Albero filogenetico

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August 11, 2022

Un albero filogenetico ("albero della vita") è una rappresentazione grafica simile ad un albero che descrive le relazioni tra specie diverse o altre unità tassonomiche che si pensa abbiano un antenato comune. Ogni ramo (nodo) rappresenta un ipotetico ultimo antenato comune. Ogni ramo indica una linea evolutiva, al termine della quale vengono dati i taxa. È inoltre possibile registrare i flussi genici (es. scambio genico e incroci interspecifici) nell'albero filogenetico attraverso i collegamenti dei singoli rami, il tempo (solitamente sull'asse verticale) e la distanza reciproca delle specie (anagenesi). La divisione di una specie in rami individuali (cioè l'isolamento riproduttivo) è chiamata filogenesi. Un albero che non registra un pedigree, ma una somiglianza fenotipica di organismi è chiamato fenogramma.Tuttavia, a causa dell'incompletezza, l'albero può corrispondere a molte storie di diversificazione delle specie.

Creazione di un albero filogenetico

Attualmente, ci sono diversi modi per analizzare le relazioni tra unità tassonomiche di diversi livelli. La base per la creazione di un albero filogenetico è un insieme di dati che riflettono somiglianze e differenze tra individui di una data popolazione, ad esempio una tabella di sequenze nucleotidiche o amminoacidiche per un gene/proteina analizzato selezionato. Questi vengono quindi ordinati in allineamento di sequenze multiple (MSA) utilizzando algoritmi come ClustalW, MAFFT o Muscle, il cui principio è creare una matrice in cui i nucleotidi / amminoacidi filogeneticamente correlati sono allineati in una posizione corrispondente uno sopra l'altro. I dati di questo file vengono quindi utilizzati per calcolare la matrice delle distanze, che riassume le distanze teoriche tra i singoli campioni del file, da cui viene poi creato un albero filogenetico con il metodo appropriato. I metodi più comunemente usati per la costruzione di alberi filogenetici includono metodi basati sul clustering gerarchico (neighbor join - NJ, UPGMA) o metodi euristici (massima parsimonia, massima plausibilità), che inoltre non richiedono una matrice di distanza come fonte di dati di input.

UPGMA

Il cosidetto Il metodo dei gruppi di coppie non pesati con media aritmetica è un metodo per costruire alberi filogenetici basato sulla formazione graduale di coppie da individui con la distanza filogenetica più piccola, cioè i più simili. L'UPGMA si svolge su più livelli (cosiddetto bottom-up), dove nella prima fase viene determinata la coppia iniziale dai due individui più simili. Nella fase successiva, viene calcolata la distanza tra gli altri individui della popolazione e questa coppia, con il meno distante raggruppato in un nuovo cluster contenente il cluster originale e l'individuo appena aggiunto. Il calcolo continua quindi fino a quando tutti i cluster non sono stati determinati. Dopo la loro determinazione, viene creato un albero filogenetico, in cui la distribuzione degli individui tra i cluster funge da dato qualitativo (metodo della ramificazione degli alberi) e la distanza tra i singoli cluster come dato quantitativo (lunghezze dei singoli rami). L'albero risultante è ultrametrico, il che significa che le distanze filogenetiche al nodo selezionato sono identiche tra gli individui all'interno della stessa coppia.

NJ

Come UPGMA, NJ è un metodo per creare alberi filogenetici basato sul principio del raggruppamento gerarchico, descritto per la prima volta nel 1987. NJ si basa su una popolazione di individui che vengono gradualmente raggruppati in gruppi in base alla loro distanza filogenetica reciproca, ogni coppia è la minore individui distanti (più simili). N