進化的関係

1. 進化仮説の形成 Expand
   • 注:クラドグラムは進化論的仮説を形成するための重要なツールです。クラドグラムは、種間の仮想的な系譜的関係を描写するために使用される木の形をしたチャートです。チャートの先端または葉は特定の種を表し、木の枝の長さは異なります。異なる長さは、各種間の変化の程度を表しています。特定の線が分岐するすべての種の共通の祖先は、分岐が交差するノードにあります。ノードを共有する種は、姉妹グループと呼ばれます。
   • まず、提供された空白のクラドグラムを見て、割り当てられた動物をツリーのどこに配置するべきかについての仮説を立てます。空白のクラドグラムが提供されていない場合は、こちらからダウンロードしてください。
   • 次に、化石化した動物の画像を観察します。
   • 化石の形態、または物理的特性を使用して、クラドグラムのどこに配置すべきかについての仮説を立てます。化石の提案された位置を示す新しい行またはマークを追加します。
2. BLASTによる遺伝子配列の比較 Expand
   • 注:歴史的に、クラドグラムは形態の比較を通じて構築されてきました。現在では、遺伝子配列を関心のある種間で比較して、クラドグラムを構築することもできます。通常、DNA配列は化石に保存されていないため、このラボではBLASTデータベースを使用して、化石に密接に関連する生物種のDNA配列を他の何千もの生物種と比較します。
   • このラボを開始する前に、インストラクターは保存された3つの遺伝子配列をデスクトップ上のフォルダにダウンロードしています。
   • インストラクターがブラウザで開いたままにしておくべきBLASTホームページに移動し、ページ上部のメニューから保存された戦略をクリックします。
   • Evolutionary_Relationships_Gene1.txtファイルの「開く」をクリックします。
   • 次に、「表示」をクリックして標準ヌクレオチドBLAST検索ページに移動します。画面の右上にある[Query Sequence]ボックスにDNA配列が表示されます。
   • 画面の一番下までスクロールして、BLASTボタンをクリックしてください。注:データの処理と分析には少し時間がかかります。
   • データが処理されると、グラフィックサマリーが表示されます。 注: クエリ シーケンスは、ボックスの上部にある青い線で表されます。青い線の下の各線は、クエリに一致する BLAST データベース内の別のシーケンスを表します。これらのバーの長さと位置は、シーケンスのどこで、どの程度クエリに一致するかを表します。バーの色は、スコア、つまりシーケンスがクエリとどの程度同一であるかを表します。グラフィックサマリーの下には、データベースから取得されたDNA配列のうち、クエリ文に最も近いものの説明を含む、有意なアラインメントを生成する配列リストがあります。これらは、最も類似しているものが一番上にあり、最も類似していないものが一番下にあるものまで、降順でリストされています。右側には、各データベース配列が実験配列にどの程度密接に関連しているかに関するいくつかの統計があります。Max、Total、Query Coverage、および Identity のスコアが高いほど、クエリと取得されたシーケンスの類似性が高くなります。同様に、E値の数値が小さいほど、シーケンスの一致がランダムな偶然に見つかった可能性が低くなり、より有意にアライメントが正確になります。E 値 0 は、非常に有意な一致を示します。
   • リストされている最も類似した配置の説明の名前をクリックしてください。これにより、ページをさらに進めて、取得した配列とクエリ配列との間の正確なDNA配列のアラインメントを確認できます。
   • Sequence ID番号をクリックしてください。これにより、新しいタブが開き、取得した遺伝子配列に関するより具体的な情報が表示されます。
   • Source の隣にリストされるべき生物の科学名と一般名を特定して記録します。
   • 遺伝子がコードするタンパク質を特定して記録します。これは、定義の隣にリストする必要があります。
   • タブを閉じて戻るをクリックすると、有意なアラインメントを生成するシーケンスリストに戻ります。
   • 次に、次に類似したシーケンスについてステップ7〜9を繰り返します。
   • いくつかの種名を収集した後、重要なアラインメントを生成するシーケンスリストに戻り、選択:すべてをクリックして、リストされた各アライメントシーケンスの名前の横にあるすべてのボックスをオンにします。
   • Distance of tree resultsをクリックすると、BLASTの結果遺伝子配列とクエリ遺伝子配列のすべての類似性に基づいて系統群が作成されます。 注:クエリの化石の相対配列は黄色で強調表示されます。
   • ツリーに示されている他の分類群に対する配列の位置を記録します。
   • 最後に、保存した戦略タブに戻り、次に保存した遺伝子配列をアップロードします。
   • 前に示したように、残りの2つの化石の相対的なDNA配列を照会します（ステップ1〜16)。
3. データ分析 Expand
   • 遺伝子配列の結果に基づいて、化石標本が元のクラドグラムのどこに当てはまるかについての2番目の仮説を考え出してください。
   • この配置を最初の仮説と比較してください。
   • クラスメートとあなたのツリーを比較してください。クラスメートの誰かが化石を別の枝に置いた場合は、どのようにしてその決定に至ったのかを尋ねてください。

進化論的仮説を形成するための重要なツールは、種間の仮想的な系譜的関係を描写するために使用される木の形をしたチャートであるクラドグラムの構築です。クラドグラムでは、チャートの先端または葉は特定の種を表し、木の枝は異なる長さで、各種間の変化の程度を表します。特定の線が分岐するすべての種の共通の祖先は、分岐が交差する点にあり、ノードと呼ばれます。

ノードを共有する種は、姉妹グループと呼ばれます。この最初の演習では、このクラドグラムのコピーが与えられています。図の動物のグループを見て、動物を木のどこに置くべきかについて、あなたの仮説は何ですか?

