Geavanceerd zoeken  

Nieuws:

Pagina's: [1]   Omlaag

Auteur Topic: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten  (gelezen 391 keer)

0 leden en 1 gast bekijken dit topic.

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Gepost op: september 01, 2022, 12:46:34 pm »

Hoi, misschien herkennen enkele mensen deze discussie die ik laatst weer eens had.
Classificatie van soorten vind het beste plaats aan de hand van morfologische (lichaamsvorm) kenmerken van verwante groepen. Gedeelde eigenschappen bepalen groepsindeling. Aan de hand van deze overeenkomsten kan een ‘fylogenetische’ stamboom opgesteld worden.
Echter, door de opkomst van DNA-analyse is het veel makkelijker geworden om verwantschappen te bestuderen en correcte stambomen op te stellen.
De vraag is dus . . kan DNA-analyse, de traditionele morfologische taxonomie vervangen? Mijn eerste gedachte was ‘Is DNA gebaseerde fylogenie dan inderdaad zo makkelijk?’. Als het inderdaad makkelijk is, kan ik (met wat kennis van DNA) het ook? Omdat mijn discussie partner veel weet van libellen-morfologie heb ik libellen-DNA uit publiekelijk toegankelijke databanken proberen te halen en hiermee getracht een fylogenetische boom te maken. Hieronder een verslagje van mijn uit de hand gelopen poging (3 avonden en een zondag). Resultaat is inmiddels een heilige overtuiging dat DNA-analyse en degelijke taxonomie onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn.
« Laatst bewerkt op: september 01, 2022, 12:55:34 pm door jvanleeuwen »
Gelogd

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #1 Gepost op: september 01, 2022, 12:47:05 pm »

Stap 1: Waar vind ik DNA sequenties van Libellen?
Antwoord: op National Center for Biotechnology Information. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide. Hier blijken bijna 100.000 stukken libellen-DNA te zijn opgeslagen. . afkomstig van een kleine 300 soorten. “Slechts” 10% van de geschatte wereldpopulatie van 3000 soorten. Nog wat werk te doen dus. In deze database zitten helaas veel kleine DNA stukken (kleiner dan 200 nucleotiden; nucleotide is 1 DNA bouwsteen) die te weinig informatie bevatten (alsof je soorten indeling op één eigenschap probeert te maken) maar ook complete chromosomen van één waterjuffer (blauwe breedscheenjuffer).
Stap 2: Welk stuk DNA (genen) selecteer ik als er zoveel DNA fragmenten in zitten?
Veel van het opgeslagen DNA is mitochondriaal DNA. Mitochondriën, verantwoordelijk voor energieproductie in de cel, hebben hun eigen DNA. Omdat één enkele cel meer dan 1000 mitochondriën kan bevatten is DNA-analyse van mitochondriaal DNA veel makkelijker en daarom ook populair onder moleculair biologen om fylogenie te doen. Dus de keuze valt op mitochondriaal DNA. Eén enkel gen (bijvoorbeeld COX1) hoeft niet representatief te zijn voor de gehele complete genetische samenstelling van het organisme en kan leiden tot misinterpretatie van verwantschappen Met andere woorden, als je slechts één gen bestudeert is dat alsof je één uiterlijk kenmerk van een libel hebt en daar de soortindeling van moet maken.
Wanneer compleet mitochondriaal DNA aanwezig is in de databank (met een tiental genen en een lengte van ongeveer 15.000 nucleotiden) kom je dicht in de buurt van een goede afspiegeling van de genetische samenstelling. In de DNA database zitten bijna 70 soorten met compleet mitochondriaal DNA. Mooie uitdaging om met deze 70 soorten de fylogenetische verwantschappen aan te tonen.
Stap 3: Hoe bouw ik nu een DNA fylogenetische boom met al deze informatie?
Tja, hier zijn boeken/websites vol over geschreven. Welke methode moet je toepassen en wat is de beste aanpak? Er zijn verschillende online sites die dit kunnen (verzameld op https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/ ) of software die is te downloaden ( b.v. MEGA Evolutionary analysis). Ikzelf gebruik Geneious software.
Stappen 1 tm 3 hierboven zijn natuurlijk sterk vereenvoudigd toegelicht maar dit is wat bij mijn uiteindelijke poging eruit kwam.
« Laatst bewerkt op: september 01, 2022, 12:53:55 pm door jvanleeuwen »
Gelogd

