Relações evolutivas

1. Formando uma hipótese evolutiva Expand
   • NOTA: Um cladograma é uma ferramenta importante para formar uma hipótese evolutiva. Um cladograma é um gráfico em forma de árvore usado para representar as relações genealógicas hipotéticas entre as espécies. As pontas ou folhas do gráfico representam espécies específicas e os galhos da árvore têm comprimentos diferentes. Os diferentes comprimentos representam o grau de mudança entre cada uma das espécies. O ancestral comum de todas as espécies das quais uma linha específica se ramifica está localizado em um nó, onde os ramos se cruzam. As espécies que compartilham um nó são chamadas de grupo irmão.
   • Para começar, olhe para o cladograma em branco fornecido e faça uma hipótese sobre onde os animais designados devem ser colocados na árvore. Se um cladograma em branco não tiver sido fornecido, baixe um aqui.
   • Em seguida, observe a imagem do animal fossilizado.
   • Usando a morfologia ou características físicas do fóssil, faça uma hipótese sobre onde em seu cladograma ele deve ser colocado. Adicione uma nova linha ou marca para indicar a posição proposta para o fóssil.
2. Comparando sequências de genes usando BLAST Expand
   • NOTA: Historicamente, os cladogramas foram construídos por meio da comparação da morfologia. Agora, as sequências genéticas também podem ser comparadas entre espécies de interesse para construir cladogramas. As sequências de DNA geralmente não são preservadas em fósseis, portanto, para este laboratório, você usará o banco de dados BLAST para comparar as sequências de DNA de espécies vivas que estão intimamente relacionadas ao fóssil com milhares de outras espécies vivas.
   • Antes de iniciar este laboratório, seu instrutor terá baixado as três sequências de genes preservadas para uma pasta em sua área de trabalho.
   • Navegue até a página inicial do BLAST, que o instrutor deveria ter deixado aberta em seu navegador, e clique em Estratégias salvas no menu na parte superior da página.
   • Clique em Abrir no arquivo Evolutionary_Relationships_Gene1.txt.
   • Em seguida, clique em View para ir para a página de pesquisa do Standard Nucleotide BLAST. Você deve ser capaz de ver a sequência de DNA na caixa Sequência de consulta no canto superior direito da tela.
   • Role até a parte inferior da tela e clique no botão BLAST. Observação: levará alguns instantes para processar e analisar os dados.
   • Quando os dados forem processados, um resumo gráfico aparecerá. NOTA: Sua sequência de consulta é representada pela linha azul na parte superior da caixa. Cada uma das linhas abaixo da linha azul representa outra sequência no banco de dados BLAST que corresponde à sua consulta. O comprimento e a localização dessas barras representam onde e quanto da sequência corresponde à consulta. A cor da barra representa sua pontuação ou quão idêntica a sequência é à consulta. Abaixo do resumo gráfico está a lista Sequências que produzem alinhamentos significativos, que contém descrições das sequências de DNA recuperadas do banco de dados que mais se alinham com a frase de consulta. Eles são listados em ordem decrescente, do mais semelhante na parte superior ao menos semelhante na parte inferior. À direita, há várias estatísticas sobre o quão intimamente relacionada cada sequência de banco de dados está com a sequência experimental. Quanto mais altas forem as pontuações Máxima, Total, Cobertura de Consulta e Identidade, mais semelhantes serão as sequências de consulta e recuperadas entre si. Da mesma forma, quanto menor o número do valor E, menor a probabilidade de a correspondência das sequências ter sido encontrada por acaso e, mais significativamente, o alinhamento é preciso. Um valor E de 0 indica uma correspondência altamente significativa.
   • Clique no nome da descrição do alinhamento mais semelhante listado. Isso o levará mais adiante na página para o alinhamento exato da sequência de DNA entre a sequência recuperada e a sequência de consulta.
   • Clique no número de ID de sequência. Isso abrirá uma nova guia com informações mais específicas sobre a sequência do gene recuperada.
   • Identifique e registre os nomes científicos e comuns do organismo, que devem ser listados ao lado da Fonte.
   • Identifique e registre a proteína que o gene codifica, que deve ser listada ao lado de Definição.
   • Feche a guia e pressione Voltar para retornar à lista Sequências que produzem alinhamentos significativos.
   • Em seguida, repita as etapas 7 a 9 para as próximas sequências mais semelhantes.
   • Depois de coletar vários nomes de espécies, retorne à lista Sequências que produzem alinhamentos significativos e clique em Selecionar: Tudo para marcar todas as caixas ao lado dos nomes de cada sequência de alinhamento listada.
   • Clique em Distância dos resultados da árvore para criar um filograma com base na semelhança de todas as sequências de genes resultantes do BLAST com a sequência do gene de consulta. Observação: a sequência relativa do fóssil de consulta será destacada em amarelo.
   • Registre a localização da sua sequência em relação aos outros grupos de táxons mostrados na árvore.
   • Por fim, retorne à guia Estratégias salvas e carregue a próxima sequência de genes salva.
   • Consulte as duas sequências de DNA relativo fóssil restantes conforme demonstrado anteriormente (etapas 1 – 16).
3. Análise de dados Expand
   • Com base nos resultados da sequência do gene, crie uma segunda hipótese sobre onde seu espécime fóssil se encaixa no cladograma original.
   • Compare este posicionamento com sua primeira hipótese.
   • Compare sua árvore com a de seus colegas. Se algum de seus colegas colocar o fóssil em um galho diferente, pergunte como eles chegaram a essa decisão.

