진화적 관계

1. 진화 가설 형성 Expand
   • 참고: cladogram은 진화 가설을 형성하기 위한 중요한 도구입니다. cladogram은 종 간의 가상의 계보 관계를 묘사하는 데 사용되는 나무 모양의 차트입니다. 차트의 끝이나 잎은 특정 종을 나타내며 나무의 가지는 길이가 다릅니다. 서로 다른 길이는 각 종 간의 변화 정도를 나타냅니다. 특정 라인이 분기되는 모든 종의 공통 조상은 가지가 교차하는 노드에 있습니다. 노드를 공유하는 종을 자매 그룹이라고 합니다.
   • 시작하려면 제공된 빈 cladogram을 보고 할당된 동물이 나무에서 어디에 배치되어야 하는지에 대한 가설을 세웁니다. 빈 cladogram이 제공되지 않은 경우 여기에서 다운로드하십시오.
   • 다음으로, 화석화된 동물의 이미지를 관찰하십시오.
   • 화석의 형태 또는 물리적 특성을 사용하여 cladogram의 어디에 배치되어야 하는지에 대한 가설을 세우십시오. 화석에 대해 제안된 위치를 나타내기 위해 새 선이나 표시를 추가합니다.
2. BLAST를 사용하여 유전자 염기서열 비교 Expand
   • 참고: 역사적으로 cladograms는 형태 비교를 통해 구성되었습니다. 이제 관심 종 간에 유전자 염기서열을 비교하여 cladograms를 구성할 수도 있습니다. DNA 염기서열은 일반적으로 화석에 보존되어 있지 않으므로 이 실험실에서는 BLAST 데이터베이스를 사용하여 화석과 밀접한 관련이 있는 살아있는 종의 DNA 염기서열을 수천 종의 다른 생물 종과 비교합니다.
   • 이 실습을 시작하기 전에 강사는 보존된 3개의 유전자 염기서열을 데스크탑의 폴더에 다운로드했을 것입니다.
   • 강사가 브라우저에 열어 두어야 하는 BLAST 홈페이지로 이동하여 페이지 상단의 메뉴에서 저장된 전략을 클릭합니다.
   • Evolutionary_Relationships_Gene1.txt 파일에서 열기를 클릭합니다.
   • 그런 다음 보기를 클릭하여 표준 뉴클레오티드 BLAST 검색 페이지로 이동합니다. 화면 오른쪽 상단의 Query Sequence(쿼리 시퀀스) 상자에서 DNA 염기서열을 볼 수 있어야 합니다.
   • 화면 하단으로 스크롤하여 BLAST 버튼을 클릭합니다. 참고: 데이터를 처리하고 분석하는 데 몇 분 정도 걸립니다.
   • 데이터가 처리되면 그래픽 요약이 나타납니다. 참고: 쿼리 순서는 상자 맨 위에 있는 파란색 선으로 표시됩니다. 파란색 선 아래의 각 줄은 쿼리와 일치하는 BLAST 데이터베이스의 다른 시퀀스를 나타냅니다. 이러한 막대의 길이와 위치는 시퀀스의 위치와 정도가 쿼리와 일치하는지를 나타냅니다. 막대의 색상은 점수 또는 시퀀스가 쿼리와 얼마나 동일한지를 나타냅니다. 그래픽 요약 아래에는 Sequences producing significant alignments 목록이 있으며, 여기에는 쿼리 문장과 가장 밀접하게 일치하는 데이터베이스에서 검색된 DNA 염기서열에 대한 설명이 포함되어 있습니다. 이러한 항목은 맨 위에서 가장 유사한 것부터 맨 아래에서 가장 덜 유사한 것까지 내림차순으로 나열됩니다. 오른쪽에는 각 데이터베이스 시퀀스가 실험 시퀀스와 얼마나 밀접하게 관련되어 있는지에 대한 몇 가지 통계가 있습니다. Max, Total, Query Coverage 및 Identity 점수가 높을수록 쿼리 및 검색된 시퀀스가 서로 더 유사합니다. 마찬가지로, E 값 숫자가 낮을수록 염기서열 일치가 무작위 우연에 의해 발견될 가능성이 적고 정렬이 정확할 가능성이 더 큽니다. E 값 0은 매우 중요한 일치를 나타냅니다.
   • 나열된 가장 유사한 정렬에 대한 설명 이름을 클릭합니다. 이렇게 하면 검색된 염기서열과 쿼리 염기서열 사이의 정확한 DNA 염기서열 정렬로 페이지를 더 내려갈 수 있습니다.
   • 시퀀스 ID 번호를 클릭합니다. 그러면 검색된 유전자 염기서열에 대한 보다 구체적인 정보가 포함된 새 탭이 열립니다.
   • Source 옆에 나열되어야 하는 유기체의 학명과 일반 이름을 식별하고 기록합니다.
   • 유전자가 암호화하는 단백질을 식별하고 기록하며, 이는 정의 옆에 나열되어야 합니다.
   • 탭을 닫고 뒤로를 눌러 중요한 정렬을 생성하는 시퀀스 목록으로 돌아갑니다.
   • 그런 다음 다음으로 가장 유사한 시퀀스에 대해 7-9단계를 반복합니다.
   • 여러 종 이름을 수집한 후 Sequences producing significant alignments 목록으로 돌아가서 Select: All을 클릭하여 나열된 각 정렬 시퀀스의 이름 옆에 있는 모든 상자를 선택합니다.
   • 쿼리 유전자 서열에 대한 모든 BLAST 결과 유전자 서열의 유사성을 기반으로 계통 발생 램을 만들려면 트리 결과의 거리를 클릭하십시오. 참고: 쿼리 화석 상대 시퀀스는 노란색으로 강조 표시됩니다.
   • 트리에 표시된 다른 분류군 그룹과 관련하여 염기서열의 위치를 기록합니다.
   • 마지막으로 저장된 전략 탭으로 돌아가서 다음에 저장된 유전자 염기서열을 업로드합니다.
   • 앞서 설명한 대로 나머지 두 개의 화석 상대 DNA 염기서열을 쿼리합니다(1-16단계).
3. Expand
   • 당신의 유전자 염기서열 결과에 기초하여, 당신의 화석 표본이 원래의 cladogram에서 어디에 맞는지에 대한 두 번째 가설을 세우십시오.
   • 이 배치를 첫 번째 가설과 비교하십시오.
   • 당신의 나무를 급우들과 비교하십시오. 반 친구들 중에 화석을 다른 가지에 올려 놓은 사람이 있다면, 어떻게 그런 결정을 내리게 되었는지 물어본다.

