden: abstandsbasierten Verfahren und sequenzbasierte Methoden. Distanz-basierte Methoden berechnen paarweisen Abstände von Sequenzen, und verwenden Sie diese Abstände, um den Baum zu erhalten, dann. Sequenz-basierte Methoden verwenden das Sequenz-Alignment direkt, und in der Regel suchen die tree Raum mit einem Optimalitätskriterium. Wir skizzieren zwei Sequenz-basierte Methoden zur Rekonstruktion von Verwandtschaftsbeziehungen: das sind PhyML 4, die das Maximum-Likelihood-Framework implementiert und mrbayes 5, die Bayes-Markov-Chain-Monte-Carlo-Inferenz verwendet. Wahrscheinlichkeit und Bayes-Methoden liefern eine statistischen Rahmen für phylogenetische Rekonstruktion. Durch die Bereitstellung von Informationen über Benutzer häufig verwendete Baum-Gebäude-Tools, führen wir den Leser auf die notwendigen Daten erforderlich, um Verwandtschaftsverhältnisse zu schließen.

<table><tbody><tr><td>BLAST-Webseite&nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi">http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi</a></td></tr><tr><td>BLAST ausführbare Dateien&nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/">ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/</a></td></tr><tr><td>Vorformatierte BLAST-Datenbanken</td><td></td><td></td><td><a href="ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/">ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/</a></td></tr><tr><td>Clustal</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.clustal.org/ ">http://www.clustal.org/</a></td></tr><tr><td>Kalign</td><td></td><td></td><td><a href="http://msa.sbc.su.se/cgi-bin/msa.cgi">http://msa.sbc.su.se/cgi-bin/msa.cgi</a></td></tr><tr><td>MAFFT</td><td></td><td></td><td><a href="http://mafft.cbrc.jp/alignment/software/">http://mafft.cbrc.jp/alignment/software/</a></td></tr><tr><td>MUSKEL</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.drive5.com/muscle/">http://www.drive5.com/muscle/</a></td></tr><tr><td>T-Coffee</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.tcoffee.org/Projects/tcoffee/">http://www.tcoffee.org/Projects/tcoffee/</a></td></tr><tr><td>PROBCONS</td><td></td><td></td><<td>a href="http://toolkit.tuebingen.mpg.de/probcons">http://toolkit.tuebingen.mpg.de/probcons&nbsp; </a></td></tr><tr><td>Se-Al&nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="http://tree.bio.ed.ac.uk/software/seal/">http://tree.bio.ed.ac.uk/software/seal/</a></td></tr><tr><td>BSEdit&nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.bsedit.org/">http://www.bsedit.org/</a></td></tr><tr><td>JalView</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.jalview.org/">http://www.jalview.org/</a></td></tr><tr><td>SeaView</td><td></td><td></td><td><a href="http://pbil.univ-lyon1.fr/software/seaview.html">http://pbil.univ-lyon1.fr/software/seaview.html</a></td></tr><tr><td>ProtTest& nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="https://code.google.com/p/prottest3/">https://code.google.com/p/prottest3/</a></td></tr><tr><td>Java Laufzeit&nbsp;</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.java.com/en/download/chrome.jsp">http://www.java.com/en/download/chrome.jsp</a></td></tr><tr><td>Readseq</td><td></td><td></td><td><a href="http://iubio.bio.indiana.edu/cgi-bin/readseq.cgi">http://iubio.bio.indiana.edu/cgi-bin/readseq.cgi</a></td></tr><tr><td>jModelTest</td><td></td><td></td><td><a href="https://code.google.com/p/jmodeltest2/">https://code.google.com/p/jmodeltest2/</a></td></tr><tr><td>PhyML</td><td></td><td></td><<td>a href="https://code.google.com/p/phyml/">https://code.google.com/p/phyml/</a></td></tr><tr><td>MrBayes</td><td></td><td></td><td><a href="http://mrbayes.sourceforge.net/download.php">http://mrbayes.sourceforge.net/download.php</a></td></tr><tr><td>TreeView</td><td></td><td></td><td><a href="http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html">http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html</a></td></tr><tr><td>TreeDyn</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.treedyn.org/">http://www.treedyn.org/</a></td></tr></tbody></table>

