Molekulaarne evolutsioon (0)

Q: Millega tegeleb fülogeneetika?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Mis on fülogeneesi- e evolutsioonipuu?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Mis on mono - para- ja polüfüleetiline rühm?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Mis võib põhjustada erinevusi geenipuu ja liigipuu vahel?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Kuidas see mõjutab fülogeneesipuude konstrueerimist?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Milliseid kõrvalekaldeid eeldustest võib esineda?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Mis on DNA järjestuste evolutsiooniline e geneetiline kaugus ja kuidas seda hinnatakse?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Kuidas rekonstrueeritakse eellasjärjestused säästureeglid Farrise optimeerimine?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Millised on säästumeetodi eksimused?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Q: Milliseid puu ümberkorraldamise strateegiaid kasutatakse heuristilise otsingu korral?

Vastus leiad õppematerjalist: Molekulaarne evolutsioon

Bioloogia - Geneetika

1 Hindamata

Esitatud küsimused

Millega tegeleb fülogeneetika?
Mis on fülogeneesi- e evolutsioonipuu?
Mis on mono - para- ja polüfüleetiline rühm?
Mis võib põhjustada erinevusi geenipuu ja liigipuu vahel?
Kuidas see mõjutab fülogeneesipuude konstrueerimist?
Milliseid kõrvalekaldeid eeldustest võib esineda?
Mis on DNA järjestuste evolutsiooniline e geneetiline kaugus ja kuidas seda hinnatakse?
Kuidas rekonstrueeritakse eellasjärjestused säästureeglid Farrise optimeerimine?
Millised on säästumeetodi eksimused?
Milliseid puu ümberkorraldamise strateegiaid kasutatakse heuristilise otsingu korral?
Mille poolest erinevad bootstrap ja Jack - knife?
Milleks kasutatakse konsensuspuid?
Mida mõõdab puude topoloogiline kaugus?
Kella olemasolu?
Mis muudab keeruliseks universaalse elu puu juurimise?
Milleks kasutatakse fülogeneesivõrke?
Mis on mediaanvektor?
Kuidas mõjutab liigipuu konstrueerimist sügav koalestsents e liinide mittetäielik sorteerumine?
Milleks seda mudelit kasutada saab?
Mis on �mägironimise algoritmi eesmärk?
Mis on Bayesian Skyline Plot ?
Kuidas seda mudelit valiku tuvastamisel kasutatakse?
Milliseid näitajaid võrdleb Tajima D?
Millised on Tajima D puudused selektsioonitestina?
Mida mõõdab FST?
Kuidas seda arvutatakse ja mis on selle skaala?
Mida tähendab kõrge või madal F ST väärtus?
Milline FST väärtus võib viidata positiivsele valikule?
Mis on Mida tähendab väärtus 1 1?
Mida mõõdab McDonald-Kreitmani test?

Kordamisküsimused 2015

Sissejuhatus

Molekulaarse evolutsiooni olemus ja seos teiste teadusharudega. Põhiprobleemid, millega molekulaarne evolutsioon tegeleb. Molekulaarsete ja morfoloogiliste tunnuste erinevus evolutsiooni uurimisel.
Molekulaarne evolutsioon kirjeldab molekulaarsel tasemel toimuvaid evolutsioonilisi muutusi, uurib evolutsiooniprotsessi käimalükkavaid molekulaarseid mehhanisme ja geenide, genoomide ja nende produktide (sh valkude) muutusi evolutsiooniprotsessis. Peamisteks aladeks on makromolekulide evolutsiooni uurimine , geenide ja organismide evolutsioonilise ajaloo uurimine ehk molekulaarne fülogeneetika, elu tekke ja päritolu uurimine. Molekulaarne evolutsiooniga seotud teadusharudeks on molekulaarbioloogia (andmed) ja populatsioonigeneetika (teooria). Molekulaarset evolutsiooni uuritakse liikidevaheliste erinevuste ja liigisiseste polümorfismide alusel (DNA või valk).
Põhiprobleemid, millega mol evo tegeleb:

Uuritakse liikidevahelisi erinevusi ja polümorfisme. Põhjustajateks on mutatsioonid – evolutsiooni seisukohalt on olulised ainult pärilikud mutatsioonid.
Kui selline mutatsioon tekib ja on kahjulik, kõrvaldatakse see LV poolt, kui aga kasulik siis fikseerub. Osad muutused on juhuslikud ja mille fikseerumine sõltub geenitriivist.

Molekulaarsed muutused on fenotüübi tasemel sageli märkamatud, morfoloogiline muutus kajastub fenotüübis. Morfoloogilise tunnuse järgi evolutsiooni uurida võib olla eksitav konvergentsi tõttu ehk samades elutingimuses elavad evolutsiooniliselt erineva päritoluga organismid võivad mõnede tunnuste alusel sarnastuda. Molekulaarse evolutsiooni uurimine annab võimaluse puuduoleva info leidmiseks, järjestamiseks ja mõtestamiseks – selle aluseks on fülogeneetilised faktid.

Molekulaarse evolutsiooni põhimehhanismid. Looduslik valik, selle põhitüübid. Geenitriiv . Pudelikaela efekt.
Looduslik valik – looduslik protsess, mis seisneb kohasemate geneetiliste variantide edukamas paljunemises ja vähemkohaste variantide eliminatsioonis suurema suremuse või piiratud reproduktsiooni tõttu antud kk tingimustes.
Põhitüübid:

Tasakaalustav – kk tingimused suhteliselt püsivad. Keskmiste tunnustega isendite eelispaljunemine . Kõrvaldatakse erandid.

Lõhestav valik – kahe või enama keskmisest erinevate tunnustega isendite eelispaljunemine. Osaline ökoloogiline ja geneetiline isolatsioon.
Suunav – elutingimuste kindlasuunaline muutumine, asumine uude elukeskkonda. Tagajärjeks on keskmisest erinevate tunnustega isendite eelispaljunemine. Liik muutub kindlas suunas.

Geenitriiv – alleelisageduse juhuslikud muutused populatsiooni järjestikustes põlvkondades. Pudelikaela efekt toimub populatsiooni arvukuse drastilisel vähenemisel, kui üksikud indiviidid populatsioonist jäävad ellu ja taasloovad uue populatsiooni. Sellega kaasneb geneetilise mitmekesisuse kadu.

Molekulaarse evolutsiooni mudelid – klassikaline/ neutraalne /peaaegu neutraalne evolutsiooniteooria , sarnasused ja erinevused nende teooriate põhiseisukohtades.
Klassikaline evolutsiooniteooria – evolutsioonis on põhiroll looduslikul valikul – populatsioonis on kohasemaid ja mittekohasemaid variante, tänu mittekohastele lasub populatsioonil geneetiline koormus, seetõttu ei peetud suurt polümorfsust teoreetiliselt võimalikuks – tekiks vastuolu LV hinnaga. Pidas polümorfismi suhteliselt stabiilseks. Negatiivsel valikul suur roll. Arvasid, et lõviosa on kahjulikel mutatsioonidel, juhusel nägid väikest rolli.
Neutraalne evolutsiooniteooria – suur hulk evolutsioonis tekkinud molekulaarseid muutusi on neutraalsed ja fikseerunud tänu juhusele (geenitriivile). Ehk neutraalse teooria järgi peamiseks molekulaarse evoutsiooni teguriks on mutatsioonid ja triiv . Negatiivsel valikul nägid samuti suurt rolli, kuid nende arvates oli suur osa neutraalsusel. Neutralistide arvamusel on juhusel märksa suurem roll kui kasulikel mutatsioonidel.
Peaaegu neutraalne evolutsiooniteooria on neutraalse teooria modifikatsioon, kus on sisse toodud kergelt kasulikud ja kergelt kahjulikud mutatsioonid. Puhtalt neutraalses evolutsioonis ei olenud populatsiooni suurusel tähtsust, aga siin on. Väikeses populatsioonis, kus triivil on suurem jõud, käituvad kergelt kasulikud ja kahjulikud mutatsioonid kui neutraalsed ja alluvad triivile. Suuremas populatsioonis aga hakkab nende käekäiku mõjutama valik. Suurtes populatsioonides alluvad kergelt kahjulikud mutatsioonid valikule ja elimineeritakse ning seega ei panusta mitmekesisusse. Väikestes populatsioonides aga triivivad kui neutraalsed.

Neutraalse evolutsiooniteooria põhieeldused (3), nende paikapidavus tänaste teadmiste valguses.

Eksisteerib pöördvõrdeline korrelatsioon asenduskiiruste ja geenile toimivate funktsionaalsete piirangute vahel – suurema piiranguga piirkonnad muutuvad aeglasemat, väiksemaga kiiremini. OK!

