Heterotachy to ogólny termin opisujący pozycje w sekwencji, które ewoluują w różnym tempie w różnych liniach różnym tempie w różnych liniach. Kolaczkowski i Thornton (2004. Wydajność maksymalnej parsymonii i filogenetyki prawdopodobieństwa, gdy ewolucja jest heterogeniczna. Nature 431:980-984.) niedawno opisali intrygujący model heterotachii który prowadzi do topologicznego odchylenia dla metod opartych na prawdopodobieństwie i parsymonii. i parsymonii. W tym artykule pokazujemy, że heterotachię można ogólnie postrzegać jako wielowymiarową zmienność międzygałęziową, którą można opisać jako losowe losowanie wskaźników (lub długości gałęzi) z wielowymiarowego rozkładu dla każdej gałęzi w każdym miejscu. gałęzi w każdym miejscu. Zmotywowani tym pomysłem, proponujemy model korekty alfa który daje nam znacznie lepszą estymację topologiczną w ustawieniach znacznie lepszą estymację topologiczną w ustawieniach Kolaczkowskiego i Thorntona (2004). --- Heterotachy to ogólny termin opisujący pozycje, które ewoluują w różnym tempie w różnych liniach tempie w różnych liniach. Heterotachy można również ogólnie postrzegać jako wielowymiarową zmienność między stanowiskami, którą można opisać jako losowe losowanie wskaźników (lub długości gałęzi) z wielowymiarowego rozkładu dla każdej gałęzi w każdym miejscu (Wu J. gałęzi w każdym miejscu (Wu J, Susko E. 2009. Ogólna heterotachia i odległość method adjustments. Mol Biol Evol. 26:2689-2697). Zmotywowani tym wynikiem proponujemy trzy nowe testy oparte na odległości: test heterogeniczności, test heterotachii test i test heterotachii wewnątrzgenowej i wykazujemy za pomocą symulacji, że że działają one dobrze w szerokim zakresie warunków. Zastosowaliśmy również pierwsze dwa testy do dwóch rzeczywistych zestawów danych i stwierdziliśmy, że chociaż wszystkie te zestawy danych wykazały znaczące dowody heterotachii, istniały poddrzewa, dla których dane dane były zgodne z modelem równych stawek lub stawek w różnych miejscach. model.heterogeneity, heterotachy, within-gene heterotachy, covarion model, metoda odległości, test hipotezy. --- TŁO: Tempo ewolucji w danej pozycji homologicznej zmienia się w czasie. czasie. Gdy jest to wystarczająco wyraźne, zjawisko to - zwane heterotachią - może powodować artefaktyczne rekonstrukcje filogenetyczne w ramach powszechnie stosowanych modeli ewolucji sekwencji. modeli ewolucji sekwencji. Obserwacje te zmotywowały do opracowania modele, które wyraźnie rozpoznają heterotachię, z proponowanymi kierunkami badań wzdłuż dwóch głównych osi: 1) podejście kowariancyjne, w którym miejsca przełączają się ze stanów zmiennych do stanów niezmiennych; oraz 2) podejście oparte na mieszaninie długości gałęzi (MBL), gdzie gdzie zakłada się, że wzorce dopasowania wynikają z jednego z kilku zestawów długości gałęzi długości gałęzi, w ramach danej filogenezy. WYNIKI: Tutaj przedstawiamy pierwsze porównania statystyczne kontrastujące wydajność kowariancji i MBL. wydajności strategii modelowania kowariancji i MBL. Korzystając z symulacji w heterotachicznych, badamy właściwości trzech metod porównywania modeli metod porównywania modeli: kryterium informacyjnego Akaike, bayesowskiego kryterium informacyjnego, i walidacji krzyżowej. Chociaż jest to bardziej czasochłonne, walidacja krzyżowa wydaje się bardziej wiarygodna niż AIC i BIC, ponieważ bezpośrednio mierzy moc predykcyjną modelu na "przyszłych" danych. predykcyjną modelu na "przyszłych" danych. Analizujemy również trzy duże zbiory danych (białka jądrowe zwierząt, białka mitochondrialne ssaków i białka plastydowe roślin), i stwierdzamy, że optymalna liczba komponentów modelu MBL wynosi dwa dla wszystkich zestawów