진화 가설을 형성하는 데 중요한 도구는 종 간의 가상적인 계보 관계를 묘사하는 데 사용되는 나무 모양의 차트인 클라도그램(cladogram)을 구성하는 것입니다. cladogram에서 차트의 끝 부분이나 잎은 특정 종을 나타내며 나무의 가지는 길이가 다르기 때문에 각 종 간의 변화 정도를 나타냅니다. 특정 라인이 분기되는 모든 종의 공통 조상은 가지가 교차하는 지점에 위치하며 노드라고 합니다.

노드를 공유하는 종을 자매 그룹이라고 합니다. 이 첫 번째 연습에서는 이 cladogram의 복사본을 받았습니다. 그림에 있는 동물 그룹을 볼 때 동물이 나무의 어디에 배치되어야 하는지에 대한 가설은 무엇입니까?

지금 시간을 내어 각 동물이 어디에 맞는지에 대한 최선의 추측으로 cladogram을 작성하십시오. 자, 화석화된 동물의 이미지를 보세요. 화석의 형태 또는 신체적 특징에 기초하여, 이 동물을 cladogram에서 어디에 배치하시겠습니까?

화석에 대해 제안된 위치를 나타내기 위해 새 선이나 표시를 추가합니다. 역사적으로 cladograms는 관심 종 간의 형태 학적 유사성과 차이점을 비교하여 구성되었지만 cladograms를 만드는 또 다른 방법은 종 간의 유전 서열을 비교하는 것입니다. DNA 염기서열은 일반적으로 화석에 보존되어 있지 않기 때문에 이 실험에서는 BLAST 데이터베이스를 사용하여 화석과 밀접한 관련이 있는 살아있는 종의 DNA 염기서열을 수천 종의 다른 생물 종의 DNA 염기서열과 비교할 것입니다.

그 결과를 통해 DNA 유사성을 기반으로 화석을 cladogram에 배치할 수 있습니다. 이 실험을 시작하기 전에 강사는 보존된 3개의 유전자 염기서열을 다운로드해야 하며, 이는 데스크탑의 폴더에 저장되어야 합니다. 강사가 브라우저에 열어 두어야 하는 BLAST 홈페이지로 이동하여 페이지 상단의 메뉴에서 저장된 전략을 클릭합니다.

Upload Search Strategy(검색 전략 업로드)에서 Choose File(파일 선택)을 클릭하여 컴퓨터에서 화석 친척 DNA 염기서열을 검색하며, 이 염기서열은 바탕 화면의 폴더에 있어야 합니다. Evolutionary_Relationships_Gene1 점 텍스트 파일에서 열기를 클릭합니다. View(보기)를 클릭하여 Standard Nucleotide BLAST 검색 페이지로 이동합니다.

