Stappenplan: maken fylogenetische boom
Fylogenetische boom = diagram dat afgeleide evolutionaire relaties toont.
1. Sequences alignen
2. Noteren verschillen tussen iedere paar sequence in matrix
3. Identificeren sequences met minste verschillen
4. Bepalen gemiddelde afstand van nieuwe paar
5. Herhalen stappen 3 en 4 totdat alle bomen klaar zijn.
Werkcollege UPGMA – 10 juni
Vraag A : Denk jij dat al het leven op aarde met elkaar verbonden is?
Antwoord: Wij geloven dat het leven maar één keer is geëvolueerd. Daarom heeft elk organisme op aarde een
laatste gemeenschappelijke voorouder (LUCA). Al hetleven op aarde is dus met elkaar verbonden.
Vraag B : Wat betekent het op organismeniveau als we zeggen dat twee organismen verwant zijn aan elkaar?
Antwoord: Op organismeniceau zijn twee orgnaismen verwant aan elkaar wanneer ze in een niet al te verre
geschiedenis van elkaar divergeren. VB: wolven en honden zijn pas een paar duizend jaar van elkaar gedivergeerd.
Vraag C : Wat betekent het op moleculair niveau als we zeggen dat twee organismen verwant zijn?
Antwoord: Op moleculair niveau zijn twee organismen verwant wanneer ze DNA delen. Dus wanneer hun DNA
minder mutaties heeft gehad vergeleken met andere organismen.
Vraag D : Als je een methode zou moeten bedenken om te bepalen hoe nauw verwant twee organismen zijn, wat
zou je dan als input gebruiken: het hele genoom of alleen bepaalde genen? Zoek argumenten voor beide opties.
Antwoord: We doen dit afhankelijk van hoe verwant we verwachten dat organismen zijn. We hebben gezien dat de
evolutie niet uniform is; sommige delen van het genoom muteren sneller dan andere. Als we bijvoorbeeld een
organisme ergens in de tree of life proberen te plaatsen, gebruiken we een aantal geconserveerde genen die heel
langzaam muteren.
Maar omdat het zo langzaam muteert, kan het moeilijk zijn om het te onderscheiden van andere nauw verwante
organismen. Dan kunnen we minder geconserveerde genen gebruiken, of zelfs een vergelijking van het hele
genoom. Het onmiddellijk gebruiken van het hele genoom zou niet zinvol zijn vanwege duplicaties, herschikking van
het genoom, enz.
Vraag E : Als je alleen bepaalde genen zou kunnen gebruiken, hoe zou je ze dan kiezen? Zou je verschillende genen
kiezen als de organismen waarin je geïnteresseerd bent, nauw of ver verwant zijn?
Antwoord: Afhankelijk van de mate van conservering → geconserveerde genen zijn zeer goed voor het verkrijgen
van een geschatte plaatsing van een organisme in een groep in de tree of life. Minder geconserveerde genen zijn
beter geschikt om te bepalen waar het organisme precies thuishoort binnen een groep. Regio's met een lage
complexiteit zijn geschikt om onderscheid te maken tussen zeer nauw verwante organismen (binnen dezelfde soort).
1|Page
,Vraag F : Eén gen dat vaak wordt gebruikt om evolutionaire relaties te bepalen, is het rRNA-gen voor de small
subunit (SSU). Het is ook bekend als 18S-rRNA bij eukaryoten en 16S-rRNA bij prokaryoten. Over het algemeen is het
SSU-rRNA-gen vrij goed geconserveerd, maar het heeft negen zogenaamde 'variabele regio's' die sneller evolueren
dan de geconserveerde regio's. Waarom denk je dat dit gen goed geschikt is om evolutionaire relaties tussen
organismen te bepalen?
Antwoord: Het is zeer geschikt omdat het een goede mix heeft van geconserveerde en variabele gebieden, waarbij
geconserveerde en minder geconserveerde bits worden gecombineerd. Er zijn dus regio's die geschikt zijn om
organismen ongeveer op de tree of life te plaatsen (geconserveerd) en precies binnen een groep te plaatsen (minder
geconserveerd).
Vraag G : Maak een UMPGA met behulp van de distance data hier beneden. Geef ook telkens de branch length aan.