Uma ferramenta importante na formação de uma hipótese evolutiva é a construção de um cladograma, um gráfico em forma de árvore usado para representar as relações genealógicas hipotéticas entre as espécies. Em um cladograma, as pontas ou folhas do gráfico representam espécies específicas, e os galhos da árvore têm comprimentos diferentes, para representar o grau de mudança entre cada espécie. O ancestral comum de todas as espécies das quais uma linha específica se ramifica está localizado no ponto onde os ramos se cruzam e é chamado de nó.

As espécies que compartilham um nó são chamadas de grupo irmão. Neste primeiro exercício, você recebeu uma cópia deste cladograma. Olhando para os grupos de animais na figura, qual seria sua hipótese sobre onde os animais deveriam ser colocados na árvore?

Reserve um tempo agora para preencher o cladograma com seu melhor palpite sobre onde cada animal se encaixa. Agora, olhe para esta imagem de um animal fossilizado. Com base na morfologia ou nas características físicas do fóssil, onde você colocaria esse animal em seu cladograma?

Adicione uma nova linha ou marca para indicar a posição proposta para o fóssil. Embora historicamente os cladogramas tenham sido construídos através da comparação de semelhanças morfológicas e diferenças entre espécies de interesse, outro método de criação de cladogramas é comparar as sequências genéticas entre as espécies. Como as sequências de DNA geralmente não são preservadas em fósseis, neste experimento, compararemos as sequências de DNA de espécies vivas intimamente relacionadas ao nosso fóssil com as de milhares de outras espécies vivas usando o banco de dados BLAST.

Os resultados nos permitirão colocar o fóssil no cladograma com base na semelhança do DNA. Antes de iniciar este laboratório, seu instrutor terá baixado as três sequências de genes preservadas e elas devem ser armazenadas em uma pasta em sua área de trabalho. Vá para a página inicial do BLAST, que seu instrutor deve ter deixado aberta em seu navegador, e clique em Estratégias salvas no menu na parte superior da página.

Em Carregar estratégia de pesquisa, clique em Escolher arquivo para procurar em seu computador as sequências de DNA relativas fósseis, que devem estar localizadas em uma pasta na área de trabalho. Clique em Abrir no arquivo de texto de Evolutionary_Relationships_Gene1 pontos. Clique em Exibir para ir para a página de pesquisa do BLAST de nucleotídeo padrão.