Eksisteerib molekulaarne kell. Enam-vähem – molekulaarne kell ei ole piisavalt konstantne – selle lahendab peaaegu neutraalne evolutsiooniteooria, mille kohaselt on molekulaarse kella tiksumine seotud populatsiooni suuruse muutumisega ajas. Ehk kui populatsiooni suurused ajas muutuvad, muutub ka kella tiksumise kiirus.

Järjestuste aluspaariline ülesehitus ja koodoni-kasutus peegeldavad pigem mutatsioonilisi kui valikulisi protsesse. Enam-vähem

Nukleotiidsete asenduste kiirus. Mõiste ja eripärad neutraalse mutatsiooni korral.
Nukleotiidse asenduse kiirus on diploidsete organismide populatsioonis suurusega 2Ne võrdne uute mutatsioonide tekkekiiruse ja nende fikseerumise tõenäosusega. Pika aja vältel sõltub fikseerunud asenduste kuhjumise kiirus ainult neutraalsete mutatsioonide tekke sagedusest, sest kahjulikud elimineeritakse ja kasulike osakaal on ebaoluline. See tagab molekulaarse kella.

Sünonüümsete asenduste neutraalsus, kõrvalekalded neutraalsusest ja nende võimalikud põhjused.
Keskmiselt evolutsioneeruvad sünonüümsed positsioonid umbes 5 korda kiiremini kui mittesünonüümsed ehk kalduvad kõrvale neutraalsusest. Paljud sünonüümsed asendused võivad olla neutraalsed, osad aga mitte. Enamus sünonüümseid asendusi pole mitte neutraalsed vaid peaaegu neutraalsed.
Kõrvalekaldumisega seotud protsessid:

mRNA stabiilsuse optimeerimine – transkript voldib ennast optimaalseimasse konfiguratsiooni ja valik töötab selliste sünonüümsete asenduste vastu, mis seda destabiliseeriksid.

Efektiivse splaissingu kontrollimine – sünonüümsed positsioonid võivad olla olulised intronite väljalõikamiskoha defineerimisel.

Geeniekspressiooni regulatsioon üle mRNAle seostuvate miRNAde

Valkude kokkupakkimise optimeerimine

Fülogeneetika

Fülogeneesi- e evolutsioonipuud

Millega tegeleb fülogeneetika?
Tegeleb organismirühmade evolutsioonilise arengukäigu ehk fülogeneesi uurimise ja rekonstrueerimisega. Ehk uutib organismirühmade teket ja muutumist ajas.

Mis on fülogeneesi- e evolutsioonipuu? Milles seisneb fülogeneesipuu ja fenogrammi põhiline erinevus?
Fülogeneesipuu on fülogeneesi kujutis ehk organismide evolutsioonilise arengukäigu (tekke ja muutumise) kujutamine puuna. Fenogramm on puu, mis on konstrueeritud üldist sarnasust arvestades, võib, aga ei pruugi sisaldada infot fülogeneesi kohta, fülogeneesipuu on aga fülogeneesil baseeruv. Fenogrammil olev sarnasus võib olla põhjustatud homoloogiast kui ka homoplaasiast ning seega võib anda infot fülogeneesi kohta aga võib ka olla homoplaasiast tulnud.

Tegelik puu ja konstrueeritud puu.
Tegelik puu on reaalselt toimunud fülogeneesi kujutis. Evolutsioon Maal on unikaalne protsess ja seda kirjeldab ainult üks puu. Enamasti pole see teada.
Konstrueeritud puu on tegeliku puu hinnang, fülogeneesi mudel, hüpotees. Konstrueeritakse olemasolevate andmete põhjal. Võib, kuid ei pruugi olla identne tegeliku puuga . Enamasti saab andmetest tuletada mitu puud.

Mis on homoloogia , mis homoplaasia (Tooge näiteid!).
Homoloogia – tunnus on kahes vaadeldavas liigis homoloogne, kui see on päritud ühiselt eellaselt.
Nt lüsosüüm – erinevaid lüsosüüme esineb mitmetes erinevates organismides, bakteriofaagidest imetajateni. Erinevad homoloogid tekkinud kunagi ammu duplikatsiooni sündmuse tõttu.
Homoplaasia – tunnus on kahes vaadeldavas liigis homoplaasne, kui see on neil liikidel tekkinud sõltumatult.
Nt paralleelse evolutsiooni käigus tekkinud lendorav, lendleemur ja liugurkuskus – sarnane tunnus („tiivad/nahakurrud“), erinevatest seltsides ehk tunnus tekkinud igas ühes sõltumatult.
Või nt globiini geen – toimus duplikatsioon – tekkisid alfa ja beeta globiini geenid . Erinevate liikide alfad on ortoloogsed, samamoodi ka beetad erinevatel liikidel ortoloogsed. Samas alfa ja beeta geenid samades liikides on paraloogid. Kõik homoloogid.

Võrrelge homoloogse tunnuse seisundeid (plesiomorfne, apomorfne, autapomorfne, sünapomorfne).
Tunnuse seisundeid saab jagada vanemateks ja uuemateks. See on fülogeneesi rekonstrueerimisel hädavajalik. Vanemad homoloogiad on need tunnusseisundid, mis olid olemas juba ühisel eellasel. Vanemaid tunnuseid nim plesiomorfseteks. Uuem seisund on kujunenud plesiomorfsest tunnusest ja annab infot põlvnemissuhte kohta. evolutsiooniliselt nooremat seisundit nim apomorfseks.
Plesiomorfne ehk vanem seisund. Apomorfne ehk uuem seisund.
Autapomorfne – unikaalne apomorfne
Sünapomorfne – ühine apomorfne

Mis on mono -, para- ja polüfüleetiline rühm? (Tooge näiteid!) Milline neist on fülogeneesipuu oluline koostisosa?
Monofüleetiline rühm ehk klaad on rühm, millesse kuulub viimane ühine eellane ja kõik tema järglased . Vt pilt – A ja B ning nende ühine eellane X; ABC ja nende ühine eellane X ja Y jne. Nt imetajad ja linnud .
Parafüleetiline rühm – järglastest on üks või mitu välja jäetud. Ehk parafüleetilisse rühma kuulub kõigi liikmete viimane ühine eellane, kuid mingi osa tema järglastest ei kuulu sellesse rühma. Nt kalad , roomajad, sammaltaimed ja protistid .
Polüfüleetiline rühm – rühmast puudub ühine eellane. Nt lendavad selgroogsed ja vetikad .
Fülogeneesipuu konstrueerimisel on olulised monofüleetilised rühmad!

Puu esitamine graafina ja Newicki formaadis .
Graafi moodustavad sõlmed ja harud. Kaht lähestikku asetsevat sõlme ühendab üks haru.
Newicki formaadis esitatakse puu lineaarsel kujul. Iga sisesõlm esitatakse sulgude paarina, milles on kõik selle sõlme järglased. Lisada võib ka harude pikkused.

Iseloomustage erinevaid puude tüüpe (kladogramm, fülogramm, ultramõõduline puu).
Kladogramm on kõige lihtsam, mis esitab ainult põlvnemissuhted.
Fülogrammil on kujutatud ka põlvnemissuhted ning lisaks on harudel näidatud evolutsiooniliste muutuste kulg – muutuste hulk harus.
Ultramõõduline puu eeldab et evolutsioonikiirus kõigis harudes on olnud ühesugune, konstantne. Puul on kujutatud põlvnemissuhted ja divergentsiajad.

Puu kuju e topoloogia ; puude pööratavus.
Kolm võimalikku ÜLDIST juuritud puu kuju on 5 suvalise otu jaoks. Igaühele neist vastab 35 erinevat kombinatsiooni OTUde a,b,c,d,e paigutamiseks.
Puud on pööratavad – puu või puu osad võivad servade nagu telgede ümber pöörelda, ilma et tippude omavahelised seosed muutuksid – lahknemiste järjekord ei muutu.

Puu lahutusvõime e resolutsioon, polütoomia.
Puu konstrueerimisel eeldatakse et ühest liigist tekib kaks ja ainult kaks uut liiki. Kui tekib enam liike on puu lahendamatu. Polütoomia puhul ongi puul sõlm, millest põlvneb rohkem kui kaks haru. Tugeva polütoomia korral on väga lühikese aja jooksul tekkinud mitu uut liiki, puud pole võimalik lahendada. Pehme polütoomia korral ei ole piisavalt infot/andmeid, kui saame infot juurde, siis polütoomia laheneb ja saame täielikult lahendatud puu kus kõik hargnemised on dihhotoomsed.