今すぐ時間をかけて、各動物がどこに当てはまるかについての最善の推測でクラドグラムを記入してください。さて、この化石化した動物の画像を見てください。化石の形態や物理的特性に基づいて、この動物をクラドグラムのどこに配置しますか?

化石の提案された位置を示す新しい行またはマークを追加します。歴史的に、クラドグラムは、関心のある種間の形態学的類似性と相違点を比較することによって構築されてきましたが、クラドグラムを作成する別の方法は、種間の遺伝的配列を比較することです。通常、化石にはDNA配列が保存されていないため、この実験では、BLASTデータベースを用いて、私たちの化石と密接に関連する現生種のDNA配列を他の数千種の生物種のDNA配列と比較します。

その結果、DNAの類似性に基づいて化石をクラドグラムに配置することができます。このラボを開始する前に、インストラクターは保存された3つの遺伝子配列をダウンロードし、これらはデスクトップ上のフォルダに保存する必要があります。インストラクターがブラウザで開いたままにしておくはずのBLASTホームページに移動し、ページ上部のメニューから[保存された戦略]をクリックします。

「Upload Search Strategy」で「Choose File」をクリックし、デスクトップ上のフォルダにあるはずの化石の相対DNA配列をコンピュータで参照します。Evolutionary_Relationships_Gene1ドットテキストファイルの[開く]をクリックします。「表示」をクリックして、標準ヌクレオチドBLAST検索ページに移動します。

画面の右上にある[Query Sequence]ボックスにDNA配列が表示されます。画面の一番下までスクロールして、[BLAST]ボタンをクリックします。データの処理と分析には少し時間がかかります。

データが処理されると、グラフィックの概要が表示されます。クエリ シーケンスは、ボックスの上部にある青い線で表されます。その下の各行は、クエリに一致するBLASTデータベース内の別のシーケンスを表しています。

これらのバーの長さと位置は、シーケンスのどこで、どれだけクエリに一致するかを表します。ここでは、バーの多くはその長さ全体でクエリ シーケンス全体と一致しますが、シーケンスの先頭で少し欠落しているバーもあります。バーの色は、スコア、つまりシーケンスがクエリとどの程度同一であるかを表します。

グラフィックサマリーの下には、データベースから検索されたDNA配列のうち、クエリ配列に最も近いDNA配列の説明を含む、有意なアラインメントを生成する配列リストがあります。シーケンスは、最も類似しているものが一番上にあり、最も類似していないものが一番下にあるものまで、降順でリストされています。右側には、各データベース配列が実験配列にどの程度密接に関連しているかに関するいくつかの統計があります。

Max、Total、Query Coverage、および Identity スコアが高いほど、クエリと取得されたシーケンスの類似性が高くなります。同様に、E 値の数値が小さいほど、シーケンスの一致が偶然に見つかった可能性が低くなり、アラインメントの精度が高くなります。ここでは、すべての E 値が 0 であり、一致がすべて非常に重要であることがわかります。

リストされている最も類似した線形の説明の名前をクリックします。これにより、ページをさらに進めて、取得した配列とクエリ配列との間の正確なDNA配列のアラインメントを確認できます。次に、シーケンスID番号をクリックします。

これにより、新しいタブが開き、取得した遺伝子配列に関するより具体的な情報が表示されます。生物の学名と一般名を特定して記録し(SOURCEの隣にリストし)、次に遺伝子がコードするタンパク質(DEFINITIONの隣にリストする必要があります)を特定します。次に、このタブを閉じて [戻る] をクリックして [重要なアラインメントを生成するシーケンス] リストに戻り、このプロセスを繰り返して、次のいくつかの最も類似したシーケンスに対して同じ情報を特定して記録します。

いくつかの種名を収集したら、Sequences producing significant alignmentsリストに戻り、Select:Allをクリックして、リストされた各アラインメントシーケンスの名前の横にあるすべてのボックスにチェックを入れます。Distance tree of resultsをクリックして、すべてのBLAST結果遺伝子配列とクエリ遺伝子配列の類似性に基づいて系統群を作成します。クエリの化石の相対配列は黄色で強調表示されます。

ツリーに示されている他の分類群グループに対する配列の位置を記録します。最後に、[保存された戦略]タブに戻り、次の遺伝子配列をアップロードし、次に、先ほど示したように、他の2つの化石相対DNA配列をクエリします。遺伝子配列の結果に基づいて、化石標本が元のクラドグラムのどこに当てはまるかについて、2つ目の仮説を立てます。

この配置を最初の仮説と比較します。あなたのDNAと形態に基づく系統樹は、化石標本の配置においてどの程度類似していますか?あなたの仮説は、DNA配列と比較して進化的関係を予測する際の形態学の相対的な重要性について何を語っていますか?

あなたの木をクラスメートと比較してください。あなたの木はどれくらい似ていますか?化石を別の枝に置いたクラスメートに、どのようにしてその決定に至ったかを尋ねてください。