danych zestawów danych, wskazując, że model ten jest preferowany w stosunku do standardowego modelu homogenicznego. model. Jednak model kowariancyjny jest zawsze preferowany w stosunku do optymalnego modelu MBL. WNIOSKI: Wykazaliśmy, korzystając z trzech dużych zbiorów danych, że model kowariancyjny jest bardziej skuteczny w radzeniu sobie z heterotachią niż model MBL. Jest to prawdopodobnie jest to prawdopodobnie spowodowane faktem, że model MBL wymaga znacznego zwiększenia liczby parametrów w porównaniu do dwóch dodatkowych modeli MBL. parametrów w porównaniu z dwoma dodatkowymi parametrami podejścia kowariancyjnego. podejście. Dalsze ulepszenia zarówno podejścia mieszanego, jak i kowariancyjnego można uzyskać poprzez modelowanie niejednorodnego zachowania zarówno w czasie, jak i w różnych lokalizacjach. i między lokalizacjami. --- Heterotachia występuje, gdy względne tempo ewolucji między miejscami nie jest takie same w różnych liniach. Dopasowania sekwencji mogą wykazywać heterotachy z różnym nasileniem, ponieważ różnym nasileniu, ponieważ intensywność selekcji oczyszczającej i sił adaptacyjnych adaptacyjnych w danej pozycji aminokwasu lub sekwencji DNA jest mało prawdopodobne, aby były takie same u różnych gatunków. W niedawnym badaniu, wpływ heterotachii na różnych metod filogenetycznych został zbadany przy użyciu symulacji komputerowej symulacji komputerowej dla filogenezy czterech gatunków. Stwierdzono, że maksymalna parsymonia (MP) generalnie przewyższa maksymalne prawdopodobieństwo (ML). Jednak nasze porównania metod MP i ML przy użyciu metod i kryteriów oceny zastosowanych w tym badaniu, ale biorąc pod uwagę możliwy zakres proporcji miejsc zaangażowanych w heterotaksję, zaprzeczają ich ustaleniom i wskazują, że w rzeczywistości ML jest znacznie ML jest znacznie lepsza od MP nawet w przypadku heterotachii. --- Charakter heterotaktyki w centrum ostatnich kontrowersji dotyczących względnej wydajności metod budowania drzew różni się od formy heterotachii która została wywnioskowana w badaniach empirycznych. Te ostatnie sugerują, że proporcje zmiennych miejsc (p(var)) różnią się między ortologami i między paralogów. Jednak siła tego wnioskowania, opisującego to, co może być jedną z najważniejszych właściwości ewolucyjnych z najważniejszych ewolucyjnych właściwości danych sekwencyjnych, pozostała słaba. słaba. W związku z tym zaproponowano inne modele ewolucji sekwencji, aby wyjaśnić niektóre problemy z przyciąganiem długich gałęzi (LBA), które można przypisać różnicom w p(var). różnicom w p(var). Dla empirycznego przypadku z sekwencjami plastydowej i eubakteryjnej polimerazy RNA i eubakteryjnych sekwencji polimerazy RNA, potwierdzamy, wykorzystując szacunki i symulacje symulacje, że p(var) może różnić się między ortologami w dawnych rozbieżnych liniach ewolucyjnych. liniach ewolucyjnych. Stwierdzamy, że parsymonia i metoda odległości najmniejszych kwadratów która implementuje zbyt prosty model ewolucji sekwencji, są są podatne na LBA indukowane przez tę formę heterotachii. Chociaż jednorodne maksymalne prawdopodobieństwo okazało się odporne na błędną specyfikację modelu w naszym konkretnym przykładzie. modelu w naszym konkretnym przykładzie, ostrzegamy przed zakładaniem, że tak będzie zawsze. --- Istnieją powszechne dowody na zmienność tempa specyficzną dla linii, znaną jako heterotachy, podczas ewolucji białek. Zmiany w strukturalnych i funkcjonalnych działające na białko mogą prowadzić do heterotachii i jest prawdopodobne, że takie zmiany, znane jako przesunięcia kowariancji, mogą wpływać na wiele aminokwasów. że takie zmiany, znane jako przesunięcia kowariancji, mogą wpływać na wiele aminokwasów