Molekulaarsete andmete eelised ja puudused võrreldes morfoloogiliste tunnustega.
Eelised:

DNA ja valgu järjestused on rangelt pärilikud
Tunnuste ja tunnuse seisundite kirjeldus on üheselt mõistetav
Tunnused on sõltumatud
Saab kasutada matemaatilisi mudeleid
Saab võrrelda väga erinevaid organisme
Informatsiooni suur hulk

Puudused:

Tunnuse seisundite väike hulk tekitab homoplaasiate probleemi
Proovide võtmise probleem
Fossiilseid taksoneid ei saa üldjuhul kaasata

Geenipuu ja liigipuu? Mis võib põhjustada erinevusi geenipuu ja liigipuu vahel?
Liigipuu kujutab liikide evolutsioonilist arengukäiku. Sisemised sõlmed kujutavad liigitekke sündmusi.
Geenipuu kujutab geenide evolutsioonilist arengukäiku. Sisemised sõlmed kujutavad geeniduplikatsioone ja/või liigitekke sündmusi. Geenipuu ei ole identne liigipuuga, ühele liigipuule võib vastata palju geenipuid.
Põhjused miks geenipuu ei ole liigipuuga identne:

Liinide mittetäielik sorteerumine
Geenide duplikatsioon ja kadumaminek
Horisontaalne geeniülekanne
Hübridisatsioon
Rekombinatsioon

Iseloomustage homoloogsete geenide tüüpe ( orto -, para- ja ksenoloogsed geenid). Milliseid neist eelistatakse fülogeneesipuu konstrueerimisel ja miks?
Ortoloogsed geenid on homoloogsed geenid, mis on tekkinud liigitekke teel ühisest eellasgeenist. Ehk geenid kahest eri liigist, mis pärinevad ÜHEST geenist nende liikide viimases ühises eellases. Liikidevaheliste genealoogiliste suhete rekonstrueerimiseks tuleb võrrelda ortolooge.
Paraloogsed geenid on homoloogsed geenid, mis on tekkinud eellasgeeni duplitseerumise tulemusel. Paraloogid on samast liigist pärit järjestused, millel on üks ühine eellane. Vt küs.10.
Ksenoloogsed geenid on homoloogsed geenid, mis on tekkinud horisontaalse geeniülekande tulemusena.
DNA evolutsiooni mudelid

Mis on DNA järjestuste mutatsiooniline küllastumine ja kuidas see mõjutab fülogeneesipuude konstrueerimist?
Mutatsiooniline küllastumine ehk sama nukleotiidipositsiooni mitmekordne muteerumine. Mida kauem aega tagasi järjestused lahknesid ja mida kiiremini nad evolutsioneeruvad, seda suurem on mutatsiooniline küllastumine ja seda enam hinnatakse tegelikku asenduste arvu alla ehk hinnatakse alla tegelikku evolutsioonilist muutust.

Mis on DNA evolutsiooni mudelid ja milleks neid kasutatakse?
DNA evolutsiooni mudelid on matemaatilised mudelid, mis kirjeldavad nukleotiidi asendusi DNAs. Asendusi DNA järjestuses kirjeldatakse Markovi mudeli abil, mis on üleminekutõenäosustega seotud seisundite jada. Nukleotiidipositsioonil on neli seisundit: A, C, G, T. markovi mudel määratleb ühest seisundist teise ülemineku tõenäosuse ehk annab nukleotiidi asenduse tõenäosuse.

Milles on sarnased ja mille poolest erinevad Jukes-Cantori üheparameetriline ja Kimura kaheparameetriline mudel?
Nii JK kui Kimura mudeli kohaselt toimuvad asendused juhuslikult kõigi nelja nukleotiiditüübi vahel, nukleotiidipositsioonid on samaväärsed ning nukleotiidid on samaväärsed. Samuti on sarnasuseks see, et mõlemas mudelis kõigi nelja nukleotiiditüübi sagedused järjestustes on võrdsed. JK üheparameetrilise mudeli puhul on kõigi asenduste kiirused võrdsed, kuid Kimura kaheparameetrilise mudeli kohaselt on transitsioonidel ja transversioonidel erinevad kiirused.

Iseloomustage Hasegawa, Kishino ja Yano mudelit ning üldist pööratavat mudelit.
HKY ja üldine pööratav mudel diferentseerivad asenduste kiirusi ja järjestuste aluspaarilist koostist.

Millised eeltingimused peavad olema täidetud, et DNA evolutsiooni mudelid, mis diferentseerivad asenduste kiirusi ja järjestuste aluspaarilist koostist, töötaksid korrektselt? Milliseid kõrvalekaldeid eeldustest võib esineda? Tooge näiteid mudelitest, mis neid kõrvalekaldeid arvesse püüavad võtta!
Eeldused:

Mudelist tulenevad asenduse kiirused kehtivad kõigile nukleotiidipositsioonidele. Kõrvalekalded: keskmised asenduse kiirused imetajate geenides ja pseudogeenides on erinevad. Asenduse kiiruse varieerumist nukleotiidipositsiooniti võtavad arvesse GTR + I, GTR + Γ, GTR + I + Γ.

Nukleotiidi asendus ühes nukleotiidipositsioonis ei mõjuta nukleotiidi asendust teistes nukleotiidipositsioonides. Kõrvalekalded: kompensatoorsed asendused rRNA geenides (C  G asendus).

Asenduse kiirus on konstantne ajas ja liinides. Kõrvalekalded: asenduste kiiruse muutumine ajas on iseloomulik valkude evolutsioonile. Covarion mudelid võimaldavad nukleotiidipositsioonidel lülituda ühelt kiirusklassilt teisele. Selle tulemusena saab evolutsiooni kiirus konkreetses nukleotiidipositsioonis liiniti erineda.

Järjestuste aluspaariline koostis on tasakaalus, st kõigi vaadeldavate järjestuste aluspaariline koostis on enam-vähem ühesugune. Kõrvalekalded: 16S rRNA alusel tehtud termofiilsete ja mesofiilsete bakterite puu rühmitab bakterid valesti. LogDet meetod lubab aluspaarilise koostise varieerumist liiniti.

Mis on DNA järjestuste evolutsiooniline e geneetiline kaugus ja kuidas seda hinnatakse?
Järjestuste geneetiline kaugus mõõdab nende homoloogsete järjestuste erinevust. Järjestuste geneetilist kaugust mõõdetakse neis toimunud asenduste arvuga. Kauguse hinnang = järjestuste võrdlemisel tuvastatud asenduste arv jagatud järjestuse pikkus.

Mida tuleb arvestada DNA evolutsiooni mudeli valimisel?
mida rohkem on mudelil parameetreid, seda paremini kirjeldab see tegelikkust, aga seda suurem on parameetrite hindamisest tulenev määramatus. Tuleb kasutada minimaalset arvu parameetreid, mis annavad mõistliku tulemuse.
Fülogeneesipuude konstrueerimise meetodid

Võrrelge distantsmeetodeid meetoditega, mis kasutavad diskreetseid tunnuseid.
Distantsmeetodid – kõigepealt arvutatakse järjestuste geneetilised kaugused, leitakse kõikide paaride kaugused, koostatakse kauguste maatriks ja selle põhjal arvutatakse puu:

Arvutavad joondatud järjestuste paariviisiliste kauguste maatriksi
Tuletavad puu topoloogia
Hindavad iga haru pikkust

Diskreetsetel tunnustel põhinevad meetodid:

Võtavad vahetult arvesse igat nukleotiidipositsiooni
Tuletavad puu topoloogia
Hindavad iga haru pikkust
Võimaldavad rekonstrueerida väljasurnud eellaste tunnused
Annavad infot, millised asendused igal harul on toimunud.

Millistele nõuetele peavad vastama järjestuste geneetilised kaugused, mida kasutatakse puu konstrueerimiseks?
Kaugused mida kasutatakse graafi arvutamiseks peavad olema
Meetrilised:

ei saa olla negatiivsed,

peavad olema sümmeetrilised,

mistahes kahe järjestuse geneetiline kaugus ei ole suurem kui kummagi järjesuse ja kolmanda järjestuse geneetiliste kauguste summa.
Aditiivsed: nelja punkti tingimus – kolmest summast on kaks suuremat võrdsed.

