Molekulaarevolutsiooni arvutipraktikum

1. Molekulaarevolutsiooni arvutipraktikum • Tähtsamad programmid – installige või pakkige lahti Desktopile: • Network • Splitstree • Arlequin • Võib vajada installimiseks eriõiguseid: • Mesquite Helle-Viivi Tolk8.mai 2012

2. Molekulaarevolutsiooniga seotud arvutiprogrammid Network 4.610 http://www.fluxus-engineering.com/sharenet.htm Splitstree http://www.splitstree.org/

3. Avage Program SplitsTree (http://www.splitstree.org/) • SplitsTree ei lase muidu exportida faili, kui teil pole registreeringut, mis on tasuta nende kodulehel. Aga te võite kasutada ka klaviatuuril olevat „Prt Scr“ nuppu – siis saadud pildi kogu ekraanist võite kleepida Wordi dokumenti. Siin programmis on sisendiks .nex fail. • Vaata näidisena juhend.nex faili Notepadiga. • Kui teil on alles .xls fail (või ka .rdf), kus teil oli maatriks, siis seda saab kasutada pisut modifitseerides ka sisendina. Vaja on seda „1“ ja „0“ maatriksi osa koos indiviidide nimetusega. Kasuta Wordi ja Notepadi, kui vaja ja salvesta txt-failiks, mille laiend muuda .nex nimeks. Vaadake oma programmi kataloogi juurest (C:\Program Files\Splitstree\Examples) faili „dolphins_binary.nex“ (see on ka ÕIS-i loengute juures). Antud näite järgi vormistage ka oma fail. Siin on vaja peale nimede ja maatriksi enda veel ära muuta kaks numbrit – tunnuste arvja indiviidide arv.

4. Proovige oma sisendit mõnede teiste puujoonistamisalgoritmidega. Antud näide ei kõlba meil DNA mudelite jaoks, mis arvestavad nukleotiidset koostist. Kõige lihtsam nukleotiidset infot sisaldav näitefail on „bees.nex“. Sellega saab proovida DNA-põhiseid mudeleid. Põhimõtteliselt on võimalik visualiseerida ka diagonaalmaatriksite distantse. • Proovige oma sisendfaili kolme meetodiga (“Networks”)->„RecombinationNetwork“, „MinSpanningNetwork“, „MedianNetwork“. Vaadake, et oleks „Characters->Method“. • Samas vaadake ka „Jaccard“ meetodit, kusjuures avaneb võimalus „Distances“ alt proovida UPGMA, NJ, NeighborNet distantsmeetodit. Valige välja pilt, mis teie meelest võiks olla kõige lähedasem tegelikkusele. Eksportige selles programmis tehtud pilt .jpg, .bmp või .pdf failina ja saatke fail minule (hvtolk@ut.ee), kus faili nimeks teie nimi ja kirja seesvõiks olla info, mis meetodid valisite.

5. Evolutsiooniga seotud arvutiprogrammid http://evolution.genetics.washington.edu/phylip/software.html Süstematiseeritud ülevaade oma ala klassikult Joe Felsensteinilt

6. Molekulaarevolutsiooniga seotud arvutiprogrammid TIMETREE http://www.timetree.org/ Huvitav koht internetis, kus on võimalik proovida ise järele koalestsentsiaegu vabalt valitud organismidele. Korralikult viidatud! On olemas ka nutitelefoni liidesed. Vaadake, mis aegkonnas divergeerusid närilised ja inimene vastavalt antud veebisaidile. Proovige nokklooma ja inimest. Meenutage, et veenvad tõendid on 160 Mat esimesest pärisimetajast.

7. Molekulaarevolutsiooniga seotud arvutiprogrammid MEGA http://www.megasoftware.net/ Kumar S, Nei M, Dudley J, Tamura K. MEGA: a biologist-centric software for evolutionary analysis of DNA and protein sequences. Brief Bioinform. 2008;9:299–306. • Üks kõige võimsamaid vabavara pakette – joonistab eriti ilusaid puid. BioEdit http://www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html Üks lihtne, aga päris hea vabavara programm, mis lubab järjestusi paljudel viisidel toimetada ja proovida mitmeid fülogeneesi algoritmide rakendusi; seotud paljude andmebaasidega.

8. Fülogeneesiprogrammid MESQUITE http://mesquiteproject.org/mesquite/mesquite.html Selles on palju võimalusi. Tore on ise puid modifitseerida. Programmiga tutvumiseks vali “Open File” - > “examples\Basic_Examples\introduction” Edasi liigu rohelisele “Next” nupikesele vajutades. Avaneb palju aknakesi, aga sellest ei maksa heituda. • Näitefailid on nex-formaadis • Nende hulgas on erinevaid failitüüpe:DNA, valgud, binaarmaatriksid etc. • Näiteks mitokondri DNA fail on järgmine. • File-> Open File –> 06-cytochromeB.nex • Avaneb palju aknakesi: ühel valgu struktuur, teisel aminohappeline koostis, • Kolmandal aga kammi meenutav dendrogramm, mida võib kohe näppima hakata • Vasakul olevate pintslite ja kolmnurgakestega.

9. Intra-population methods Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid Arlequin ver 3.5.1.3 Arlequin: An Integrated Software for Population Genetics Data Analysis http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/ Siin tabelis on üksnes populatsiooni-sisesed testid, tegelikult on ka mitmed populatsioonide vahelisi teste siin programmis.