jednocześnie. jednocześnie. Kilka wcześniejszych prób modelowania heterotachii wykorzystywało modele kowariancji, w których sekwencja podlega dryfowi kowariancji, przy czym każde miejsce może przełączać się niezależnie między zestawem dyskretnych klas o różnych szybkościach substytucji. szybkości substytucji. Jednak takie niezależne przełączanie może nie uchwycić biologicznie ważnych zdarzeń, w których siły selektywne działające na białko wpływają na wiele miejsc jednocześnie. miejsca jednocześnie. Opisujemy nową klasę modeli, które pozwalają, aby tempo substytucji i przełączania różnią się między gałęziami drzewa filogenetycznego. Takie modele lepiej radzą sobie z przesunięciami kowariancji. Stosujemy te modele do zestawu genów występujących u niefotosyntetyzujących bakterii, cyjanobakterii i plastydów zielonych i czerwonych alg. plastydach zielonych i czerwonych alg. Stwierdzamy, że 4/5 genów wykazuje dowody na pewną formy przełączania szybkości i że 3/5 genów wykazuje dowody na to, że względna szybkość przełączania różnią się między grupami taksonomicznymi. Wnioskujemy, że zmiany kowariancji mogą być częste podczas głębokiej ewolucji genów plastydów i że nasza metodologia może zapewnić potężne nowe narzędzie do badania takich zmian w innych systemach. innych systemach. --- Zasada heterotachii mówi, że tempo substytucji miejsc w genie może zmieniać się w czasie. genie może zmieniać się w czasie. W tym artykule proponujemy skuteczny test statystyczny do wykrywania miejsc, które ewoluują zgodnie z procesem heterotachii. My zastosujemy ten test do wyrównania 1289 eukariotycznych cząsteczek rRNA, aby 1) określić, jak powszechne jest zjawisko heterotachii w rybosomalnym RNA, 2) sprawdzić, czy te heterotachiczne miejsca są rozmieszczone nielosowo, tj, związane z cechami struktury drugorzędowej rybosomalnego RNA, oraz 3) w celu określenia wpływu wpływu miejsc heterotachicznych na wsparcie bootstrapowe grup monofiletycznych. grup monofiletycznych. Nasze badanie wykazało, że przy 21 monofiletycznych taksonach, około dwie trzecie miejsc w rozważanym zestawie sekwencji jest heterotachicznych. Chociaż wykryte miejsca heterotachiczne nie wydają się być związane z określonymi cechami strukturalnymi małej podjednostki rRNA, wykazano, że ich obecność ma duży korzystny wpływ na wsparcie bootstrapowe grup monofiletycznych. Korzystając z obszernych testów, pokazujemy, że może to nie być spowodowane samą heterotachią ale jedynie ze względu na zwiększoną częstość substytucji w wykrytych miejscach heterotachicznych. miejscach. --- Heterotachia, zmienność częstości substytucji w danym miejscu w czasie, jest powszechnym zjawiskiem. powszechnym zjawiskiem w dopasowaniach nukleotydów i aminokwasów, które może wprowadzać w błąd może wprowadzać w błąd wnioski filogenetyczne oparte na probabilistyce. Model kowariancji jest szczególnym przypadek heterotachii, w którym miejsca zmieniają się między stanem "ON" (umożliwiającym substytucje zgodnie z dowolnym konkretnym modelem ewolucji sekwencji) i stanem "OFF" (zabraniający substytucji). W obecnych implementacjach szybkość przełączania między stanami ON i OFF są jednorodne w różnych miejscach, co jest hipotezą, której nigdy nie została przetestowana. W tym badaniu opracowaliśmy nieskończony model mieszany, zwany modelem mieszanki kowariancji (CM), który pozwala parametrom kowariancji na różnić się w różnych lokalizacjach, kontrolowanych przez priorytety procesu Dirichleta. Ponadto połączyliśmy model model CM z innymi podejściami. Używamy drugiego niezależnego procesu Dirichleta Dirichleta, który modeluje heterogeniczność częstotliwości równowagi aminokwasów w różnych miejscach, znany jako