화면 오른쪽 상단의 Query Sequence(쿼리 시퀀스) 상자에서 DNA 염기서열을 볼 수 있어야 합니다. 화면 하단으로 스크롤하여 BLAST 버튼을 클릭합니다. 데이터를 처리하고 분석하는 데 몇 분 정도 걸립니다.

데이터가 처리되면 그래픽 요약이 나타납니다. 쿼리 순서는 상자 맨 위에 있는 파란색 선으로 표시됩니다. 그 아래의 각 줄은 쿼리와 일치하는 BLAST 데이터베이스의 다른 시퀀스를 나타냅니다.

이러한 막대의 길이와 위치는 시퀀스의 위치와 정도가 쿼리와 일치함을 나타냅니다. 여기서 많은 막대가 전체 쿼리 시퀀스와 일치하는 반면 일부는 시퀀스의 시작 부분에서 약간 누락되었습니다. 막대의 색상은 점수 또는 시퀀스가 쿼리와 얼마나 동일한지를 나타냅니다.

그래픽 요약 아래에는 쿼리 서열과 가장 밀접하게 일치하는 데이터베이스에서 검색된 DNA 서열에 대한 설명이 포함된 Sequences producing significant alignments 목록이 있습니다. 시퀀스는 맨 위에서 가장 유사한 것부터 맨 아래에서 가장 덜 유사한 것까지 내림차순으로 나열됩니다. 오른쪽에는 각 데이터베이스 시퀀스가 실험 시퀀스와 얼마나 밀접하게 관련되어 있는지에 대한 몇 가지 통계가 있습니다.

Max, Total, Query coverage 및 Identity 점수가 높을수록 쿼리 및 검색된 시퀀스가 서로 더 유사합니다. 마찬가지로, E 값 숫자가 낮을수록 염기서열 일치가 무작위 우연에 의해 발견될 가능성이 적고 정렬이 더 정확합니다. 여기에서 모든 E 값이 0임을 알 수 있으며, 이는 일치 항목이 모두 매우 중요하다는 것을 의미합니다.

나열된 가장 유사한 선형에 대한 설명의 이름을 클릭합니다. 이렇게 하면 검색된 염기서열과 쿼리 염기서열 사이의 정확한 DNA 염기서열 정렬로 페이지를 더 내려갈 수 있습니다. 그런 다음 시퀀스 ID 번호를 클릭합니다.

그러면 검색된 유전자 염기서열에 대한 보다 구체적인 정보가 포함된 새 탭이 열립니다. 유기체의 학명과 일반명을 식별하고 기록하며, 이는 SOURCE 옆에 나열되어야 하며, 유전자를 암호화하는 단백질은 DEFINITION 옆에 나열되어야 합니다. 그런 다음 이 탭을 닫고 뒤로를 눌러 중요한 정렬을 생성하는 시퀀스 목록으로 돌아가고 이 프로세스를 반복하여 다음으로 가장 유사한 몇 개의 시퀀스에 대해 동일한 정보를 식별하고 기록합니다.

여러 종의 이름을 수집한 후 Sequences producing significant alignments 목록으로 돌아가서 Select:All을 클릭하여 나열된 각 정렬 시퀀스의 이름 옆에 있는 모든 상자를 선택합니다. Distance tree of results를 클릭하여 쿼리 유전자 염기서열과 모든 BLAST 결과 유전자 염기서열의 유사성을 기반으로 계통 발생을 생성합니다. 쿼리 화석 상대 시퀀스가 노란색으로 강조 표시됩니다.

트리에 표시된 다른 분류군 그룹과 관련하여 염기서열의 위치를 기록합니다. 마지막으로, Saved Strategies 탭으로 돌아가서 다음 유전자 염기서열을 업로드한 다음, 방금 보여준 것처럼 다른 두 개의 화석 상대 DNA 염기서열을 쿼리합니다. 당신의 유전자 염기서열 결과를 바탕으로, 당신의 화석 표본이 원래의 클라도그램에서 어디에 들어맞는지에 대한 두 번째 가설을 생각해 보세요.

이 배치를 첫 번째 가설과 비교하십시오. 당신의 DNA와 형태학에 기반한 나무들은 화석 표본의 배치가 얼마나 유사한가? DNA 염기서열과 비교하여 진화적 관계를 예측하는 데 있어 형태학의 상대적 중요성에 대해 당신의 가설은 무엇을 말합니까?

당신의 가계도를 급우들과 비교하십시오. 당신의 나무는 얼마나 비슷합니까? 그 화석을 다른 가지에 놓은 반 친구들에게 어떻게 그런 결정을 내리게 되었는지 물어본다.