a practical guide to phylogenetics für nichtexperten

A Practical Guide to Phylogenetics for Nonexperts

Viele Forscher, auf unglaublich vielfältige Schwerpunkte sind die Anwendung phylogenetics, ihre Forschungs Frage (n). Allerdings sind viele Forscher neu in diesem Thema und so präsentiert sie inhärente Probleme. Hier erstellen wir eine praktische Einführung in phylogenetics für Nichtexperten. Wir skizzieren in einer Schritt-für-Schritt-Weise, eine Pipeline für die Erzeugung zuverlässiger Phylogenien Gensequenz von Datensätzen. Wir beginnen mit einem Benutzer-Leitfaden für Ähnlichkeitssuche über Online-Tools, Schnittstellen sowie lokale ausführbare Dateien. Weiter, wir Programme zur Erzeugung von multiplen Sequenz-Alignments, gefolgt von Protokollen für die Verwendung von Software, um Best-Fit-Modelle der Evolution bestimmen, zu erkunden. Wir skizzieren dann Protokolle für die Rekonstruktion phylogenetischen Beziehungen über Maximum-Likelihood-und Bayes-Kriterien zu beschreiben und schließlich Werkzeuge zur Visualisierung von Stammbäumen. Zwar ist dies keineswegs eine erschöpfende Beschreibung der phylogenetischen Ansätze, tut es dem Leser praktische Start informatIonen auf die wichtigsten Software-Anwendungen häufig von phylogeneticists genutzt. Die Vision für diesen Artikel wäre, dass es könnte als praktisches Trainingsgerät für Forscher sie sich auf phylogenetische Studien dienen und dienen auch als pädagogische Ressource, die in einem Klassenzimmer oder Lehrlabor aufgenommen werden könnte.

Die Suche nach Ähnlichkeiten zu einer Abfrage ermöglicht es den Forschern, um eine mögliche Identität, neue Sequenzen zuschreiben und auch schließen, Beziehungen zwischen Sequenzen. Die Datei Eingangstyp für BLAST ist ein FASTA formatierten Text-Sequenz oder GenBank-Zugangsnummer. FASTA formatierte Sequenz beginnt mit einem durch ein &quot;&gt;&quot;-Zeichen (Abbildung 2) angegeben Beschreibungszeile. Die Beschreibung muss unmittelbar nach dem Zeichen &quot;&gt;&quot;, der Folge (dh....

Hier beschreiben wir eine Schritt-für-Schritt-Pipeline zum Erzeugen von zuverlässigen Phylogenien von Nukleotid-oder Aminosäuresequenz Datensätze. Dieser Leitfaden soll den Forschern oder Studenten neue phylogenetische Analyse dienen.

A Practical Guide to Phylogenetics für Nichtexperten

Many researchers, across incredibly diverse foci, are applying phylogenetics to their research question(s). However, many researchers are new to this ...