model CAT, a ogólna heterogeniczność w różnych miejscach jest modelowana przez rozkład gamma. Zastosowanie modelu CM do kilku dużych dopasowań pokazuje, że parametry kowariancji są znacząco niejednorodne w różnych lokalizacjach. Opisujemy testy rozbieżności predykcyjnej posterior i wykorzystujemy je do wykazania znaczenia tych różnych elementów modeli. modeli. --- TŁO: Metody probabilistyczne stopniowo wypierają metodę maksymalnej parsymonii (MP) do wnioskowania o drzewach filogenetycznych. Parsymonię (MP) do wnioskowania o drzewach filogenetycznych. Jednym z głównych powodów tej zmiany był fakt, że MP jest znacznie bardziej wrażliwa na artefakt przyciągania długich gałęzi (Long Branch Attraction (LBA) niż metoda największej wiarygodności (ML). Jednak ostatnie prace Kolaczkowskiego i Thorntona sugerowały, na podstawie symulacji, że MP jest mniej wrażliwy niż ML na artefakty rekonstrukcji drzewa generowane przez heterotachię, zjawisko, które odpowiada zmianom tempa ewolucji w czasie. w czasie. Wyniki te doprowadziły tych autorów do zalecenia, aby wyniki analiz ML i MP powinny być raportowane i interpretowane z taką samą ostrożnością. z taką samą ostrożnością. Ten konkretny wniosek ożywił debatę na temat wyboru najdokładniejszej metody filogenetycznej. najdokładniejszej metody filogenetycznej do analizy rzeczywistych danych, w których występują różne w których występują różne rodzaje heterogeniczności. Jednak zmienność tempa ewolucji między gatunkami gatunków nie została jednak wyraźnie uwzględniona w oryginalnym badaniu Kolaczkowskiego i i Thorntona, a także w większości późniejszych opublikowanych symulacji heterotachicznych. w których wszystkie końcowe długości gałęzi były równe, co jest założeniem biologicznie nierealistycznym. jest biologicznie nierealistyczne. WYNIKI: W tym raporcie przeprowadziliśmy bardziej realistyczne symulacje, aby ocenić względną wydajność metod MP i ML, gdy uwzględniono dwa rodzaje heterogeniczności heterogeniczności: (i) zmienność tempa w obrębie miejsca (heterotachia) oraz (ii) zmienność tempa zmienność między liniami. Korzystając z podobnego protokołu jak Kolaczkowski i Thornton do generowania heterotachicznych zestawów danych, stwierdziliśmy, że heterotachia, która stanowi poważne naruszenie istniejących modeli, zmniejsza dokładność ML niezależnie od poziom zmienności tempa w różnych liniach. W przeciwieństwie do tego, dokładność MP może może wzrosnąć lub spaść, gdy poziom heterotachii wzrasta, w zależności od od względnych długości gałęzi. Wynik ten pokazuje, że MP nie jest niewrażliwy na heterotachię, w przeciwieństwie do raportu Kolaczkowskiego i Thorntona. Wreszcie, w przypadku LBA (tj. gdy dwie linie niebędące siostrami ewoluowały szybciej niż pozostałe) niż pozostałe), ML przewyższa MP w szerokim zakresie warunków, z wyjątkiem nierealistycznych poziomów heterotachii. WNIOSEK: Dla realistycznych kombinacji zarówno heterotachii, jak i zmienności tempa ewolucji ewolucji między liniami, ML jest zawsze dokładniejszy niż MP. Dlatego ML powinien być preferowany w stosunku do MP do analizy rzeczywistych danych, tym bardziej tym bardziej, że metody parametryczne pozwalają również lepiej radzić sobie z innymi rodzajami biologicznej heterogeniczności. lepiej radzić sobie z innymi rodzajami biologicznych heterogeniczności, takimi jak zmienność tempa między miejscami. Mylące efekty heterotachii na metody rekonstrukcji drzew istnieją, ale mogą być uniknąć poprzez opracowanie modeli mieszanych w ramach probabilistycznych, jak zaproponowane przez Kolaczkowskiego i Thorntona. --- TŁO: Naruszenia modelu stanowią główne ograniczenie we wnioskowaniu o dokładnych filogenez. Scharakteryzowanie