Võrrelge klastermeetodeid optimummeetoditega.
Klastermeetodid rühmitavad järjestusi sarnasuse alusel ja algoritmi järgides , liiguvad samm-sammult puuni. On kiired ja peaaegu alati konstrueerivad ühe puu. Kuid ei võimalda hinnata konkureerivaid hüpoteese ja saadud puu võib sõltuda järjestuste lisamise järjekorrast.
Optimummeetodid valivad puude hulgast kõige sobivamad kasutades mingit optimaalsuskriteeriumit. Võimaldavad hinnata iga puu sobivust andmetele. Võimaldavad võrrelda konkureerivaid hüpoteese/puid. Kuid on arvutuslikult väga kallid ning optimaalse puu leidmiseks pole teada tõhusaid algoritme. Suurema arvu järjestuste korral pole parima puu leidmine garanteeritud.

Iseloomustage kaalumata paaride meetodit aritmeetilise keskmisega (UPGMA).
UPGMA meetod on distantsmeetod, mis kasutab klasterdamisalgoritmi. UPGMA eelduseks on, et puu on ultrameetriline ehk juurest kõigi tippudeni peab harudepikkuste summa olema sama. Eeldab, et evolutsiooni kiirus on konstantne üle kogu puu.

Võrrelge minimaalse evolutsiooni (minimum evolution) ja naabrite ühendamise (neighbour joining ) meetodit.
Minimaalse evolutsiooni meetod on distantsmeetod aditiivsete puude konstrueerimiseks. Optimummeetod, mis valib kõige lühema puu.
Naabrite ühendamise meetod on klastermeetod, mis naabrite tuvastamisega minimeerib puu pikkust. Naabrid on kaks OTUt mis on juurimata dihhotoomsel puul ühendatud üheainsa sisemise sõlme kaudu. Alustustatakse tähekujulisest puust. Kõiki OTUde paare vaadeldakse võimalike naabritena ning naabriteks valitakse paar, mille korral puu kogupikkus on kõige väiksem. Samamoodi leitakse järgmised naabrid kuni puu on lahendatud ja kõik harude pikkused teada.

Kuidas hindab puu harude pikkusi kaalumata paaride meetod aritmeetilise keskmisega (UPGMA) ja kuidas Fitch-Margoliash´i meetod?
UPGMA meetodi puhul haru pikkus = järjestuste geneetilise kauguse aritmeetiline keskmine. Kui evolutsiooni kiirus on konstantne, saadakse õiged pikkushinnangud, kui aga ei ole, saadakse valed.
FT meetodi korral on kolme järjestuse puul harude pikkused üheselt määratud. Rohkem kui kolme järjestuse korral leitakse servade pikkused ühendtaksonite vahendusel.

Iseloomustage vähimruutude ( least squares) meetodit.
Vähimruutude meetod mõõdab distantsmaatriksis toodud ja patristiliste kauguste erinevust. Valib puu, mille korral on nende kauguste erinevus kõige väiksem. Ehk eelistab sellist puud, mille paariviisiliste ja puu kauguste vahede ruutude summa on vähim. Vähimruutude meetod võimaldab leida harude pikkused mistahes topoloogiale.

Iseloomustage säästumeetodit (maximum parsimony).
Puu konstrueeritakse kasutades vähimat võimalikku asenduste hulka. Kasutab DNA järjestusi otse. Tehakse mitu võimalikku puud ning nendest valitakse väiksema asenduste arvuga puu. Ehk valitakse kõige säästlikum puu.

Kuidas rekonstrueeritakse eellasjärjestused (säästureeglid, Farrise optimeerimine)?
Säästumeetodil – ellasjärjestuse rekonstrueerimisel kasutatakse selle eellasjärjestuse vahetuid järglasi. Leitakse ühisosa – kui tunnuse seisund hulkades a ja b on sama, siis on see ka nende ühisel eellasel, kui erinev siis on nende ühisel eellasel nende hulkade ühisosa.
Farrise optimeerimine – iga sõlm saab tunnuse seisundi, mis on antud sõlme ja selle eellase ühisosa.

Millised on säästumeetodi eksimused? Mis on vigade põhjuseks?
Pika haru probleem – homoplaasiad eksitavad säästumeetodit. Võib esineda juhul, kui evolutsiooni kiirus varieerub liiniti. Kui vale puu on säästlikum kui tegelik puu, siis säästumeetod eelistab valet puud, kuna seal on vähem asendusi.

Selgitage tõepära meetodite põhimõtet.
Alustuseks arvutatakse tõepära ühele nukleotiidipositsioonile. Arvutatakse tõenäosus näha tippudes teatud nukleotiide. Mõni neist võimalustest võib olla vähem täenäoline kui teised, kuid mitte ühegi variandi tõenäosus ei võrdu nulliga. Tõenäosused liidetakse kokku ja saadakse tõepära. Eeldades, et nukleotiidipositsioonid evolutsioneeruvad sõltumatult, korrutatakse kõigi nukleotiidipositsioonide tõepärad ning saadakse kogu puu tõepära väärtus. arvutatakse kõik võimalikud puud ja nende tõepärad ning otsitakse parimad puud.

Iseloomustage järgmisi optimaalse puu otsingu strateegiaid: põhjalik otsing, branch -and- bound search ja heuristiline otsing.
Põhjalik otsing – arvutatakse kõik võimalikud puud.
Branch-and-bound – ignoreeritakse eelmisest pikemaid puid. Kaudselt hinnatakse kõiki võimalikke puid, kuid kõiki puid ei arvutata läbi. Puud, mis on halvemad kui kehtiv lävend ja ka kõik nendest puudest järjestuste lisamisel saadavad puud jäetakse vahele. Lävendist parem puu võetakse uueks lävendiks. Ehk ei uuri kui lävendist suurem väärtus, kui väksem lävendist, siis uuritakse ja võetakse uueks lävendiks.
Heuristiline otsing – tegeletakse ainult väikese osaga kõigist võimalikest puudest. Võimalikke puid võib vaadelda maastikuna, kus parimad puud paiknevad küngaste tippudes ja halvimad asuvad orgudes. Heuristiline otsing alustab juhusliku puuga, mis võib asetseda orus. Algsel puul paigutatakse oksi ümber, et leida parim puud, mis asub kõige kõrgema künka tipus.

Milliseid puu ümberkorraldamise strateegiaid kasutatakse heuristilise otsingu korral? Kirjeldage neid (lähimate naabrite vahetus – nearest neighbor interchange, alampuu pügamine ja taasühendamine – subtree pruning and regrafting, puu kaheks jagamine ja taasühendamine – tree subsection and reconnection, star decomposition).
Kõigepealt konstrueeritakse esialgne puu (star decomposition). Tippude järk-järgulise lisamisega liigutakse parima puu suunas. esialgse puu paremaks muutmine:

Lähimate naabrite vahetus – vaadeldakse kõiki võimalikke vahetusi lähimas topoloogilises naabruses ja valitakse parim.
Alampuu pügamine ja taasühendamine – katkestakse üks haru ning hakatakse seda paigutama erinevatele servadele ning valitakse parima skooriga puu.
Puu kaheks jagamine ja taasühendamine – puu mingi serv katkestatakse, tekib kaks puud, mida hakatakse erinevaid servasid pidi ühendama ning valitakse parim.

Iseloomustage Bayesi meetodit ja selle kasutamist fülogeneetikas.
Bayesi teoreemil põhinev statistiline tööriist, mis võimaldab varasemast teadaolevat infot kombineerida uute hüpoteesidega. Püüab hinnata puu tõenäosust, võttes arvesse eelteadmisi puu kohta. Bayesi meetod võimaldab lisaks DNA järjestusest saadud infole kasutada ka järjestusest sõltumatut infot. Kui on lisateavet, saab mõnele puule anda suurema aprioorse tõenäosuse, kui ei saavad kõik võrdse aprioorse tõenäosuse. Ehk Bayesi valemit kasutades püütakse hinnata puu aposterioorset tõenäosust.

Milliste kriteeriumide alusel hinnatakse fülogeneesipuude konstrueerimise meetodeid ? Võrrelge meetodeid nende kriteeriumide põhjal.