Das übergeordnete Ziel dieses Artikels besteht darin, einen zuverlässigen phylogenetischen Baum aus DNA- oder Proteinsequenzen zu rekonstruieren. Dies wird erreicht, indem zunächst mithilfe von Blast-Programmen am NCBI ähnliche Sequenzen identifiziert werden. Der zweite Schritt besteht darin, ähnliche Sequenzen auszurichten.Anschließend wird das bestpassende Evolutionsmodell aus der Alignierung bestimmt. Der letzte Schritt besteht darin, die phylogenetischen Beziehungen aus den alignierten Sequenzen abzuleiten. Letztendlich dient die schrittweise Pipeline dazu, zu veranschaulichen, wie Nutzer von Sequenzdaten zu verlässlichen Phylogenien gelangen können.Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in verschiedenen Bereichen zu beantworten, indem sie Identität und Funktion neuartiger Sequenzen erschließt. Um die Online-Version des Basic Local Alignment Search Tool oder BLAST zu nutzen, navigieren Sie zum National Center for Biotechnology Information oder NCBI BLAST-Webserver. Klicken Sie auf das entsprechende BLAST-Programm.Geben Sie eine im FASTA-Format vorliegende Textsequenz, wie die hier gezeigte, in das Abfragefeld ein. Klicken Sie das geeignete BLAST-Programm für die Suche an und danach BLAST. Die Ausgabe erfolgt standardmäßig im HTML-Format und zeigt die Sequenzen an, die der Eingabesequenz am ähnlichsten sind.Im nächsten Abschnitt wird die Verwendung eines lokalen Blast-Programms unter Windows und Mac behandelt. Benutzer können zum folgenden Abschnitt mit dem Titel Blast-Local-Programme für Macs x springen. Um das Blast-Befehlszeilenprogramm auf einer Windows-Maschine auszuführen, laden Sie das entsprechende Windows-Programm von der NCBI-Blast-Website herunter.Nach der Installation des Blast-Programms konfigurieren Sie die Umgebungsvariable des PCs wie folgt: Klicken Sie auf die Startschaltfläche des PCs und dann mit der rechten Maustaste auf „Computer“. Klicken Sie anschließend auf „Eigenschaften“. Wählen Sie im neuen Fenster die erweiterten Systemeinstellungen aus, und klicken Sie im Reiter „Erweitert“ des neuen Pop-up-Fensters auf die Schaltfläche „Umgebungsvariablen“.Danach im Bereich der Benutzervariablen die Schaltfläche „Neu“ klicken. Im daraufhin erscheinenden Popup-Fenster den Variablennamen „path“ und den hier gezeigten Variablenwert hinzufügen. Als Nächstes eine vorformatierte Blast-Datenbank herunterladen, die täglich von der NCBI-Website aktualisiert wird, oder ein Genom für einen bestimmten Organismus.Öffnen Sie dann eine MS-DOS-Eingabeaufforderung, indem Sie auf Start klicken und CMD in die Suchleiste eingeben, und wechseln Sie zum NCBI-Blast-Ordner. Erstellen Sie die Datenbank mithilfe des hier gezeigten Befehls „Make blast DB“. Erstellen Sie eine abzufragende Proteinkontrollsequenz namens test, indem Sie eine proteinogene Textsequenz im FASTA-Format in den DB-Ordner einfügen.Danach die am stärksten ähnlichen Sequenzen zum Testprotein identifizieren, indem die Datenbank über einen blast-P-Abfragebefehl durchsucht wird. Der folgende Abschnitt wiederholt diese Informationen für Mac-Nutzer. Windows-Nutzer können direkt zum Abschnitt fünf springen, in dem multiple Sequenzalignments erstellt werden.Um das Blast-Befehlszeilenprogramm auf einem Mac auszuführen, laden Sie das entsprechende MAC-Exemplar herunter, indem Sie über Fernzugriff auf die N-C-B-I-F-T-P-Website zugreifen. Öffnen Sie dazu den Finder und suchen Sie im Terminalfenster nach „Terminal“. Geben Sie in das Terminalfenster die FTP-Adresse der N-C-B-I-F-T-P-Website ein. Geben Sie als Namen und Passwort „anonymous“ ein und anschließend „CD blast slash executables slash latest“.Listen Sie die ausführbaren Dateien auf, indem Sie LS eingeben, und laden Sie die neueste Version herunter, die Ihren Systemanforderungen entspricht, indem Sie Folgendes eingeben. Entpacken Sie nun die heruntergeladenen Dateien. Fügen Sie anschließend den Speicherort der Binärdateien für die Blast-Ausführbare zu Ihrem Pfad hinzu, damit die Shell dieses Verzeichnis durchsuchen kann.Beim Suchen nach Befehlen laden Sie eine vorformatierte Blast-Datenbank oder ein Genom von der NCBI-Website herunter. Durchsuchen Sie das Genomverzeichnis, indem Sie „CD genomes“ eingeben. Laden Sie anschließend das gewünschte Genom oder die gewünschte Sequenz wie folgt herunter und geben Sie dann „quit“ ein, um die FTP-Seite zu verlassen.Als Nächstes erstellen Sie die Datenbank, indem Sie den Befehl „Make Blast DB“ eingeben. Fügen Sie eine in FASTA-Format vorliegende Abfragesequenz in den Bin-Ordner ein und durchsuchen Sie die Datenbank mit dem Befehl „blast P query“, um die der Testsequenz am ähnlichsten Sequenz zu finden. Zu den gängigsten Programmen für multiple Sequenzalignments (MSA) gehört Tea Coffee. Nachdem Sie die in FASTA-Format vorliegenden Sequenzdaten in das Abfragefeld auf der Tea-Coffee-Website eingegeben haben, zeigt die Ausgabe ähnliche Reste durch eine Farbkodierung an.Ein weiteres häufig verwendetes MSA-Programm ist Clusteral MSA, das als Befehlszeilenversion CLUSTERAL W oder als grafische Version CLUSTERAL X für verschiedene Betriebssysteme heruntergeladen werden kann. Als Nächstes laden Sie die Daten in das Clusteral-Programm als schnell formatierten Sequenztext, indem Sie den Dateireiter auswählen. Danach klicken Sie auf die Schaltfläche „Sequenzen laden“.Wechseln Sie nun zum Register „Align“ und klicken Sie auf die Schaltfläche „Do complete alignment“, um die Sequenzen für ein bestes Anpassungsmodell der Evolution auszurichten. Laden Sie das Protest-Programm herunter. Sobald Protest heruntergeladen ist, doppelklicken Sie auf Protest.Wenn der Protest gestartet wurde, klicken Sie im Ausrichtungsfeld auf „Datei auswählen“, um die Sequenzdaten zu laden. Klicken Sie anschließend auf „Start“, um das Programm auszuführen. Nach Abschluss des Durchlaufs zeigt das Programm das beste Modell basierend auf den Kriterien zur Ableitung von Sequenzen an.Nachdem Sie Phi ML heruntergeladen und gestartet haben, laden Sie die Eingabesequenz als Datei im lip-Format, indem Sie den Dateinamen und PY eingeben. Starten Sie dann das Programm, indem Sie y eingeben. Nachdem Sie ein bayessches Inferenzprogramm von der MrBayes-Website heruntergeladen haben, starten Sie das Programm, indem Sie auf die ausführbare Datei klicken. Lesen Sie dann die Sequenzdaten im Nexus-Format in das Programm ein, indem Sie „execute“ gefolgt vom Dateinamen und „.NEX“ eingeben.Als Nächstes legen Sie das evolutionäre Modell fest und wählen die Anzahl der Durchläufe aus. Nachdem Sie die