właściwości danych, które nie są prawidłowo obsługiwane przez obecne modele, ma zatem pierwszorzędne znaczenie. Jedną z właściwości ewolucji białek jest zmienność względnej szybkości substytucji w różnych miejscach i w czasie, to ostatnie jest zjawiskiem zwanym heterotachią. Jego wpływ na wnioskowanie filogenetyczne zyskał ostatnio znaczną uwagę. uwagę, co doprowadziło do opracowania nowych modeli ewolucji sekwencji. ewolucji sekwencji. Jednak do tej pory skupiano się na ilościowej heterogeniczności procesu ewolucji, pomijając tym samym procesu ewolucji, pomijając tym samym bardziej jakościowe zmiany. WYNIKI: Zbadaliśmy znaczenie zmienności specyficznego dla miejsca procesu substytucji aminokwasów procesu substytucji aminokwasów w czasie i jego możliwy wpływ na wnioskowanie filogenetyczne. filogenetyczne. Użyliśmy modelu CAT do zdefiniowania nieskończonej mieszaniny procesów substytucji charakteryzujących się częstotliwościami równowagi dla dwudziestu aminokwasów, użyteczny wskaźnik zastępczy do jakościowego oszacowania procesu ewolucyjnego. Używając dwóch dużych zbiorów danych, pokazujemy, że jakościowe zmiany w specyficznych dla miejsca substytucji w czasie wystąpiły znacząco. Aby sprawdzić, czy ta nieuwzględniona jakościowa może prowadzić do błędnego drzewa filogenetycznego, przeanalizowaliśmy białek mitochondrialnych, w których Cnidaria i Porifera zostały błędnie zgrupowane. błędnie zgrupowane. Stopniowe usuwanie miejsc o najbardziej heterogenicznymi profilami CAT w różnych kladach doprowadziło do odzyskania monofiletyczności Eumetazoa (Cnidaria + Bilateria), sugerując, że ta heterogeniczność może negatywnie wpływać na wnioskowanie filogenetyczne. WNIOSEK: Heterogeniczność czasowa procesu wymiany aminokwasów jest zatem ważnym aspektem ewolucyjnym, który powinien ważnym aspektem ewolucyjnym, który powinien zostać uwzględniony w przyszłych modelach zmian sekwencji. modelach zmian sekwencji. --- Badanie zależności między strukturą a funkcją stanowi ważną dziedzinę badań, zwłaszcza w zakresie modyfikacji funkcji białek i projektowania leków. Jednak fakt, że racjonalne projektowanie (tj. modyfikacja sekwencji aminokwasów za pomocą ukierunkowanej mutagenezy aminokwasów za pomocą ukierunkowanej mutagenezy, w oparciu o znajomość trójwymiarowej struktury) trójwymiarowej struktury) wydaje się być znacznie mniej wydajne niż nieracjonalne nieracjonalny projekt (tj. losowa mutageneza, po której następuje selekcja in vitro) wyraźnie wskazuje, że niewiele rozumiemy na temat relacji między pierwotną sekwencją sekwencją, trójwymiarową strukturą i funkcją. Zastosowanie ewolucyjnych ewolucyjnych przyniesie wgląd w tę trudną kwestię. Rosnąca rosnąca dostępność sekwencji rodzin wielogenowych, która wynika z projektów genomowych projektów genomowych zainspirowała stworzenie nowatorskich metod ewolucyjnych in silico do przewidywania szczegółów funkcji białek w zduplikowanych (paralogicznych) białkach. białkach. Podstawową zasadą wszystkich takich podejść jest porównanie ewolucyjnych właściwości homologicznych pozycji sekwencji w paralogach. Zostało zaproponowano, że pozycje, które wykazują zmiany w szybkości substytucji w czasie - tj. w czasie - tj. "miejsca heterotachiczne" - są dobrymi wskaźnikami dywergencji funkcjonalnej. Wydaje się jednak, że heterotachia jest znacznie bardziej ogólnym procesem, ponieważ większość zmiennych miejsc zmiennych miejsc homologicznych białek bez dowodów na przesunięcie funkcjonalne są heterotachiczne. Podobnie, wydaje się, że zmiany w szybkości substytucji są równie częste, gdy częste, gdy porównywane są sekwencje paralogiczne, jak i ortologiczne. są porównywane. Heterotachia, zamiast wskazywać