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #2 Gepost op: september 01, 2022, 12:50:02 pm »

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #3 Gepost op: september 01, 2022, 12:50:26 pm »

Stap 4. Resultaat van de DNA fylogenetische boom Odonata
Het resultaat oogt goed want de families groeperen mooi bij elkaar (identieke kleuren in de figuur). Ten overvloede, families zijn ingedeeld door taxonomen. Opvallende uitzondering zijn Deielia phaon en Trigomphus carus (zie *) die in de totaal verkeerde familie zitten. Mijn reactie was dat DNA analyse er naast kan zitten maar niet zover! Daarom een e-mailtje gewaagt aan de auteurs van deze sequenties. Gelukkig kreeg ik snel een erg vriendelijk antwoord waarin de verwisseling werd bevestigd.
« Laatst bewerkt op: september 01, 2022, 12:54:04 pm door jvanleeuwen »
Gelogd

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #4 Gepost op: september 01, 2022, 12:50:51 pm »

--- Gestuurd ---
Dear Prof. Xu,
Building a phylogenetic Odonata tree, I used two of your sequences: Deielia phaon mitochondrion, complete genome (NC_042690) and Trigomphus carus mitochondrion, complete genome (NC_042733). However, it seems that the two genomes are switched. The Deielia phaon is in the Gomphidae family whilst it should be Libellulidae. The Trigomphus carus is in the Libellulidae group whilst it should be Gomphidae. Could it be that you accidently switches both DNA sequences? Or maybe I am mistaken? I appreciate you professional opinion. Kind regards, Hans van Leeuwen
--- antwoord ---
Dear Leeuwen,
I am the first author of the Odonata mitochondrial genome paper. Here I have to confess that u are right, and thx for letting us know, u may use the new results u corrected. We will actively contact the Genbank to make amends, but it will take time, plz forgive us. Thank you. Guandelong

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #5 Gepost op: september 01, 2022, 12:52:36 pm »

Geweldig, de boom heeft zijn nut nu al bewezen en alle families groeperen nu mooi. Als de conclusie is dat de DNA gebaseerde fylogenie goed heeft gewerkt, zijn er dan nog meer conclusies te trekken?
Met het risico mij, als niet libellen kenner, op glad ijs te begeven zijn dit ze denk ik:
- Epiophlebia superstes (zie **) , is geclassificeerd als een aparte onderorde van Anisozygoptera (Oerlibellen). In deze mitochondriale DNA boom, groepeert E. superstes samen met Cordulegastridae en Aeshnidae. Voor een complete onderorder zou je een grotere afsplitsing (afstand) verwachten.
- Ceriagrion fallax (zie ***) behorend bij familie Coenagrionidae lijkt (mitochondriaal) veel op Megaloprepus caerulatus (Pseudostigmatidae ). Soorten met totaal andere herkomst (Z.O. Azië en Midden Amerika) en totaal andere auteurs dus fout/verwisseling lijkt uitgesloten. Deze verwantschap tussen C.fallax en M.caerulatus blijkt ook  al gepubliceerd te zijn met een andere aanpak ( 13 eiwit sequenties).
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23802359.2021.1955635
Dus, misschien naast DNA ook morfologische overeenkomsten en dus mogelijk verwante soorten (zelfde familie)?
Tot slot, mocht je tot zover gekomen zijn om dit te lezen, mijn complimenten.
Samengevat DNA fylogenie is goed te doen mits de DNA database correct is. Er zaten storende fouten in de DNA database. Bijvoorbeeld Asiagomphus coreanus, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_061968 , staat fout geannoteerd als Aeshnidae en Epophthalmia elegans,  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_046756 , staat fout geannoteerd als Corduliidae. Mogelijk geloven de auteurs dat ze het bij het rechte eind hebben.
Voor een correcte species en een foutloze referentie database heb je taxonomen met veel kennis nodig anders wordt de DNA databank vervuilt met verkeerde DNA sequentie.
DNA-analyse is een geweldig hulpmiddel voor de snelle identificatie van soorten, maar het gebruik ervan in de afwezigheid van traditionele taxonomie zal onbetrouwbaar zijn. DNA-analyse en traditionele morfologische taxonomie zijn twee middelen die taxonomen en moleculair biologen op een iteratieve manier moeten gebruiken (d.w.z. verschillen bediscussiëren en indeling eventueel aanpassen). Het zou een stap achteruit zijn als de een of de ander opgegeven wordt.
Voor de libellenboom zou ik zeggen nog 2930 soorten te gaan!
Gr. Hans en Jan van Leeuwen