Geef tenslotte nog de branch notatie van de UMPGA
broccoli hemp hops papaya passionfruit tapioca
broccoli 0 16 16 6 13 15
hemp 16 0 1 11 15 18
hops 16 1 0 11 15 17
papaya 6 11 11 0 9 12
passionfruit 13 15 15 9 0 4
tapioca 15 18 17 12 4 0
Antwoord: ((Hemp,Hops),((Passionfruit,Tapioca),(Papaya,Brokkoli)))
Vraag O : Kijk naar je UPGMA-boom. Ben je het ermee eens dat Carica-papaja het nauwst verwant is aan Passiflora
edulis van de zes planten die je hebt bekeken?
Antwoord: Nee, in feite is papaja nauwer verwant aan broccoli (en kool) dan aan passievrucht!
2|Page
, Fylogenetische resolutie:
• Hoge resolutie: variabele sequences → vergelijken nauw verwante organismen
o Zeer variabele DNA-sequences bevatten te veel fylogenetische ruis om verre relaties vast te stellen
• Lage resolutie: geconserveerde sequences → vergelijken ver verwante organismen
o Sterk geconserveerde eiwit-sequences bevatten te weinig variatie om nauwe relaties vast te stellen
Evolutionaire tijd en afstand:
Moleculaire klok = concept dat stelt dat het aantal mutaties tussen twee sequences lineair toeneemt met evolutionaire
tijd. Sequence ruimte enorm groot → sequences convergeren nooit in evolutie.
Mutationale saturatie → identiteit tussen twee willekeurige DNA sequences blijft ± 25% → nodig om te corrigeren met
evolutionaire tijd. Eenheid moleculaire fylogenie: mutaties per sequence site. Evolutionaire afstand tussen twee nodes:
som van alle horizontale branch lengths tussen nodes.
Topology (branching order) → snel vertonen evolutionaire relaties. Branch lengths → vertonen aantal opgetreden
mutaties in evolutionaire tijd tussen lineages.
Vraag: Sorteer de volgende eigenschappen van lage resolutie (scheiden ver verwanten) naar hoge resolutie
(scheiden nauw verwanten).
Eigenschappen: eiwit sequence van variabele gen; fenotypische kenmerken; eiwit sequence van geconserveerde
gen; DNA sequence van variabele gen.
Antwoord:
1. Fenotypische kenmerken
2. Eiwit sequence van geconserveerde gen
3. Eiwit sequence van variabele gen
4. DNA sequence van variabele gen
3|Page
Fylogenetische boom = diagram dat afgeleide evolutionaire relaties toont.
1. Sequences alignen
2. Noteren verschillen tussen iedere paar sequence in matrix
3. Identificeren sequences met minste verschillen
4. Bepalen gemiddelde afstand van nieuwe paar
5. Herhalen stappen 3 en 4 totdat alle bomen klaar zijn.
Werkcollege UPGMA – 10 juni
Vraag A : Denk jij dat al het leven op aarde met elkaar verbonden is?
Antwoord: Wij geloven dat het leven maar één keer is geëvolueerd. Daarom heeft elk organisme op aarde een
laatste gemeenschappelijke voorouder (LUCA). Al hetleven op aarde is dus met elkaar verbonden.
Vraag B : Wat betekent het op organismeniveau als we zeggen dat twee organismen verwant zijn aan elkaar?
Antwoord: Op organismeniceau zijn twee orgnaismen verwant aan elkaar wanneer ze in een niet al te verre
geschiedenis van elkaar divergeren. VB: wolven en honden zijn pas een paar duizend jaar van elkaar gedivergeerd.
Vraag C : Wat betekent het op moleculair niveau als we zeggen dat twee organismen verwant zijn?
Antwoord: Op moleculair niveau zijn twee organismen verwant wanneer ze DNA delen. Dus wanneer hun DNA
minder mutaties heeft gehad vergeleken met andere organismen.
Vraag D : Als je een methode zou moeten bedenken om te bepalen hoe nauw verwant twee organismen zijn, wat
zou je dan als input gebruiken: het hele genoom of alleen bepaalde genen? Zoek argumenten voor beide opties.
Antwoord: We doen dit afhankelijk van hoe verwant we verwachten dat organismen zijn. We hebben gezien dat de
evolutie niet uniform is; sommige delen van het genoom muteren sneller dan andere. Als we bijvoorbeeld een
organisme ergens in de tree of life proberen te plaatsen, gebruiken we een aantal geconserveerde genen die heel
langzaam muteren.