na zmianę funkcjonalną, może bardziej ogólnie odzwierciedlać mniej specyficzny proces związany z wieloma wewnątrz- i interakcji wewnątrz- i międzycząsteczkowych kompatybilnych z szeregiem mniej lub bardziej równie konformacji białek. Interakcje te prowadzą do różnych ograniczeń dotyczących natury pierwotnych sekwencji, zgodnie z teoriami sugerującymi brak niezależności substytucji w białkach. Jednakże aminokwasów może stanowić dobry wskaźnik rozbieżności funkcjonalnej: substytucje funkcjonalnej dywergencji: substytucje występujące w pozycjach, które generalnie które generalnie powoli ewoluują. Takie substytucje w ograniczonych miejscach są znacznie częstsze wkrótce po duplikacji genów. częstsze wkrótce po duplikacji genu. Identyfikacja i analiza tych miejsc poprzez uzupełnienie informacji strukturalnych danymi ewolucyjnymi może stanowić obiecujący kierunek przyszłych badań dotyczących funkcjonalnej charakterystyką coraz większej liczby rodzin wielu genów zidentyfikowanych przez kompletną analizę genomu. --- Tempo ewolucji różni się w zależności od lokalizacji i drzewa filogenetycznego (heterotachia). Niedawna analiza sugerowała, że parsymonia może być lepsza niż standardowe prawdopodobieństwo w odzyskiwaniu prawdziwego drzewa, biorąc pod uwagę heterotachię. Autorzy zalecili, aby wyniki z parsymonii, którą uważają za nieparametryczne, były podawane wraz z wynikami prawdopodobieństwa. Zaproponowali również model model mieszany, który był niespójny, ale lepszy niż parsymonia lub standardowe prawdopodobieństwo w warunkach heterotachii. Pokazujemy, że ich główny wniosek jest ograniczony do szczególnego przypadku dla typu modelu, który badają. Ich model mieszany był niespójny, ponieważ został nieprawidłowo zaimplementowany. Użyteczny model nieparametryczny nieparametryczny powinien działać dobrze w szerokim zakresie możliwych modeli ewolucyjnych, ale parsymonia nie ma tej właściwości. Metody oparte na prawdopodobieństwie są zatem najlepszym sposobem radzenia sobie z heterotachią. --- Wyrównania sekwencji wielu genów są rutynowo wykorzystywane do wnioskowania o filogenetycznych relacji między gatunkami. Analiza ich konkatenacji jest bardziej prawdopodobna dać prawidłowe wyniki przy założeniu homotachii (tj. ewolucyjne w obrębie linii w każdym z połączonych genów są stałe podczas ewolucji). ewolucji). Tutaj badamy, w jaki sposób naruszenie homotachii (tj. obecność w obrębie miejsca, zwana heterotachią) zniekształca filogenezę gatunków. A teoretyczne zostało przeprowadzone przy użyciu przypadku czterech taksonów i metody metoda łączenia sąsiadów (NJ), stwierdzając, że NJ odzyskuje nieprawidłowe drzewo gdy połączone geny wykazują heterotachię. Zastosowanie podejścia średniej i średniej ważonej odległości, gdzie granice genów pozostają nienaruszone, przezwycięża szkodliwy wpływ heterotachii w analizie wielogenowej przy użyciu metody NJ. --- Ze względu na ograniczenia funkcjonalne, wskaźniki substytucji różnią się w zależności od pozycji białka, ale zwykle zakłada się, że są stałe w danym miejscu podczas ewolucji. ewolucji. Rozkład częstości w pozycjach sekwencji ogólnie pasuje do rozkładu Gamma. Modele ewolucji sekwencji zostały odpowiednio i doprowadziły do poprawy rekonstrukcji filogenetycznej. Jednakże, zostało przekonująco wykazano, że tempo ewolucji danej pozycji nie jest zawsze stała w czasie. Nazwaliśmy takie zmiany tempa w obrębie miejsca heterotachią (po grecku "różna prędkość"). Jednak heterotachia została znaleziona wśród homologicznych sekwencji daleko spokrewnionych organizmów, często o różnych funkcjach. funkcje. W takich przypadkach ograniczenia funkcjonalne są prawdopodobnie różne, co co wyjaśniałoby