Efektiivsus – kiirus arvutusaja suhtes. Klaster ja distantsmeetodid (UPGMA ja NJ) on kiired meetodid. Säästumeetod on piisavalt kiire sadade järjestuste analüüsiks. Optimummeetodid on arvutuslikult aeganõudvad. Suurima tõepära meetod on kõige aeganõudvam.
Võimsus – kui palju andmeid vajab ja kui suurt osa andmestikust kasutab. Distantsmeetodid (UPGMA, NJ, ME – min.evo) kaotavad osa infost, kui muudavad originaaladmed järjestuste evolutsioonilisteks kaugusteks. Säästumeetod kasutab ainult säästumeetodi-informatiivseid nukleotiidipositsioone. Ainult säästumeetod saab hõlpsasti kasutada indeleid. Suurimatõepära meetod võib eirata nukleotiidipositsioone, milles mõne taksoni järjestustel puudub nukleotiid (indelid). Suurima tõepärameetod ja säästumeetod on võimsad meetodid – vajavad suht vähe tunnuseid.
Kooskõlalisus – kooskõlalisus õige puuga; andmete juurde tootmisel konstrueerib õige puu. Puude konstrueerimise meetodid ei ole kooskõlalised, kui asendused pole sõltumatud ja võrdselt tõenäolised kõigis nukleotiidipositsioonides. Distantsmeetodid ei ole kooskõlalised, kui kaugused pole aditiivsed. UPGMA ei ole kooskõlaline ka siis, kui evolutsiooni kiirus varieerub liiniti – kaugused pole ultrameetrilised. Säästumeetodil ja suurima tõepära meetodil pikkade harude probleem.
Robustsus – tundlikkus eeldustest kõrvalekaldumiste suhtes. Suurima tõepära meetod on kõige robustsem. UPGMA kõige tundlikum kõrvalekallete suhtes. Ülejäänud meetodite robustsus sõltub mitmekordsete asenduste arvestamisest, tunnuste ja tunnuse seisundite kaalumisest.
Falsifitseeritavus – teoreetilise väite põhimõtteline ümberlükatavus vaatluste või katsete põhja.

Konstrueeritud puude statistilise usaldusväärsuse hindamine

Iseloomustage bootstrap meetodit. Mille poolest erinevad bootstrap ja Jack- knife ?
Bootstrap ehk saapapaela meetod hindab valimiviga, s.o andmetest tulenevat viga, ei hinda konstrueeritud puu vastavust tegelikule puule. Jack-knife erineb bootstrapist pseudokoopiate koostamise strateegialt. Jack-knife meetod kasutab vähem informatsiooni (vähem pseudoandmestikke), kui bootstrap meetod. Kui jack-knife meetodis keskendutakse rohkem statistikute standardhälvete arvutamisele, siis bootstrap meetodi eesmärgiks on lisaks ka statistiku jaotust hinnata.

Mille poolest erineb parameetriline bootstrap bootstrapist?
Parameetriline bootstrap – valimid genereeritakse konstrueeritud puu ja mudeli parameetrite põhjal. Klassikaliselt on bootstrap-meetod mitteparameetriline ehk me ei tee jaotuse kohta mingeid eelduseid. Juhul kui meil on aga teada, millisesse jaotusesse võiks uuritav tunnus kuuluda , on võimalik kasutada parameetrilist bootstrap meetodit.

Mida hindab kooskõlaaste (goodness of fit) ja mida püsivusindeks (consistency index) ning kuidas need arvutatakse?
Kooskõlaaste hindab distantsmeetodiga konstrueeritud puu sobivust andmetega .
d – distantsmaatriksis esitatud kaugushinnang
p – patristiline (puult mõõdetud) kaugus
Püsivusindeks mõõdab andmete ja puu sobivust. Ühe informatiivse positsiooni kohta:
mj – minimaalne võimalik asenduste arv j-ndas positsioonis antud positsioonile kõige säästlikuma topoloogia korral ci=mj/sj
sj – minimaalne võimalik asenduste arv j-ndas positsioonis antud topoloogia korral

Milleks kasutatakse konsensuspuid? Iseloomustage järgmisi konsensuspuude tüüpe: range, enamusreegli ja Adamsi konsensuspuu.
Konsensuspuu esitab kõigi vaadedud puude ühisosa, puude vastuolu kujutab polütoomiana.
Range konsensuspuu esitab klaadid, mis on kõigil vaadeldud puudel.
Enamusreegli konsensuspuu esitab klaadid, mis on >50% vaadeldud puudest.
Adamsi konsensus leiab kasutamist juuritud puude võrdlemisel, kui mõne taksoni asukoht on vaadeldud puudel väga erinev. Esitab alampuu, mis on kõigil vaadeldud puudel.

Mida mõõdab puude topoloogiline kaugus? Kuidas leitakse kahe dihhotoomselt haruneva juurimata puu topoloogiline kaugus? (Näide!)
Puude topoloogiline kaugus mõõdab kahe puu topoloogiliste erinevuste ulatust. Vaadatakse kõiki sisemisi servasid ja vaadatakse millise katkestamisel saadatakse alampuud, mis teineteisest erinevad.
Puule juure leidmine

Mis on fülogeneesipuu juur ja kuidas see leitakse (juurimine välisrühma abil ja juure leidmine eeldades molekulaarse kella olemasolu)?
Juur on uuritavate taksonite kõige viimane ühine eellane (MRCA).
Välisrühma meetod – välisrühm võimaldab tuvastada tunnuse ürgse seisundi. On vaja teada, milline tunnuse alternatiivsetest seisunditest on primitiivne ja milline uus. Tunnuse ürgset seisundit on võimalik tuvastada rühma mitte kuuluva, kuid lähedase rühma (välisrühma) samu tunnuseid uurides.
Meetodid, mis eeldavad molekulaarse kella olemasolu analüüsivad ainult siserühma.

Juurimine puu keskpunktist – juur paigutatakse kaht kõige kaugemat taksonit ühendava lõigu keskpunkti. Kõik taksonid on juurest võrdsel kaugusel.
UPGMA konstrueerib alati juuritud puu

Mis muudab keeruliseks universaalse elu puu juurimise ?
Kõik Maal elavad rakulised organismid jagunevad kolme selgelt eristuvasse domeeni: eukarüoodid , arhed ja eubakterid. Juur paikneb eubaktereid arhede ja eukarüootidega ühendaval harul. Arhed ja eukarüoodid on sõsarklaadid.
Fülogeneesipuude juurimisel kasutatakse tavaliselt välisrühma meetodit. On vaja teada, milline tunnuse alternatiivsetest seisunditest on ürgne ja milline uus. Tunnuse ürgset seisundit on võimalik tuvastada rühma mittekuuluva, kuid lähedase rühma (välisrühma) samu tunnuseid uurides. Välisrühma tunnuse seisund on ürgne. Paraku kolme domeeniga universaalse elu puu puhul pole välisrühma võtta – see on unikaalne situatsioon, kus kõik organismid kuuluvad siserühma.
Võrkude kasutamine fülogeneesi kujutamisel

Milleks kasutatakse fülogeneesivõrke? Võrrelge split network -i ja juuritud fülogeneesivõrku.
Võrk esitab mitu alternatiivset fülogeneesipuud, visualiseerib ühildamatused. Split network on 2D võrk, mis esitab kõik andmetes esinevad splitid. Kokkusobimatuid splitte kujutatakse võrgul rööpkülikuna. Igale servale vastab split. Iga sisesõlm ei pruugi vastata hüpoteetilisele eellasele.
Juuritud fülogeneesivõrgul esineb erinevalt split networkist juur.

Kuidas konstrueeritakse taandatud mediaanvõrk (reduced median network) ( eeltöötlus , võrgu konstrueerimine , võrgu taandamine)?
Mediaanvõrgu taandamisel saadud võrk, kus on ebatõenäolised rajad kustutatud. Mediaanvõrgu lihtsustamisel asendatakse eeldatavad homoplaassed tunnused kahe eraldi tunnusega. Saadakse suurem andmemaatriks, mis sisaldab vähem homoplaasiaid. Tunnuse jagamisel võetakse arvesse tunnustele omistatud kaalud ja füogeneesiraja valimisel vastavate haplotüüpide sagedused populatsioonis.

Eeltöötlus – andmed viiakse binaarsele kujule, st igat varieeruvat nukleotiidipositsiooni vaadeldakse splitina. (Mittevarieeruvad nukleotiidipositsioonid kustutatakse. Nukleotiidipositsioonid mis toetavad sama splitti, ühendatakse üheks tunnuseks, liites ka nende kaalud.) Identsed haplotüübid ühendatakse ja leitakse haplotüüpide sagedused.

Mediaanvõrgu konstrueerimine – iga tunnus jaotab järjestused kaheks teinetest välistavaks hulgaks, kokkusobimatud tunnused tekitavad võrgu.

Taandamine – kui tunnuse 1 kaal on oluliselt väiksem kui tunnuse 2 kaal, siis asendatakse tunnus 1 kahe eraldi tunnusega 1a ja 1b.

Kuidas konstrueeritakse ühendatud mediaanide võrk (median-joining network)?
Arvutatakse kauguste maatriks. Konstrueeritakse minimaalkauguste võrk (MSN) – tehakse minimaalkauguste puu, mis ühendab kõik antud järjestused nii, et ei tuletata lisasõlmi, ei teki tsükleid ja puu kogupikkus on minimaalne. Kõik minimaalkauguste puud, mis antud andmestiku põhjal saab konstrueerida , ühendab minimaalkauguste võrku (MSN). Farrise algoritm lisab minimaalkauguste puu kogupikkuse vähendamiseks puuduvaid mediaanvektoreid. Lõplik ühendatud mediaanide võrk on valimis sisalduvate ja hüpoteetiliste haplotüüpide minimaalkauguste võrk.

Mis on mediaanvektor? Mediaanvektori konstrueerimine haplotüüpide kolmikule binaarsete ja ≥2 tunnuse seisundiga tunnuste korral. (Näited!)
Mediaanvektor konstrueeritakse kõigile sellistele järjestuste kolmikutele, milles üks järjestus on ühendatud kahe ülejäänuga ning mediaanvektori lisamisel puu kogupikkus väheneb.
Mediaanvektor arvutatakse kõigile haplotüüpide kolmikule. Võrku lisatakse juhul, kui sellist haplotüüpi võrgus veel pole.
Tunnusel võib olla ≥2 seisundit.
tunnused millel on >2 seisundit  3 mediaanvektorit.
Nt. Y kromosoomi haplogrupi N-O mediaanvõrk – paigutatakse maakaardile, kas erinevatesse klaadidesse kuuluvad indiviidid on levinud erinevates geograafilistes piirkondades.
Fülogenoomika

Iseloomustage liigipuu konstrueerimise meetodeid, mis kasutavad mitme geenilookuse või kogu genoomi järjestusi (genoomi üldiseid tunnuseid kasutavad meetodid ja DNA järjestusi kasutavad meetodid).
Meetodid, mis kasutavad genoomi üldisi tunnuseid:

Oligomeeride sagedused – kasutada võib kogu genoomi järjestust, ainult kodeerivaid järjestusi või valkude AH- lisi järjestusi. Ainult üks parameeter – oligomeri pikkus K. Homolooge pole vaja tuvastada, järjestusi pole vaja joondada. Oligomeeride sageduste põhjal arvutatakse distantsmaatriks. Puu konstrueerimiseks kasutatakse distantsmeetodeid.
Geenide sisaldus genoomis – puud konstrueeritakse distantsmeetoditega: liikide evolutsioonilist kaugust hinnatakse jagatud ortoloogsete geenide osakaalu põhjal. Või säästumeetodiga: taksonile omistatakse skoor vastavalt homoloogsete geenide olemasolule.
Geenide järjekord genoomis – korreleerub organismide evolutsioonilise kaugusega. Liikide evolutsioonilist kaugust hinnatakse geenide järjekorra muutmiseks vajaliku ümberkorralduste arvuga.

Meetodid, mis kasutavad DNA järjestusi:

Konstrueeritakse kõikide geenide geenipuud. Liigipuu hinnang kujuneb geenipuude põhjal.
Individuaalsete geenide järjestused liidetakse üheks järjestuseks. Puu konstrueeritakse individuaalsete geenide liitmise teel saadud supermaatriksi põhjal.

Iseloomustage „supermaatriksi“ meetodit.
Supermaatriksimeetod on DNA järjestusi kasutav liigipuu konstrueerimise meetod, kus individuaalsete geenide järjestused liidetakse üheks järjestuseks. Puu konstrueeritakse individuaalsete geenide liitmise teel saadud supermaatriksi põhjal. Supermaatriksi meetodid eeldavad et vaadeldavatel geenidel on identsed evolutsioonipuud, kuid võimaldavad geenidele erinevaid DNA evolutsiooni mudeleid. Kõik valimis olevad liigid ei pea olema esindatud kõigi puu konstrueerimiseks kasutavate ortoloogsete geenide järjestustega.

Iseloomustage konsensusmeetodit.
Konstrueeritakse kõikide geenide geenipuud. Liigipuu hinnang kujuneb geenipuude põhjal. Konsensusmeetodi liigipuu hinnang = geenipuude konsensuspuu.

Kuidas mõjutab liigipuu konstrueerimist sügav koalestsents e liinide mittetäielik sorteerumine?
Liigipuu sees on palju geenipuid. Geenipuud ei pruugi olla identsed üksteisega ega liigipuuga. Ebakõla peamiseks põhjuseks on liinide mittetäielik sorteerumine. Liinide mittetäielikku sorteerumist esineb rohkem hiljutise lahknemisega liigipuude korral. Saab nähtavamaks, kui iga liiki esindab mitu indiviidi.
Ehk ühes liigis mitme geeni järglased.

Kirjeldage mitmele populatsioonile kohaldatud koalestsentsi mudelit (multispecies coalescent model). Milleks seda mudelit kasutada saab?
Kohaldab koalestsentsi mudeli ahelpopulatsioonidele, mida ühendab evolutsioonipuu. Mudel võimaldab arvesse võtta erinevatest liikidest pärit geeniliinide koalestseerumise sügavamas minevikus kui neid geene kandvate liikide lahknemine. Võimaldab hinnata geenipuu tõenäosusjaotust antud liigipuu korral.
Koalestsentsi kiirus taastatakse algseks kui liinidest tekib uus liik. Geenid jagunevad ennem liike.

Tooge näiteid molekulaarse fülogeneetika rakendustest.

Valkude evolutsiooni uurimine – nt kofeiini biosünteesi konvergentne evolutsioon
Kladistika – fülogeneetiline süstemaatika.
Anatoomiliselt moodsa inimese päritolu uurimine – mtDNA uurimine erinevatest geograafilise päritoluga populatsioonidest – kõik need mtDNAd on pärit ühelt naiselt, kes elas 200 000 aastat tagasi, ilmselt aarfikas.
Fülogeograafia – kirjeldab geograafilisi protsesse, sündmusi ja levikut ja fülogeneetilisi seoseid ning seaduspärasusi ja üksikute geneetiliste liinide seoseid taksoni siseselt. nt pruunkarude fülogeograafiliste suhete uurimine mitogenoomi põhjal.
Molekulaarne epidemioloogia – nt tuberkuloosi tekitaja globaalse fülogeograadia uurimine.

Molekulaarse evolutsiooni kiirus ja fülogeneesipuu kalibreerimine

Milliseid ajaühikuid kasutatakse mutatsioonikiiruse väljendamiseks?
Ajaühikuks võib olla DNA replikatsioonitsükkel, põlvkond või aasta. Suguliselt paljunevatel eukarüootidel on tavaliselt mutatsioonikiirus väljendatud põlvkonna kohta. Prokarüootidel või pärmil on mõttekas mutatsioonikiirust mõõta raku jagunemise kohta.

Inimese genoomi keskmine mutatsioonikiirus (number suurusjärgu täpsusega, ühik)? Gripiviiruse?
Keskmiselt 1x10-9 mutatsiooni aluspaari kohta põlvkonnas. Kui korrutada see diploidse genoomis suurusega (2*3,2*109) saame: (1*10-9 mut/bp/gen) * (2*3,2*109bp) = 6,4 mutatsiooni generatsiooni kohta.

Iseloomustage 3 võimalust, kuidas hinnata mutatsioonikiirust fülogeneesi- ja sugupuude abil.

Fülogeneetilisel puul: Tipu vanuse, nt vana DNA põhjal – indiviidi surma aeg ja pärast seda teistest harudest tekkinud mutatsioonide (keskmine) arv on teada.
Fülogeneetilisel puul: Sõlme/lahknemise vanuse põhjal – harva fossiil , enamasti kaudne teadmine lahknemisest. Lahknemise aeg ja mutatsioonide arv harudel on teada.
Sugupuu abil: väiksete olendite või rakukultuuride puhul on sarnane meetod mutatsiooni koguv liin.

Kirjeldage fülogeneesipuu harupikkusi molekulaarse kella kohasel puul ja ilma kellata puul.
Kellaga harupikkustel on piirang, ultrameetriline. Ilma kellata on harupikkused piiramata.
BEAST

Nimetage 3 asja, mida saab teha mudelipõhise fülogeneetilise analüüsiga, aga ei saa teha ilma mudelita.
Mudelipõhisteks meetoditeks on suurima tõepära meetod ja Bayesi meetod. Mudelid on vajalikud, et kompenseerida mutatsioonilist küllastumist, et kaasata eelteadmisi evolutsiooni/puu kohta. mudelisse saab kaasata peale kitsalt evolutsioonipuu omade ka teisi parameetreid.

