Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Молекулярная эволюция и филогенетический анализ: Учебное пособие

Голосов: 7

В книге обсуждаются принципы эволюционного анализа генетической информации. Автор знакомит читателей с теоретическими основами и практическими подходами к решению задач молекулярной эволюции и филогенетического анализа. Эта книга является первым отечественным изданием, освещающим данную область знаний. Для студентов, аспирантов и научных сотрудников биологических, медицинских и математических специальностей.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                . .




                   Допущено
      Учебно методическим объединением
по классическому университетскому образованию
          в качестве учебного пособия
 для студентов, обучающихся по специальности
      «биоинженерия» и «биоинформатика»




                 .
                     2009


УДК 578(075.3)
ББК 28.04
    Л84




      Лукашов В. В.
Л84      Молекулярная эволюция и филогенетический анализ /
      В. В. Лукашов. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
      2009. — 256 с. : ил.
         ISBN 978-5-9963-0114-0
          В книге обсуждаются принципы эволюционного анализа генетиче-
      ской информации. Автор знакомит читателей с теоретическими основами
      и практическими подходами к решению задач молекулярной эволюции
      и филогенетического анализа. Эта книга является первым отечественным
      изданием, освещающим данную область знаний.
          Для студентов, аспирантов и научных сотрудников биологических,
      медицинских и математических специальностей.
                                                            УДК 578(075.3)
                                                            ББК 28.04




                            Научное издание
                  Лукашов Владимир Владимирович
   МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ И ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ
                    АНАЛИЗ
        Ведущий редактор канд. биол. наук Л. А. Аксенова
                     Художник С. Инфантэ
              Технический редактор Е. В. Денюкова
                   Корректор Л. Н. Макарова
 Оригинал-макет подготовлен М. Ю. Копаницкой в пакете L TEX 2ε
                                                         A

           Подписано в печать 11.09.09. Формат 60Ч90/16.
           Усл. печ. л. 16. Тираж 1000 экз. Заказ
           Издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний»
              125167, Москва, проезд Аэропорта, д. 3
  Телефон: (499) 157-5272, e-mail: binom@Lbz.ru, http://www.Lbz.ru




                                         c БИНОМ. Лаборатория знаний,
ISBN 978-5-9963-0114-0                     2009


                                        ОГЛАВЛЕНИЕ




Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       5

Глава 1. Цели, принципы и понятия
         молекулярной эволюции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                               9
       1.1.   Задачи молекулярной эволюции как науки . . . . . . . . . . . .                                 9
       1.2.   Нуклеотидные последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                          9
       1.3.   Аминокислотные последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . .                           11
       1.4.   Генетический код . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          14
       1.5.   Мутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   16
       1.6.   Нуклеотидные замены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .               17
              1.6.1. Транзиции и трансверсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                    17
              1.6.2. Синонимичные и несинонимичные замены . . . . . . .                                     17
       1.7.   Нуклеотидный и аминокислотный состав,
              использование кодонов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .              19
       1.8.   Эволюция нуклеотидной последовательности . . . . . . . . . .                                  20
       1.9.   Консенсусные последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                       26
      1.10.   Гомологичные и сходные признаки, конвергенция . . . . . .                                     29
      1.11.   Естественный отбор и неодарвинизм. . . . . . . . . . . . . . . . . .                          30
      1.12.   Закрепление мутации в популяции . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                         31
      1.13.   Концепция молекулярных часов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                       35
      1.14.   Нейтральная теория молекулярной эволюции . . . . . . . . . .                                  36
      1.15.   Эволюционная систематика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                    37
      1.16.   Проведение эволюционного анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . .                          39

Глава 2. Выравнивание генетических
         последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      41
       2.1. Цели выравнивания последовательностей . . . . . . . . . . . . .                                 41
       2.2. Принципы выравнивания последовательностей . . . . . . . . .                                     41
       2.3. Алгоритмы выравнивания двух последовательностей . . .                                           46
            2.3.1. Принцип матрицы точек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      46
            2.3.2. Алгоритмы Нидлмена—Вунша и Смита—Уотерме-
                   на, глобальное и локальное выравнивание . . . . . . .                                    49
            2.3.3. Общие принципы динамического программирова-
                   ния при выравнивании последовательностей . . . . .                                       54
            2.3.4. Методы слов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .            58
       2.4. Множественное выравнивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                        59


