Relazioni evolutive

1. Formare un'Ipotesi Evolutiva Expand
   • NOTA: Un cladogramma è uno strumento importante per formare un'ipotesi evolutiva. Un cladogramma è un grafico a forma di albero utilizzato per rappresentare le ipotetiche relazioni genealogiche tra le specie. Le punte o le foglie della tabella rappresentano specie specifiche e i rami dell'albero sono di lunghezze diverse. Le diverse lunghezze rappresentano il grado di variazione tra ciascuna delle specie. L'antenato comune di tutte le specie da cui si dirama una linea specifica si trova in un nodo, dove i rami si intersecano. Le specie che condividono un nodo sono chiamate sister group.
   • Per iniziare, guarda il cladogramma vuoto fornito e fai un'ipotesi su dove dovrebbero essere posizionati gli animali assegnati sull'albero. Se non è stato fornito un cladogramma vuoto, per favore scaricane uno qui.
   • Successivamente, osserva l'immagine dell'animale fossilizzato.
   • Utilizzando la morfologia, o le caratteristiche fisiche, del fossile, fai un'ipotesi su dove dovrebbe essere posizionato sul tuo cladogramma. Aggiungi una nuova linea o un nuovo segno per indicare la posizione proposta per il fossile.
2. Confronto tra sequenze geniche utilizzando BLAST Expand
   • NOTA: Storicamente, i cladogrammi sono stati costruiti attraverso il confronto della morfologia. Ora, le sequenze genetiche possono anche essere confrontate tra specie di interesse per costruire cladogrammi. Le sequenze di DNA di solito non sono conservate nei fossili, quindi per questo laboratorio utilizzerai il database BLAST per confrontare le sequenze di DNA delle specie viventi che sono strettamente correlate al fossile con migliaia di altre specie viventi.
   • Prima di iniziare questo laboratorio, il tuo istruttore avrà scaricato le tre sequenze geniche conservate in una cartella sul tuo desktop.
   • Vai alla homepage di BLAST, che l'insegnante avrebbe dovuto lasciare aperta nel tuo browser, e fai clic su Strategie salvate dal menu nella parte superiore della pagina.
   • Fai clic su Apri sul file Evolutionary_Relationships_Gene1.txt.
   • Quindi, fai clic su Visualizza per andare alla pagina di ricerca di Standard Nucleotide BLAST. Dovresti essere in grado di vedere la sequenza del DNA nella casella Sequenza di query in alto a destra dello schermo.
   • Scorri fino alla fine dello schermo e fai clic sul pulsante BLAST. Nota: l'elaborazione e l'analisi dei dati richiederanno alcuni istanti.
   • Quando i dati sono stati elaborati, apparirà un riepilogo grafico. NOTA: la sequenza di query è rappresentata dalla linea blu nella parte superiore della casella. Ciascuna delle righe sotto la linea blu rappresenta un'altra sequenza nel database BLAST che corrisponde alla query. La lunghezza e la posizione di queste barre rappresentano dove e quanto della sequenza corrisponde alla query. Il colore della barra rappresenta il punteggio o l'identica sequenza alla query. Sotto il riepilogo grafico c'è l'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi, che contiene le descrizioni delle sequenze di DNA recuperate dal database che si allineano maggiormente con la frase di query. Questi sono elencati in ordine decrescente, dal più simile in alto al meno simile in basso. A destra, ci sono diverse statistiche su quanto sia strettamente correlata ogni sequenza di database alla sequenza sperimentale. Più alti sono i punteggi Max, Total, Query coverage e Identity, più la query e le sequenze recuperate sono simili tra loro. Allo stesso modo, più basso è il numero del valore E, meno è probabile che la corrispondenza delle sequenze sia stata trovata per caso e, più significativamente, l'allineamento è accurato. Un valore E pari a 0 indica una corrispondenza altamente significativa.
   • Clicca sul nome della descrizione dell'allineamento più simile elencato. Questo ti porterà più in basso nella pagina all'esatto allineamento della sequenza di DNA tra la sequenza recuperata e la sequenza di query.
   • Clicca sul numero ID della sequenza. Si aprirà una nuova scheda con informazioni più specifiche sulla sequenza genica recuperata.
   • Identifica e registra i nomi scientifici e comuni dell'organismo, che dovrebbero essere elencati accanto a Fonte.
   • Identifica e registra la proteina che il gene codifica, che dovrebbe essere elencata accanto a Definizione.
   • Chiudi la scheda e premi Indietro per tornare all'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi.
   • Quindi, ripeti i passaggi 7 – 9 per le successive sequenze più simili.
   • Dopo aver raccolto diversi nomi di specie, torna all'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi e fai clic su Seleziona: Tutto per selezionare tutte le caselle accanto ai nomi di ciascuna sequenza di allineamento elencata.
   • Clicca su Distanza dei risultati dell'albero per creare un filogramma basato sulla somiglianza di tutte le sequenze geniche dei risultati BLAST con la sequenza genica della query. Nota: la sequenza relativa ai fossili della query verrà evidenziata in giallo.
   • Registra la posizione della tua sequenza in relazione agli altri gruppi di taxon mostrati nell'albero.
   • Infine, torna alla scheda Strategie salvate e carica la prossima sequenza genica salvata.
   • Interroga le restanti due sequenze di DNA relativo fossile come precedentemente dimostrato (passaggi 1 – 16).
3. Expand
   • Sulla base dei risultati della tua sequenza genica, fai una seconda ipotesi su dove si inserisce il tuo esemplare fossile nel cladogramma originale.
   • Confronta questo posizionamento con la tua prima ipotesi.
   • Confronta il tuo albero con quello dei tuoi compagni di classe". Se qualcuno dei tuoi compagni di classe ha messo il fossile su un ramo diverso, chiedigli come è arrivato a quella decisione.