Kas Bayesi meetod annab parameetritele punkthinnangud? Kommenteeri vastust.
Ei. Bayesi meetodi puhul pole parameetritel punkthinnanguid, vaid jaotused.

Mis on “mägironimise” algoritmi eesmärk?
Optimaalse puu otsimisel võib võimalikke puid vaadelda maastikuna, kus parimad puud paiknevad küngaste tippudes ja kehvemad orus, ümberkorraldusi tehes liigub parema puu suunas. Algsel puul hakatakse oksi ümber paigutama, et leida parim puu. Võib harusid ümber paigutada, vahetada, puu katkestada ja taasühendada jne, et leida paim puu.

Mida tähendab “burn-in” (Bayesi) MCMC (Markov Chain Monte Carlo) analüüsi kontekstis?
Burn-in tähendab Markovi ahela esialgse osa välja viskamist ennem MCMC jooksutamist.

Mis on Bayesian Skyline Plot ? (Lühidalt, üldiselt.)
Võimaldab hinnata populatsiooni efektiivset suurust ja selle muutumist ajas.

Millise tarkvara abil saab hinnata, kas programmi BEAST Bayesi analüüs on õnnestunud/töötanud piisavalt kaua? Nimetage kaks asja, mida sel puhul selle tarkvara abil analüüsi logis vaadata?

Valik

Mis on negatiivne valik ja taustvalik (background selection)? Milline on nende mõju populatsiooni geneetilisele mitmekesisusele?
Negatiivne ehk puhastav valik eemaldab kahjulikke mutatsioone ja vähendab populatsiooni geneetilist mitmekesisust. Koos kahjulike mutatsioonidega eemaldab puhastav valik ka kahjulike mutatsioonidega aheldunud neutraalsed mutatsioonid. Taustvaliku tõttu väheneb populatsioonis neutraalne varieeruvus ja suureneb väikese sagedusega neutraalsete mutatsioonide osakaal.

Iseloomustage positiivset valikut ja valikulist luuatõmmet (selective sweep ). Milline on nende mõju populatsiooni geneetilisele varieeruvusele?
Positiivne valik soosib kasulikke mutatsioone ja suurendab nende geenivariantide fikseerumise tõenäosust. Populatsiooni geneetiline mitmekesisus väheneb, kuna kasulike alleelide osakaal populatsioonis suureneb. Positiivse valikuga kaasneb valikuline luuatõmme.
Valikuline luuatõmme toimub kui tekib kasulik mutatsioon ühes liinis ning valik hakkab seda soosima koos aheldunud looksutega ning see fikseerub üsna kiiresti. Kasuliku mutatsiooniga aheldunud neutraalsete mutatsioonide sagedus suureneb ning alleelid mis pole kasuliku mutatsiooniga aheldunud, kaovad populatsioonist. Ehk toimub populatsiooni geneetilise mitmekesisuse vähenemine ja kasuliku mutatsiooni naabruses paiknevate neutraalsete alleelide sageduse tõus populatsioonis.

Kirjeldage neutraalset e Wright-Fisheri mudelit. Kuidas seda mudelit valiku tuvastamisel kasutatakse?
Mudel eeldab, et populatsiooni suurus on konstantne ajas, toimub juhuslik ristumine , lisandub sama palju mutatsioone kui triiviga kaob. Valik puudub, migratsioone pole. Rekombinatsioon puudub, lõpmatu arv nukleotiidipositsioone. WF mudeli kohaselt on geenitriiv ainus evolutsioonijõud. Oluliseks eelduseks on, et põlvkonnad ei kattu.

Mida mõõdab parameeter teeta (Θ) ja kuidas seda empiiriliselt hinnatakse?
Teeta on DNA järjestuste eeldatav varieeruvus neutraalse mudeli korral. Θ = 4Neμ, kus Ne on efektiivne populatsiooni suurus ja µ on mutatsioonikiirus. Teeta väärtust saab hinnata keskmise paaride vahelise erinevuse π abil. See on kõigi võimalike järjestuste paaride summa jagatud paaride arvuga. Eeldusel, et kehtib lõpmatute saitide mudel.

Milliseid näitajaid võrdleb Tajima D? Millele viitab positiivne (D > 2), negatiivne (D
Tajima D võrdleb järjestuste keskmiste paariviisiliste erinevuste arvul (π) ja segregeeruvate saitide arvul (s) põhinevat teeta (Θ) hinnangut. Positiivne Tajima D esineb, kui on palju paariviisilisi erinevusi võrreldes segregeeruvate saitidega – tasakaalustav valik. Negatiivse D korral on vähe paariviisilisi erinevusi ja palju segregeeruvaid saite – positiivne valik ja/või populatsiooni suurenemine. Kui D on nullilähedane, siis paariviisiliste erinevuste ja segregeeruvate saitide arv on ligikaudselt võrdne – neutraalne evolutsioon.

Millised on Tajima D puudused selektsioonitestina?
Tajima D väärtust mõjutavad geenipuu kuju ja sügavust kujundavad demograafilised tegurid. Nii positiivne valik kui ka populatsiooni suurenemine toob kaasa harvaesinevate variantide liiasuse. Nii tasakaalustava valiku kui ka alampopulatsioonide olemasolu korral esineb sagedaste variantide liiasus.

Mida mõõdab FST? Kuidas seda arvutatakse ja mis on selle skaala? Mida tähendab kõrge või madal FST väärtus? Milline FST väärtus võib viidata positiivsele valikule?
Fst on fikseerumisindeks – mõõdab populatsioonide geneetilist diferentseerumist.
FST =
= 1 – πS/πT
πT – järjestuste keskmine paariviisiliste erinevuste arv kahe erinevatest populatsioonidest võetud indiviidi vahel.
πS – järjestuste keskmine paariviisiliste erinevuste arv kahe samast popuatsioonist võetud indiviidi vahel.
Väärtused skaalas 0-1. Mida kõrgem FST, seda erinevamad on populatsioonid – kui väärtus on 0, siis võrreldavad populatsioonid on väga sarnased ja kui väärtus on 1 siis väga erinevad. Positiivset valikut iseloomustavad kõrged Fst väärtused. Kui Fst väärtus on suurem kui 0,35 viitab see sellele et on toimunud ühes populatsioonidest positiivne valik.

Mida võib ühe geeni FST väärtuse põhjal öelda populatsiooni valiku all olemise, isoleerituse või segunemise kohta? Miks?
Ühes populatsioonis on eelistatud üks alleel , teises populatsioonis teine alleel. Alguses on populatsioonid sarnased, kuid ajajooksul muutuvad erinevateks. Lookusi, mis on positiivse valiku all ühes populatsioonis ja teises mitte, iseloomustavad kõrged Fst väärtused. Fst väärtus 1 näitab populatsioonide täielikku isolatsiooni.

Selgitage koodonipõhiste neutraalsustestide põhimõtet.
Koodonipõhised testid kasutavad fakti, et valku kodeerivas DNA järjestuses võivad mutatsioonid olla sünonüümsed ja mittesünonüümsed. Eeldatakse, et sünonüümsed mutatsioonid pole valiku all.

Mis on ω? Mida tähendab ω väärtus 1, 1? Milline on enamasti ω väärtus ja miks?
ω võrdleb mittesünonüümsete ja sünonüümsete mutatsioonide määra.
kui ω Kui ω = 0 on tegu neutraalse evolutsiooniga.
Kui ω > 1 on tegu positiivse valikuga.
Enamasti on ω

.DOCX Laadi alla originaalfail 29 lk · .docx · 27 allalaadimist

Tasuta Faili alla laadimine on tasuta

~ 29 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2015-11-16 Kuupäev, millal dokument üles laeti

27 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

maria255 Õppematerjali autor

KK 20151

evolutsioon mutatsioon geenid mutatsioonid juur liigipuu fülogeneesipuu geenipuu säästumeetod alleel populatsioonid uurimine distantsmeetod konsensus

Sarnased õppematerjalid

doc

Populatsioonigeneetika eksam

Väiksem sagedus suurendab kadumamineku ja suurem sagedus fikseerumise tõenäosust. 5. Kuidas mõjutab (kasvatab või kahandab) juhuslik geenitriiv geneetilist diversiteeti populatsioonide sees ja vahel? Geenitriiv kahandab geneetilist diversiteeti populatsioonisiseselt ning kasvatab mitmekesisust populatsioonide vahel. Nt väike isoleeritud populatsioon võib lahkneda läbi geenitriivi mõju suuremast populatsioonist. 6. Seleta mõistet molekulaarne kell. Kui konstantne üldiselt selle kiirus on eri organismide vahel ja millest see sõltub? Molekulaarne kell aitab määrata evolutsiooni ajalist kulgu DNA nukleotiidide ja aminohapete järjestuste põhjal. Igal liigil tekivad mutatsioonid erineva sagedusega ja seda mutatsioonide tekkesagedust nimetataksegi molekulaarseks kellaks. Molekulaarne kell on konstantne ehk mutatsioonid fikseeruvad konstantse kiirusega. Tegelikkuses eri liikide vahel päris