Maar omdat het zo langzaam muteert, kan het moeilijk zijn om het te onderscheiden van andere nauw verwante
organismen. Dan kunnen we minder geconserveerde genen gebruiken, of zelfs een vergelijking van het hele
genoom. Het onmiddellijk gebruiken van het hele genoom zou niet zinvol zijn vanwege duplicaties, herschikking van
het genoom, enz.
Vraag E : Als je alleen bepaalde genen zou kunnen gebruiken, hoe zou je ze dan kiezen? Zou je verschillende genen
kiezen als de organismen waarin je geïnteresseerd bent, nauw of ver verwant zijn?
Antwoord: Afhankelijk van de mate van conservering → geconserveerde genen zijn zeer goed voor het verkrijgen
van een geschatte plaatsing van een organisme in een groep in de tree of life. Minder geconserveerde genen zijn
beter geschikt om te bepalen waar het organisme precies thuishoort binnen een groep. Regio's met een lage
complexiteit zijn geschikt om onderscheid te maken tussen zeer nauw verwante organismen (binnen dezelfde soort).
1|Page
,Vraag F : Eén gen dat vaak wordt gebruikt om evolutionaire relaties te bepalen, is het rRNA-gen voor de small
subunit (SSU). Het is ook bekend als 18S-rRNA bij eukaryoten en 16S-rRNA bij prokaryoten. Over het algemeen is het
SSU-rRNA-gen vrij goed geconserveerd, maar het heeft negen zogenaamde 'variabele regio's' die sneller evolueren
dan de geconserveerde regio's. Waarom denk je dat dit gen goed geschikt is om evolutionaire relaties tussen
organismen te bepalen?
Antwoord: Het is zeer geschikt omdat het een goede mix heeft van geconserveerde en variabele gebieden, waarbij
geconserveerde en minder geconserveerde bits worden gecombineerd. Er zijn dus regio's die geschikt zijn om
organismen ongeveer op de tree of life te plaatsen (geconserveerd) en precies binnen een groep te plaatsen (minder
geconserveerd).
Vraag G : Maak een UMPGA met behulp van de distance data hier beneden. Geef ook telkens de branch length aan.
Geef tenslotte nog de branch notatie van de UMPGA
broccoli hemp hops papaya passionfruit tapioca
broccoli 0 16 16 6 13 15
hemp 16 0 1 11 15 18
hops 16 1 0 11 15 17
papaya 6 11 11 0 9 12
passionfruit 13 15 15 9 0 4
tapioca 15 18 17 12 4 0
Antwoord: ((Hemp,Hops),((Passionfruit,Tapioca),(Papaya,Brokkoli)))
Vraag O : Kijk naar je UPGMA-boom. Ben je het ermee eens dat Carica-papaja het nauwst verwant is aan Passiflora
edulis van de zes planten die je hebt bekeken?
Antwoord: Nee, in feite is papaja nauwer verwant aan broccoli (en kool) dan aan passievrucht!
2|Page
, Fylogenetische resolutie:
• Hoge resolutie: variabele sequences → vergelijken nauw verwante organismen
o Zeer variabele DNA-sequences bevatten te veel fylogenetische ruis om verre relaties vast te stellen
• Lage resolutie: geconserveerde sequences → vergelijken ver verwante organismen
o Sterk geconserveerde eiwit-sequences bevatten te weinig variatie om nauwe relaties vast te stellen
Evolutionaire tijd en afstand:
Moleculaire klok = concept dat stelt dat het aantal mutaties tussen twee sequences lineair toeneemt met evolutionaire
tijd. Sequence ruimte enorm groot → sequences convergeren nooit in evolutie.
Mutationale saturatie → identiteit tussen twee willekeurige DNA sequences blijft ± 25% → nodig om te corrigeren met
evolutionaire tijd. Eenheid moleculaire fylogenie: mutaties per sequence site. Evolutionaire afstand tussen twee nodes:
som van alle horizontale branch lengths tussen nodes.
Topology (branching order) → snel vertonen evolutionaire relaties. Branch lengths → vertonen aantal opgetreden
mutaties in evolutionaire tijd tussen lineages.
Vraag: Sorteer de volgende eigenschappen van lage resolutie (scheiden ver verwanten) naar hoge resolutie
(scheiden nauw verwanten).
Eigenschappen: eiwit sequence van variabele gen; fenotypische kenmerken; eiwit sequence van geconserveerde
gen; DNA sequence van variabele gen.
Antwoord:
1. Fenotypische kenmerken
2. Eiwit sequence van geconserveerde gen
3. Eiwit sequence van variabele gen
4. DNA sequence van variabele gen
3|Page