                                                                                  Оглавление            255

Глава 3. Генетические дистанции и эволюционные
         модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    61
       3.1. Наблюдаемые, истинные и расчетные дистанции . . . . . . .                                    61
       3.2. Эволюционные модели и дистанции между
            нуклеотидными последовательностями . . . . . . . . . . . . . . . .                           65
            3.2.1. Модель Джукса—Кантора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      65
            3.2.2. Модель Кимуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             71
            3.2.3. Модель Таджимы—Неи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                     73
            3.2.4. Другие эволюционные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . .                        74
            3.2.5. Гамма-дистанции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             76
            3.2.6. Сравнение различных моделей . . . . . . . . . . . . . . . . .                         79
       3.3. Синонимичные и несинонимичные дистанции
            и их отношение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       81
       3.4. Аминокислотные дистанции, матрицы вероятностей ами-
            нокислотных замещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                85
       3.5. Учет делеций и отсутствующей информации . . . . . . . . . . .                                88
Глава 4. Филогенетический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                           90
       4.1. Филогенетические деревья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                 90
       4.2. Дистанционные методы построения
            филогенетических деревьев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                  98
            4.2.1. Принципы дистанционных методов. . . . . . . . . . . . . .                             98
            4.2.2. Метод UPGMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             99
            4.2.3. Метод трансформированной дистанции . . . . . . . . . .                               104
            4.2.4. Метод минимума эволюции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      107
            4.2.5. Методы связей между соседями . . . . . . . . . . . . . . . .                         107
            4.2.6. Метод присоединения соседей . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      109
            4.2.7. Установление длин ветвей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                   111
       4.3. Методы анализа дискретных признаков . . . . . . . . . . . . . . .                           114
            4.3.1. Принципы методов анализа дискретных
                   признаков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      114
            4.3.2. Метод максимальной экономии . . . . . . . . . . . . . . . . .                        115
            4.3.3. Метод максимального правдоподобия . . . . . . . . . . . .                            123
       4.4. Статистическая оценка дерева, бутстрэп-анализ . . . . . . . .                               126
       4.5. Другие филогенетические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      131
       4.6. Сравнение филогенетических методов . . . . . . . . . . . . . . . .                          133
       4.7. Филогенетический анализ в таксономии, фенетика
            и кладистика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    136
Глава 5. Отдельные задачи эволюционного анализа . . . . . . . 141
       5.1. Рекомбинационный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                 141
       5.2. Анализ нуклеотидного и аминокислотного состава
            и использования кодонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             150
            5.2.1. Смещения нуклеотидного состава . . . . . . . . . . . . . . .                         150
            5.2.2. Различия в использовании кодонов. . . . . . . . . . . . . .                          156


256      Оглавление

            5.2.3. Анализ нуклеотидного состава и использования
                   кодонов в филогенетических исследованиях . . . . . .                                    160
       5.3. Анализ молекулярных часов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                    168
            5.3.1. Вопросы, связанные с концепцией
                   молекулярных часов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                  168
            5.3.2. Установление и калибровка молекулярных часов —
                   тест относительных скоростей эволюции. . . . . . . . .                                  169
            5.3.3. Другие подходы к установлению молекулярных
                   часов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   172
            5.3.4. Проблемы филогенетического анализа, связанные
                   с несоблюдением модели молекулярных часов . . . .                                       173
            5.3.5. Анализ молекулярных часов в эволюции
                   высших организмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                 174
            5.3.6. Анализ молекулярных часов в эволюции
                   вирусов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     176
            5.3.7. Молекулярные часы в эволюции ВИЧ-1 и их ис-
                   пользование для датирования начала эпидемий
                   и эволюционных событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                      177
       5.4. Анализ митохондриальной ДНК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                         185
            5.4.1. Особенности эволюционного анализа митохондри-
                   альной ДНК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           185
            5.4.2. Концепция митохондриальной Евы и использова-
                   ние анализа мтДНК при изучении происхождения
                   человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        188
       5.5. Молекулярная эпидемиология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                       193
            5.5.1. Задачи и принципы молекулярной
                   эпидемиологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             193
            5.5.2. Установление источника заражения . . . . . . . . . . . . .                              195
            5.5.3. Анализ эпидемиологических сетей . . . . . . . . . . . . . .                             195
Глава 6. Компьютерные программы для эволюционного
         анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
       6.1. Типы компьютерных программ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                         208
       6.2. Программы для хранения и редактирования
            последовательностей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             213
       6.3. Международные базы генетических данных . . . . . . . . . . .                                   215
       6.4. Программы для выравнивания последовательностей . . . .                                         218
       6.5. Программы для филогенетического анализа . . . . . . . . . . .                                  221
       6.6. Другие программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             225
Книги для дополнительного чтения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика