EVALUACION DEL EFECTO DE LA EVOLUCIÓN HETEROGENEA SITIO- ESPECIFICA SOBRE LA RECONSTRUCCIÓN FILOGENETICA MEDIANTE PARSIMONIA

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1 EVALUACION DEL EFECTO DE LA EVOLUCIÓN HETEROGENEA SITIO- ESPECIFICA SOBRE LA RECONSTRUCCIÓN FILOGENETICA MEDIANTE PARSIMONIA INTRODUCCION La biología comparada estudia la diversidad de especies analizando la distribución de sus atributos para tratar de comprender el aparente orden de la vida (Nielsen, 1995). Uno de los métodos para tratar de reconocer las relaciones entre organismos es el de máxima parsimonia, que se encarga de evaluar el mínimo número de cambios de estados de los caracteres que se pueden asumir para construir un árbol de relaciones filogenéticas dado un conjunto de datos (Kolaczkowski & Thorton, 2004). Se ha planteado que los cambios adaptativos no se dan como resultado de la acumulación gradual de cambios en la estructura de las proteínas, sino de los cambios en la regulación de los genes (McDonal, 1983). Las constricciones funcionales sobre los sitios en una secuencia de un gen cambian durante el tiempo, causando cambios en las tasas evolutivas específicas en cada sitio, un fenómeno el cual se conoce como heterotaquía que significa velocidades diferentes. (Kolaczkowski & Thorton, (2004) realizaron un estudio donde investigaron el comportamiento de algunos métodos de reconstrucción de árboles cuando el proceso de evolución de la secuencia fue heterogéneo, esto se refiere a que la tasa evolutiva de un sitio no es siempre constante durante el tiempo, en este estudio los autores concluyeron que el método de parsimonia se comporta mejor que los métodos basados en modelos evolutivos, maxima likelihood y bayes. El presente estudio pretende evaluar mediante la implementación del software Diverge (Gu X, 1999), el cambio o no, que se pueda producir en el resultado final del análisis de máxima parsimonia cuando se utilizan o no, los sitios heterogéneos para inferir las relaciones de los individuos. METODOLOGIA Set de datos Se obtuvieron 20 secuencias mitocondriales completas de peces, obtenidas gracias al servicio de Genbank, ( incluyendo cinco secuencias para el orden Cypriniformes, nueve para el orden Salmoniformes y cuatro para el orden Stephanoberyciformes, mientras dos fueron usadas como outgroups (tabla1). Análisis de datos Los siguientes pasos que se llevan a cabo con el fin de solucionar el problema de evolución heterogénea, fueron extraídos del artículo publicado por Cheng et al., 2008:

2 1. Inferir las relaciones filogenéticas con las secuencias de genoma completo. 2. Determinar los grupos monofileticos a lo largo de la filogenia, basado en el interés biológico y la confiabilidad estadística. 3. Usar el programa DIVERGE (Gu X, 1999) el cual estadísticamente detecta residuos de aminoácidos o nucleótidos con tasas evolutivas cambiantes, los cuales podrían haber experimentado evolución heterogénea. 4. Remover estos sitios y luego inferir el árbol filogenético con las secuencias alineadas restantes 5. Comparar los resultados del paso cuatro con el paso uno, para testear si la evolución heterogénea produce resultados erróneos en la inferencia filogenética. RESULTADOS Del alineamiento múltiple obtenido a partir de las secuencias, mediante el software Muscle 3.6 (Edgar, 2005) se encontraron 3896 sitios. La topología obtenida mediante el método de parsimonia usando el programa TNT (Golobof et al., 2005) y seguido por un análisis bootstrap de 1000 replicas (Fig1), muestra que los tres ordenes de peces fueron monofileticos. Mediante el programa DIVERGE se identificaron 188 sitios que muestran una probabilidad posterior mayor que 0.5, indicando que estos sitios pueden haber experimentado evolución heterogénea. El árbol filogenético construido después de remover estos sitios supuestamente con evolución heterogénea se muestra en la figura 2. La posterior comparación de los arboles de parsimonia, se concluye que estas dos filogenias son casi las mismas excepto por algunas leves diferencias. DISCUSION Este procedimiento llevado a cabo en este informe pretende ser un sencillo método que sirva para evaluar con practicidad, el efecto de los sitios heterogéneos en el análisis filogenético de parsimonia. Aunque este tipo de trabajos al parecer están abiertos a discusión presente y a futuro (Gaucher & Miyamoto, 2005), estudios recientes (Kolaczkowski & Thorton, 2004) han mostrado que el estudio de la validez del efecto de evolución heterogénea podría ser muy útil y debería ser considerado. Este método presentado aquí no se ha utilizado ampliamente, pero podría servir en estudios futuros como una aproximación práctica para estudiar si la filogenia inferida puede estar bajo efecto de la evolución heterogénea, y podríamos conocer si implementando diverge para cuantificar la tasa de variación de estos genes, seria

3 aconsejable o no la utilización en los análisis filogenéticos, el tener en cuenta los sitios que muestran heterogeneidad. BIBLIOGRAFIA Gaucher, E.A., Miyamoto, M.M., A call for likelihood phylogenetics even when the Process of sequence evolution is heterogeneous. Mol. Phylogenet. Evol. 37, Edgar, R.C MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high Throughput, Nucleic Acids Research 32; Kolaczkowski B, Thornton JW (2006) is there a star tree paradox? Mol Biol Evol 23: C. Nielsen, Animal Evolution: Interrelationships of the Living Phyla (Oxford Univ. Press, Oxford, 1995). Gu, X. (1999) Statistical methods for testing functional divergence after gene duplication. Molecular Biology and Evolution 16: McDonald JF. The molecular basis of adaptation: a critical review of relevant ideas and observations. Annu Rev Ecol Syst. 1983; 14:

4 ANEXOS Tabla 1. Listado de las 20 especies de peces utilizadas con su respectivo número de acceso al Genbank.

5 Fig1. Árbol filogenético reconstruido mediante parsimonia a partir de los datos de genoma completo. Los números sobre las ramas indican el soporte bootstrap. Fig2. Árbol filogenético reconstruido mediante parsimonia, después de la remoción de los sitios con alta probabilidad de estar bajo evolución heterogénea. Los números sobre las ramas son los valores de bootstrap.