Uno strumento importante nella formazione di un'ipotesi evolutiva è la costruzione di un cladogramma, un grafico a forma di albero utilizzato per rappresentare le ipotetiche relazioni genealogiche tra le specie. In un cladogramma, le punte o le foglie del grafico rappresentano specie specifiche e i rami dell'albero sono di lunghezze diverse, per rappresentare il grado di cambiamento tra ogni specie. L'antenato comune di tutte le specie da cui si dirama una linea specifica si trova nel punto in cui i rami si intersecano ed è chiamato nodo.

Le specie che condividono un nodo sono chiamate sister group. In questo primo esercizio, ti è stata data una copia di questo cladogramma. Guardando i gruppi di animali nella figura, quale sarebbe la tua ipotesi su dove dovrebbero essere posizionati gli animali sull'albero?

Prenditi del tempo ora per compilare il cladogramma con la tua migliore ipotesi su dove si inserisce ogni animale. Ora, guardate questa immagine di un animale fossilizzato. In base alla morfologia, o alle caratteristiche fisiche del fossile, dove collocheresti questo animale sul tuo cladogramma?

Aggiungi una nuova linea o un nuovo segno per indicare la posizione proposta per il fossile. Sebbene storicamente i cladogrammi siano stati costruiti attraverso il confronto di somiglianze morfologiche e differenze tra le specie di interesse, un altro metodo per creare cladogrammi è quello di confrontare le sequenze genetiche tra le specie. Poiché le sequenze di DNA di solito non sono conservate nei fossili, in questo esperimento confronteremo le sequenze di DNA di specie viventi strettamente correlate al nostro fossile con quelle di migliaia di altre specie viventi utilizzando il database BLAST.

I risultati ci permetteranno di inserire il fossile nel cladogramma in base alla somiglianza del DNA. Prima di iniziare questo laboratorio, il tuo istruttore avrà scaricato le tre sequenze geniche conservate e queste dovrebbero essere memorizzate in una cartella sul desktop. Vai alla homepage di BLAST, che il tuo istruttore dovrebbe aver lasciato aperta nel tuo browser, e fai clic su Strategie salvate dal menu nella parte superiore della pagina.

In Carica strategia di ricerca, fai clic su Scegli file per cercare nel tuo computer le sequenze di DNA relative ai fossili, che dovrebbero trovarsi in una cartella sul desktop. Fare clic su Apri nel file di testo con il punto Evolutionary_Relationships_Gene1. Fare clic su Visualizza per accedere alla pagina di ricerca di Standard Nucleotide BLAST.

Dovresti essere in grado di vedere la sequenza del DNA nella casella Sequenza di query in alto a destra dello schermo. Scorri fino alla parte inferiore dello schermo e fai clic sul pulsante BLAST. Ci vorranno alcuni istanti per elaborare e analizzare i dati.

Una volta elaborati i dati, verrà visualizzato un riepilogo grafico. La sequenza di query è rappresentata dalla linea blu nella parte superiore della casella. Ciascuna delle righe sottostanti rappresenta un'altra sequenza nel database BLAST che corrisponde alla query.

La lunghezza e la posizione di queste barre rappresentano dove e quanto le sequenze corrispondono alla query. In questo caso, molte delle barre corrispondono all'intera sequenza di query per tutta la sua lunghezza, mentre alcune mancano un po' all'inizio della sequenza. Il colore della barra rappresenta il punteggio o l'identica delle sequenze alla query.

Sotto il riepilogo grafico è presente l'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi, che contiene le descrizioni delle sequenze di DNA recuperate dal database che si allineano maggiormente con la sequenza di query. Le sequenze sono elencate in ordine decrescente, dalla più simile in alto, alla meno simile in basso. A destra ci sono diverse statistiche su quanto sia strettamente correlata ogni sequenza di database alla sequenza sperimentale.

Più alti sono i punteggi Max, Total, Query coverage e Identity, più la query e le sequenze recuperate sono simili tra loro. Allo stesso modo, più basso è il numero del valore E, meno è probabile che la corrispondenza della sequenza sia stata trovata per caso e più significativamente l'allineamento è accurato. Qui noterai che tutti i valori E sono zero, il che significa che le corrispondenze sono tutte molto significative.

Fare clic sul nome della descrizione dell'allineamento più simile elencato. Questo ti porterà più in basso nella pagina all'esatto allineamento della sequenza di DNA tra la sequenza recuperata e la sequenza di query. Quindi, fai clic sul numero ID sequenza.

Si aprirà una nuova scheda con informazioni più specifiche sulla sequenza genica recuperata. Identificare e registrare i nomi scientifici e comuni dell'organismo, che dovrebbero essere elencati accanto a FONTE, e quindi la proteina che il gene codifica, che dovrebbe essere elencata accanto a DEFINIZIONE. Quindi, chiudi questa scheda e premi Indietro per tornare all'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi e ripeti questo processo per identificare e registrare queste stesse informazioni per le successive sequenze più simili.

Dopo aver raccolto diversi nomi di specie, torna all'elenco Sequenze che producono allineamenti significativi e fai clic su Seleziona:Tutto per selezionare tutte le caselle accanto ai nomi di ciascuna sequenza di allineamento elencata. Fare clic su Albero delle distanze dei risultati per creare un filogramma basato sulla somiglianza di tutte le sequenze geniche dei risultati BLAST con la sequenza genica query. La sequenza relativa ai fossili della query verrà evidenziata in giallo.

Registra la posizione della sequenza in relazione agli altri gruppi di taxon mostrati nell'albero. Infine, torna alla scheda Strategie salvate e carica la sequenza genica successiva, quindi interroga le altre due sequenze di DNA relative ai fossili come appena dimostrato. Sulla base dei risultati della sequenza genica, elabora una seconda ipotesi su dove si inserisce il tuo esemplare fossile nel cladogramma originale.

Confrontate questa collocazione con la prima ipotesi. Quanto sono simili i vostri alberi basati sul DNA e sulla morfologia nel posizionamento dell'esemplare fossile? Cosa dicono le tue ipotesi sull'importanza relativa della morfologia nel prevedere le relazioni evolutive rispetto alle sequenze di DNA?

Confronta il tuo albero con i tuoi compagni di classe. Quanto sono simili i tuoi alberi? Chiedi ai tuoi compagni di classe che hanno messo il fossile su un ramo diverso come sono arrivati a quella decisione.