Você deve ser capaz de ver a sequência de DNA na caixa Sequência de consulta no canto superior direito da tela. Role até a parte inferior da tela e clique no botão BLAST. Levará alguns minutos para processar e analisar os dados.

Quando os dados forem processados, um resumo gráfico aparecerá. Sua sequência de consulta é representada pela linha azul na parte superior da caixa. Cada uma das linhas abaixo representa outra sequência no banco de dados BLAST que corresponde à sua consulta.

O comprimento e a localização dessas barras representam onde e quanto das sequências correspondem à consulta. Aqui, muitas das barras correspondem a toda a sequência de consulta em todo o seu comprimento, enquanto algumas estão faltando um pouco no início da sequência. A cor da barra representa sua pontuação ou quão idênticas as sequências são à consulta.

Abaixo do resumo gráfico está a lista Sequências que produzem alinhamentos significativos, que contém descrições das sequências de DNA recuperadas do banco de dados que mais se alinham com a sequência de consulta. As sequências são listadas em ordem decrescente, da mais semelhante na parte superior à menos semelhante na parte inferior. À direita estão várias estatísticas sobre o quão intimamente relacionado cada sequência de banco de dados está com a sequência experimental.

Quanto maiores forem as pontuações Máxima, Total, Cobertura de consulta e Identidade, mais semelhantes serão as sequências de consulta e recuperadas entre si. Da mesma forma, quanto menor o número do valor E, menor a probabilidade de a correspondência da sequência ter sido encontrada por acaso aleatório e mais significativamente o alinhamento é preciso. Aqui, você notará que todos os valores E são zero, o que significa que as correspondências são todas altamente significativas.

Clique no nome da descrição do alinhamento mais semelhante listado. Isso o levará mais adiante na página para o alinhamento exato da sequência de DNA entre a sequência recuperada e a sequência de consulta. Em seguida, clique no número de ID da sequência.

Isso abrirá uma nova guia com informações mais específicas sobre a sequência do gene recuperada. Identifique e registre os nomes científicos e comuns do organismo, que devem ser listados ao lado de FONTE e, em seguida, a proteína que o gene codifica, que deve ser listada ao lado de DEFINIÇÃO. Em seguida, feche esta guia e pressione Voltar para retornar à lista Sequências que produzem alinhamentos significativos e repita esse processo para identificar e registrar essas mesmas informações para as próximas sequências mais semelhantes.

Depois de coletar vários nomes de espécies, volte para a lista Sequências que produzem alinhamentos significativos e clique em Selecionar:Todos para marcar todas as caixas ao lado dos nomes de cada sequência de alinhamento listada. Clique na árvore de resultados de distância para criar um filograma com base na semelhança de todas as sequências de genes do resultado BLAST com a sequência do gene de consulta. Sua sequência relativa fóssil de consulta será realçada em amarelo.

Registre a localização da sua sequência em relação aos outros grupos de táxons mostrados na árvore. Por fim, retorne à guia Estratégias salvas e carregue a próxima sequência de genes e, em seguida, consulte as outras duas sequências de DNA relativo fóssil, conforme demonstrado. Com base nos resultados da sequência do gene, crie uma segunda hipótese sobre onde seu espécime fóssil se encaixa no cladograma original.

Compare esse posicionamento com a primeira hipótese. Quão semelhantes são suas árvores baseadas em DNA e morfologia na colocação do espécime fóssil? O que suas hipóteses dizem sobre a importância relativa da morfologia na previsão de relações evolutivas em comparação com sequências de DNA?

Compare sua árvore com seus colegas de classe. Quão semelhantes são suas árvores? Pergunte a seus colegas que colocaram o fóssil em um galho diferente como eles chegaram a essa decisão.