Analyse mit dem Befehl mc mc durchgeführt haben, fassen Sie die Bäume mit dem Befehl sum T zusammen, um einen phylogenetischen Baum anzuzeigen. Laden Sie das Programm zur Baumdarstellung herunter.Als abschließender Hinweis sei erwähnt, dass kontinuierlich neue Software-Versionen veröffentlicht werden, die bessere Alignments, Ähnlichkeitsvorhersagen oder phylogenetische Bäume ermöglichen sollen. Obwohl der Überblick in diesem Video gängige Programme abdeckt, wird der Betrachter ermutigt, zusätzliche Optionen zu erkunden. Der Blast-Algorithmus führt lokale Alignments durch, bei denen nach kurzen Abschnitten sequenzieller Ähnlichkeit gesucht wird.Nachdem der Algorithmus alle möglichen Abschnitte der Abfragesequenz ermittelt und diese Sequenzen maximal verlängert hat, setzt er die Alignments zusammen. Für jedes Paar von Abfragesequenzen gibt der E-Wert einen Hinweis auf die statistische Signifikanz eines Treffers. Je niedriger der E-Wert, desto signifikanter ist der Treffer. Beispielsweise bedeutet eine Sequenzalignierung mit einem E-Wert von 0,05, dass die Wahrscheinlichkeit, dass diese Übereinstimmung allein zufällig auftritt, fünf von 100 beträgt. Der BIT-Score verwendet eine spezifische Bewertungsmatrix, um einen Hinweis darauf zu geben, wie gut die Alignierung ist. Je höher der BIT-Score, desto besser ist die Alignierung.Eine multiple Sequenzalignment oder MSA ist ein Sequenzalignment von drei oder mehr primären Sequenzen, die aus Aminosäuren, DNA oder RNA bestehen. Die Ausgabe des hier gezeigten MSA-Tee-Kaffee codiert ähnliche Reste farblich. Hier ist eine Beispielalignment von sechs Proteinsequenzen dargestellt, die mittels Cluster X für Aminosäure-Alignments ausgerichtet wurden.Das Programm protest dient dazu, die Auswahl der am besten passenden Modelle für Aminosäureaustausche zu bestimmen. Innerhalb der Daten listet das Programm die Modelle auf, während sie analysiert werden, und zeigt nach Abschluss des Programms das am besten passende Modell an. Phi ML schätzt die phylogenetischen Bäume nach dem Maximum-Likelihood-Verfahren anhand von Alignments von Nukleotid- oder Aminosäuresequenzen. Es berücksichtigt eine große Anzahl von Substitutionsmodellen, die mit verschiedenen Optionen zur Untersuchung des Baumtopologieraums gekoppelt sind.Mr.Bayes verwendet die bayessche CMC-Inferez über mehrere evolutionäre Modelle hinweg, um phylogenetische Beziehungen zu rekonstruieren. Sobald das Programm läuft, kann der Fortschritt in bestimmten Intervallen wie hier gezeigt verfolgt werden. Nachdem ein phylogenetischer Baum erzeugt wurde, muss die Topologie visualisiert werden.In dieser Abbildung zeigt das Baumansicht-Fenster eine Beispielstruktur von Proteinen aus fly.Base. Die Baumansicht umfasst einen Baum-Editor, der es dem Benutzer ermöglicht, Äste zu verschieben und Bäume neu zu ordnen. Bei Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Benutzeranleitungen für jedes Programm sorgfältig zu lesen.Dieses Protokoll bietet einen praktischen Einstieg, um dem Leser zu vermitteln, wie diese Programme funktionieren. Ich ermutige den Leser jedoch, mit den zahlreichen Einstellungen jedes Programms zu experimentieren und sich mit ihnen vertraut zu machen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Biology

Biologie

Die ITS2 Datenbank ist eine Werkbank für phylogenetische Schluß gleichzeitiger Berücksichtigung Sequenz und der Sekundärstruktur der internen transkribierten Spacer 2. Dazu gehören die Datenerfassung mit genauen Anmerkungen, die Vorhersage, multiples Sequenz-Alignment-Struktur und schnelle Berechnung Baum. Auf den Punkt gebracht, erleichtert es das erste Werkbank phylogenetische Analysen auf ein paar Klicks.

Die ITS2 Database

Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine Referenz für unterschiedliche Proteine in einer Gruppe zu entwickeln, die kohärente Kriterien für Nomenklatur und Klassifizierung fehlt. Dieser Verweis erleichtert die Analyse und Diskussion der Gruppe als Ganzes und kann neben etablierten Namen verwendet werden.

Erstellen und anwenden von einen Verweis zur Erleichterung der Diskussion und Klassifikation der Proteine in eine bunt gemischte Gruppe

Eine Methode des Konstruierens einer phylogenetischen Stammbaum basierend auf Sequenzhomologie von Süßigkeiten von Eukaryoten und SemiSWEETs von Prokaryoten wird beschrieben. Phylogenetische Analyse ist ein nützliches Werkzeug für die Erklärung der evolutionären Verwandtschaft zwischen Homologen Proteine oder Gene aus verschiedenen Organismengruppen.

Mit der phylogenetischen Analyse zu eukaryotischen Gens Herkunft untersuchen

Der Zweck dieses Protokolls ist es, die Evolution und Expression von Kandidatengenen anhand von RNA-Sequenzierungsdaten zu untersuchen.

Eine Bioinformatik-Pipeline zur Untersuchung der molekularen Evolution und Genexpression mit RNA-seq

Die Leitersprosse Walking Aufgabe ist es, eine neue Prüfung zur qualifizierten Fuß beurteilen und zu messen sowohl Vorderbein und Hinterbein platzieren, Stepping, und inter-Schenkel Koordination.

Die Leitersprosse Walking-Aufgabe: Ein Scoring-System und seine praktische Anwendung.

Genetische Inducible Fate Mapping (GIFM) markiert und verfolgt Zellen mit feinen räumlichen und zeitlichen...

A Practical Approach to Genetic Inducible Fate Mapping: A Visual Guide to Mark und Track Cells In Vivo</em

Wir beschreiben eine neue Methode zur Isolierung von genomischer DNA aus Vollblut für Plasma / Serologie gesammelt. Nach Plasma-Sammlung wird die verdichtete Blut in der Regel verworfen. Unsere neue Methode stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber bestehenden Verfahren und macht DNA und Plasma von einem einzigen Sammlung, ohne Anforderung zusätzlicher Blut.

Eine praktische und neuartige Methode, um genomische DNA aus Blutentnahme Kits Auszug für Plasma Protein Preservation

Das Schicksal einer einzelnen embryonalen Zelle kann durch vererbte Moleküle und / oder durch Signale von benachbarten Zellen beeinflusst werden. Mit Hilfe Schicksal Karten der Spaltung der Bühne Xenopus Embryos können einzelne Blastomeren für Kultur isoliert identifiziert werden, um die Beiträge der ererbten Moleküle gegenüber Zell-Zell-Interaktionen zu beurteilen.

Blastomere Explantate für das Schicksal der Zelle Engagement während der embryonalen Entwicklung Testen

V3-Workflow ist ein Western-Blot-Verfahren mit fleckenfreien Gelen. Die fleckenfreie Technologie ermöglicht es Forschern, die Proteintrennungsqualität zu visualisieren, die Übertragungseffizienz zu überprüfen und vor allem die Veränderung des von Interesse interessierten Proteins mithilfe der gesamten Proteinquantifizierung als zuverlässige Belastungskontrolle zu validieren.

V3 Stain-free Workflow für eine praktische, bequeme und zuverlässige Total Protein Loading Control in Western Blotting

Die Weiterentwicklung des Western Blotting mittels Fluoreszenz hat den Nachweis subtiler Veränderungen in der Proteinexpression ermöglicht, was quantitative Analysen ermöglicht. Hier beschreiben wir eine robuste Methodik zum Nachweis einer Reihe von Proteinen über eine Vielzahl von Spezies und Gewebetypen hinweg. Eine Strategie zur Überwindung häufiger technischer Probleme wird ebenfalls vorgestellt.

A Guide to Modern Quantitative Fluoreszenz Western Blot mit Strategien zur Fehlersuche

Erfahren Sie, wie Sie phylogenetische Bäume aus DNA- oder Proteinsequenzen rekonstruieren. Diese Schritt-für-Schritt-Anleitung zeigt Sequenzalignierung, Modellauswahl und Inferenz mit BLAST und weiteren Bioinformatik-Tools.

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