10. Intra-population methods • Avage programm Desktopilt kataloogist “WinArl35”. • Open Project -> • Kataloog “Example files/DNA/” mtDNAHV1.arp” • Proovige arp-faili vaadata ka Wordpadi või Notepadiga.Näete, et tegemist on lihtsa txt-failiga, mis põhineb Fasta formaadil. Kui teil on fasta-fail, kus andmed on maatriksi kujul, siis on vaja lisada käsitsi tiitel ja lõpp. • Settings: • Valige võimalikult mitmeid molekulaarevolutsiooniga seotud settinguid. • Ärge bootstrappe liiga kõrgeks ajage – nii ei jõua programm eriti kaugele. • Proovige erinevaid neutraalsusteste, samuti standardindekseid ja molekulraardiversiteete. Samuti saab siin teha “pairwise mismatch distribution”it. • Seekord jätke välja kõik, mis on seotud mitme populatsiooni olemasoluga ja LD-ga. • Antud andmed on nimelt inimese mitokondriaalse DNA omad ja ainult ühelt populatsioonilt. • Pruunid tärnid tähistavad, et neid settinguid olete valinud. Kui läheb sassi, siis vajutage Setingute “reset”-nuppu. Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid Arlequin http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/ Standard indices Molecular diversity Mismatch distribution Tajima’s neutrality test Fu's neutrality test

11. Intra-population methods • Väljundfailid avab IE, Google Chrome ei pruugi töötada. • Tulemusfail: • C:\Documents and Settings\kasutaja\Desktop\WinArl35\Example files_win\DNA\mtDNAHV1.res\mtDNAHV1_main.htm • Vaadake seda tekstifaili. • Siin on ära toodud mitmed statistilised andmed: • Nukleotiidne koostis, haplotüüpide arv ja sagedus etc. • Mõned väljavõtted htm-failist: • No. of gene copies : 119 • (ind.järjestusi on maatriksis 119) • No. of original sequences in sample : 60 • No. of loci : 407 • No. of usable loci : 318loci with less than 5.00 % missing data • No. of polymorphic sites : 53 • Number of observed sites with transitions : 52 • Number of observed sites with transversions : 3 • Number of observed sites with substitutions : 53 • Number of observed sites with indels : 0 • Gene diversity : 0.9675 +/- 0.0064 • Mean No. of pairwise differences 6.320752 +/- 3.018820 Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid Arlequin http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/ Standard indices Molecular diversity Mismatch distribution Tajima’s neutrality test Fu's neutrality test

12. Intra-population methods • mtDNAHV1_main.htm • Samuti saate vaadata Theta väärtusi, antud juhul Θπon olulisem. Mis see on? Võrdle Tau ja Theta(Pii) väärtust. • Kas see väärtus on sobiv populatsioonieksansiooni kirjeldama või kirjeldab see rohkem ajas stabiilse suurusega populatsiooni? • Otsige üles “Mismatch distributions: ” viige see tabel Excelisse ja tehke asi graafiliseks. Aitab Notepad: Kopeerige esmalt Notepadi, salvestage txt-failiks; horisontaalkriipsude rida deleteerige. Importige txt-fail Excelisse tulpadena. Excelis lisage protsendi-tulp. • Antud näide on teile valmis tehtud failis “Mismatch.xls” Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid Arlequin http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin35/ Standard indices Molecular diversity Mismatch distribution Tajima’s neutrality test Fu's neutrality test Idee on selles, et kui populatsioon on mingi aeg tagasi üle elanud ekspansiooni, siis see peegeldub unimodaalse jaotuses – on vaja teada molekulaarkella. Vaata näitena artiklit ameerika metskurvitsast: http://www.pwrc.usgs.gov/prodabs/ab10050306/6469_Rhymer.pdf Eriti Fig3.-e tulpdiagramm. Aga näiteks Fig 2. ei kannata eriti kriitikat – sama probleem on Arlequini sisese “Minimum Spanning Tree”-ga. Soovitan seda mitte kasutada. Selle jaoks kasutamegi meie programmi Network, et võrgustikud tuleksid ikkagi usutavad.

13. Intra-population methods Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid: Arlequin Üsna õpetlik artikkel on Sardiinia kitsedest: Piras et al. 2012 Haplotype Affinities Resolve a Major Component of Goat (Capra hircus) MtDNA D-Loop Diversity and Reveal Specific Features of the Sardinian Stock Plos One http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3281868/ Artikkel on üsna õpetlik, siin on kasutatud nii Arlequini kui ka Networki. Siin on ühendatud populatsioonigeneetika meetodid molekulaarevolutsiooni meetoditega. Vaadake joonist Figure S4 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3281868/bin/pone.0030785.s004.tif Scatterplot of mismatch mean vs. rho statistics values of Table 2. Siin on plotitud rho-d ThetaPi-dega. Vaadake ka, kui lihtsalt saavad nad hakkama mediaan-võrgustikuga, Fig2.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3281868/figure/pone-0030785-g002/

14. Intra-population methods Molekulaarevolutsiooni ja populatsioonigeneetika programmid: Arlequin Piras et al. 2012 Haplotype Affinities Resolve a Major Component of Goat (Capra hircus) MtDNA D-Loop Diversity and Reveal Specific Features of the Sardinian Stock Plos One http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3281868/ Mida neile näitab Tajima D? Mis väärtus on tal antud artiklis? Teoreetiline vihje. A negative Tajima's D signifies an excess of low frequency polymorphisms relative to expectation, indicating population size expansion (e.g., after a bottleneck or a selective sweep) and/or purifying selection. A positive Tajima's D signifies low levels of both low and high frequency polymorphisms, indicating a decrease in population size and/or balancing selection. However, calculating a conventional "p-value" associated with any Tajima's D value that is obtained from a sample is impossible. A very rough rule of thumb to significance is that values greater than +2 or less than -2 are likely to be significant.