Geneetika

doc

Populatsioonigeneetika 2014

sees ja vahel? [Katre] Mida väiksem geneetiline diversiteet (st väga erinevad alleelisagedused), seda väiksem on triivi mõju. Triiv aga on juhuslikud muutused alleelisagedustes põlvkonnast põlvkonda, mis on tingitud populatsiooni suuruse lõplikusest. Geneetilise triivi tagajärjel võib osa alleele (geenivariante) kaduda, niiet geneetiline mitmekesisus väheneb. Geenitriivi mõju on seda suurem, mida väiksem on populatsioon. 6. Seleta mõistet molekulaarne kell. Kui konstantne üldiselt selle kiirus on eri organismide vahel ja millest see sõltub? Molekulaarne kell on molekulaarse evolutsiooni konstantsus. Tegelikkuses eri liikide vahel päris konstantne ei pruugi olla. Sõltub näiteks paljunemisviisist (suguline või mitte-suguline). ME. Kell ei ole piisavalt konstantne - piisab kui populatsioonisuurused ajas muutuvad, et kell ka kaasa jõnksuks. Sama loogika: kui populatsiooni suurus langeb muutub üha suurem osa kergelt kahjulikke mutatsioone

Bioloogia

odt

Evolutsioon

Statistilised meetodid, et hinnata LV mõju pidevatele tunnustele populatsioonis. Saltatsionistid eitasid LV-d ja arvasid, et muutused pidid toimuma hüppeliselt, kuna vahepealsed vormid ei olnud nende meelest kohased ja LV peaks neid siis elimineerima. Lamarkism oli valdav omandatud tunnused on päritavad, liigid muutuvad, kuid ei jagune ega kao. Primitiivseid liike tekib juurde. Sisemine täiustumistung, sunnib saama järglasi, kes on temast paremad. Darwinil oli kaks seotud teooriat evolutsioon (liikide muutumine ja jagunemine, paljude liikide väljasuremisega) ja LV (kui evolutsiooni mehhanism). Evolutsioon on hargnemine vastavalt kohanemine uute keskkonnatingimustega. Puudub vajadus hierarhiale, lihtsalt keerukale. 9. Miks ei leidnud Darwini idee LV-st tema kaasajal toetajaid? Usuti, et liigid muutuvad, aga ei usutud, et need toimuvad sammhaaval. Kuna erinevused eri kehaosade vahel on liiga erinevad, vahepealsed vormid ei saa olla kohased. Kuna pärilikkust ei

Bioloogia

doc

Evolutsiooniteooria mõisted 2013

seoses teise funktsiooni kaudu realiseerunud kohasusega Nt taimedel vegetatiivne ja generatiivne paljunemine piiratud sama ressursi poolt. 27. Hõimuvalik is the evolutionary strategy that favours the reproductive success of an organism's relatives, even at a cost to the organism's own survival and reproduction. 28. Koevolutsioon on kahe või enama vastassuhteis oleva liigi (või muu bioloogilise üksuse) üksteisest sõltuv evolutsioon. 29. Kladistika ehk fülogeneetiline süstemaatika on fülogeneetilise süstemaatika peamisi meetodeid. See on süstemaatika üks põhisuundi, mis baseerub taksonite fülogeneesiarvestamises.Ei tugine üksnes liikidevahelise sarnasuse mõõtmisele, vaid võtab aluseks liikide eristumise. Kladistikas koostatakse fülogeneesipuid, kus on esitatud evolutsiooniline "elu puu". Kladistika vaike-eeldusteks on

Evolutsioon

doc

Üld- ja käitumisgeneetika kordamisküsimused

Ehk keskkonnatingitus. Kvantitatiivse tunnuse muutlikkuse osa, mis on tingitud keskkonna mõjudest organismidele populatsioonis. 108. Valiku meetodid (individuaalne ja massvalik). Individuaalne valik Nt ühe teatud punapea välja valimine. Fenotüüpide ennustamine vanemate keskväärtuse alusel. Massvalik Nt kõikide punapeade välja valimine jne. Selektsiooni diferentsiaal (S), selektsioonikoefitsient (s), valiku intensiivsus, selektsiooni tulem (R). 109. Molekulaarne mimikri. Insuliinist sõltuv diabeet, insuliinist sõltumatu diabeet. 110. Sünteensus. Inimesel ja hiirel üle 200 homoloogse DNA piirkonna. 111. Sisearetus. Ehk inbriiding. Selliste isendite ristamine, kelle geneetiline sugulus on suurem kui populatsioonis keskmiselt. Sisearetus on nt sugulasabielud, Amishi religioosne pere, Euroopa ''siniverelised'' (kuningaperekonnad). 112. Välisaretus. Ehk autbriiding. Taime- ja loomaliikide, kes

Üld- ja käitumisgeneetika

doc

Evolutsiooni kursuse konspekt

Sellega sai evolutsiooniteooria aluseks populatsioonigeneetika. Neodarvinismi kohaselt on Darwini poolt võimalikuks peetud pangeneetiline pärandumine (s.t., et ka elu jooksul omandatud tunnused võiksid päranduda järglastele) võimatu. Geneetiline tekib muutlikkus populatsioonides juhuslikult mutatsioonide tõttu ja rekombinatsiooni tõttu (see on homoloogiliste kromosoomide ristsiire meioosi ajal). Evolutsioon seisneb põhiliselt alleelisageduste muutumises põlvkondade lõikes geenitriivi, geenisiirde ja loodusliku valiku tagajärjel. Liigiteke leiab aset järk-järgult, kui populatsioonid geograafiliste barjääride tõttu reproduktiivselt isoleeruvad. Postulaadid: Populatsioonid sisaldavad geneetilisi variante, mis tekivad juhuslikult mutatsioonide ja rekombineerumise tulemusel (st. mitte adapteerumisest tingituna);

Evolutsioon

pdf

Biosüstemaatika teooria ja meetodid

seerimise teooria ja praktika. Põhja-Ameerika bioloogidel on enamasti vas- tupidi: taksonoomia hooleks on teooria, süstemaatika alla käib praktiline klassifitseerimistöö. Nähtavasti on õigem loobuda nendele kahele terminile erineva tähendusvarjundi andmisest. (Märkigem, et paljud bioloogia üldised terminid on küllalt noored. Isegi termin bioloogia on kasutusel alles alates 1800. aastast - Burdach, La- marck; ökoloogia termini tõi kasutusele 1866. a. Haeckel. Evolutsioon tuli kasutusele mitte Darwini, vaid Spenceri töödega.) Süstemaatika ehk taksonoomia alla käib organismide klassifitseerimine, identifitseerimine ja nomenklatuur (nimetuste andmine). Nende ülesannete täitmiseks on vajalik ka evolutsiooniprotsessi uurimine (varieeruvus, lii- giteke, hübriidide moodustumine jm.) ning fülogeneesi (viisid, aeg, koht) selgitamine. Süstemaatika rakendusaladeks on identifitseerimiseks ja klassifitseeri-

Bioloogia

docx

Üld- ja käitumisgeneetika

kuid nad on erinevas keskkonnas, nende puhul väljendab korelatsioonikeoefitsent laiatähenduslikku päritavust, kui suur mõju on keskkonnal tunnuse avaldumises 348. Valiku meetodid (individaalne ja massvalik): individuaalvalik- järglastest valitakse ristamiseks välja konkreetsed isendid, kasutades fenotüüpide ettearvamise meetodeid, massvalik- ristamiseks valitakse vanemate hulgast välja kindlate omadustega väike grupp isendeid 349. Molekulaarne mimikri: bakterite ja viiruste pinnamolekulid (antigeensed) võivad sarnaneda peremeesorganismi rakkude membraanimolekulidega, mida immuunsüsteem ei ründa, nt antikehad, mis toodetakse veise albumiini vastu, hävitavad ka B- rakke 350. Sünteensus: 1. Klassikalises geneetikas tähendab geenide ja muude geeniliste elementide paiknemist samas kromosoomis, kuid vaatamata füüsilisele aheldatusele ei pea nad olema suure vahemaa tõttu geneetiliselt aheldatud 2. Genoomikas tähendab

Üld- ja käitumisgeneetika

Rohkem sarnaseid