inny rozkład zmiennych miejsc. Aby ocenić znaczenie heterotachii, skupiliśmy się na sekwencjach aminokwasowych mitochondrialnego cytochromu cytochromu b, którego funkcja jest prawdopodobnie taka sama u wszystkich kręgowców. Wykorzystując 2038 sekwencji, wykazaliśmy, że 95% zmiennych pozycji jest heterotachiczne, tj. podlegały dramatycznym zmianom tempa substytucji wśród linii kręgowców. linii kręgowców. Heterotachia występuje nawet w małej skali ewolucyjnej, a w w tych przypadkach jest bardzo mało prawdopodobne, aby były one związane ze zmianami funkcjonalnymi. Ponieważ duża liczba sekwencji jest wymagana do skutecznego wykrywania heterotachii, zakres tego zjawiska nie jest nie można jeszcze oszacować zakresu tego zjawiska dla wszystkich białek. Może być tak duży, jak w przypadku cytochromu b, ponieważ białko to nie jest szczególnym przypadkiem. Obserwacje Obserwacje poczynione tutaj otwierają kilka nowych dróg badawczych, takich jak zrozumienie ewolucji ograniczeń funkcjonalnych lub ulepszenie metod rekonstrukcji filogenetycznej. metod rekonstrukcji filogenetycznej. --- Pomimo postępów w zrozumieniu ewolucji molekularnej, obecne metody filogenetyczne metody filogenetyczne ledwie uwzględniają ułamek złożoności ewolucji. Jesteśmy głównie przez naszą niepełną wiedzę na temat procesów ewolucji molekularnej i ograniczenia mocy obliczeniowej. procesów ewolucji molekularnej i ograniczenia mocy obliczeniowej. Ograniczenia te prowadzą do do ustanowienia albo biologicznie uproszczonych modeli, które rzadko uwzględniają ułamek złożoności, lub nadmiernego dopasowania modeli, które w niewielkim stopniu rozwiązują problem. rozwiązania problemu. Takie nadmiernie uproszczone modele mogą prowadzić do przypisania wysokiej zaufania do nieprawidłowego drzewa (niespójność). Modele Rate-across-site (RAS) są powszechnie stosowanymi modelami ewolucyjnymi w badaniach filogenetycznych. Uwzględniają one heterogeniczność w tempie ewolucji między miejscami, ale nie uwzględniają zmiany tempa ewolucji między liniami (heterotachia). Jeśli heterotachia jest powszechna, stosowanie modeli RAS może prowadzić do systematycznych błędów we wnioskowaniu o drzewie. W W tej pracy pokazujemy możliwe mylące efekty we wnioskowaniu o drzewie, gdy założenie stałych wskaźników wewnątrzgatunkowych w różnych liniach jest naruszane przy użyciu maksymalnego prawdopodobieństwa. Korzystając z badania symulacyjnego, badamy sposoby, w jakie stacjonarne modele gamma mogą prowadzić do błędnej topologii lub do zwodniczego wsparcia bootstrapowego wartości wsparcia bootstrap, gdy wskaźniki w obrębie miejsca zmieniają się w różnych liniach. Dokładniej, my pokazujemy, że różne stopnie heterotachii wprowadzają w błąd wnioskowanie filogenetyczne, gdy założony model jest stacjonarny. Na koniec proponujemy podejście oparte na geometrii do wizualizacji i testowania możliwego istnienia stronniczości z powodu heterotachii.
Co heterotopia mówi o molekularnych procesach ewolucyjnych?
Ograniczenia funkcjonalne mogą tłumaczyć heterogeniczność w tempie ewolucji pomiędzy różnymi miejscami sekwencji aminokwasów lub DNA. Oprócz różnic w szybkości substytucji między różnymi miejscami (zmienność przestrzenna), heterotachia stwierdza, że istnieją różnice w szybkości substytucji danego miejsca w czasie. Heterotachia to zmienność tempa ewolucji w obrębie miejsca w różnych liniach w czasie. Heterotachia (czasowa zmienność tempa) występuje z różnym nasileniem, ponieważ intensywność selekcji oczyszczającej i siły adaptacyjne działające w danej pozycji homologicznego aminokwasu lub sekwencji DNA nie są takie same u różnych gatunków. Heterotachy może wprowadzać w błąd wnioski filogenetyczne.