grunsven

  • Validator
  • Offline Offline
  • Berichten: 3144
    • Roy van Grunsven
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #6 Gepost op: september 01, 2022, 13:55:15 pm »

Leuk om een keer mee te spelen inderdaad.
In essentie zijn nucleotiden ook gewoon een kenmerk. Je kunt kijken of soorten een stip hebben op het 9e segment of je kunt kijken of soorten op plek 275694 een G hebben in het DNA. In beide gevallen is de aanname dat als beide soorten hetzelfde kenmerk is, dat dat eenvoudiger te verklaren is als ze nauw verwant zijn. Uiteraard hoeft dat niet zo te zijn, tijgers en zebra's hebben allebei strepen maar dat komt niet doordat hun gezamenlijke voorouder strepen had. Hetzelfde geldt voor die G, dat kan ook onafhankelijk ontstaan zijn.
Ik zie dan ook morfologische en DNA fylogenie ook niet als fundamenteel anders, de techniek is vooral anders.
Je moet wel opletten met het gebruik van alleen mitochondriaal DNA. Dat is alsof je een morfologische boom maakt zuiver op de tekening op het borststuk, je mist heel veel info (en het heeft nog een paar problemen doordat het alleen maternaal overerft).

Wel erg leuk dat de enige "fout" in je boom inderdaad een fout label was. Het geeft ook wel aan hoe riskant dat is. Je kunt de namen in de databases niet zomaar vertrouwen.
Gelogd
Roy van Grunsven
De Vlinderstichting - Dutch Butterfly Conservation (www.vlinderstichting.nl)

Weia

  • Validator
  • Offline Offline
  • Berichten: 29598
  • Admingroep:
    * Libellen
    * Motmuggen
    • http://www.at-A-lanta.nl/odon
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #7 Gepost op: september 01, 2022, 15:06:26 pm »

Heel leuk Jan!
Die Orthetrum melania is ook gek, zou op grond van deze boom een Sympetrum zijn.
Gelogd
Groeten, Weia
rode bosmieren: https://forum.waarneming.nl/index.php/topic,342651.0.html
pagina over variatie bij een paar lastige libellensoorten: www.at-a-lanta.nl/weia/LibellenVariatie.html
motmugjes van foto determineren: http://www.at-a-lanta.nl/weia/Motmuggen.html
familie motmuggen systematisch http://forum.waarneming.nl/smf/index.php?topic=378882.0

Niek Haak

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 67
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #8 Gepost op: september 02, 2022, 22:53:20 pm »

Eens met grunsven: nucleotiden sequence is gewoon een kenmerk en gebruik van (alleen) mt DNA heeft duidelijke beperkingen en bias risico.

Ik herinner me een publicatie van een jaar of vijf geleden over sequencing bij libellen op basis van ribosomaal DNA waar uit kwam dat er soms merkwaardige verschillen waren tussen de voorspelde verwantschap op basis van rDNA en op basis van morfologische kenmerken. En dat betekent niet per definitie dat de traditionele indeling fout is ...

Soms zal gebruik van bijvoorbeeld mt DNA, rDNA of "junk DNA" (nog weinig gebruikt maar misschien wel extra interessant) verschillende conclusies opleveren. Waarschijnlijk zal in een aantal gevallen op basis van DNA sequencing ook blijken dat soortgrenzen minder absoluut zijn dan de hokjes die nu gebruikt worden, ik denk dat de gemiddelde waarnemer daar zo al een paar voorbeelden van kan bedenken. Denk bijvoorbeeld aan de invloed van epigenetica op variabele kenmerken, iets wat je met traditionele sequencing zult missen.

Maar er valt ongetwijfeld veel te leren door gebruik van DNA/RNA technologie, als de mensen die de technologie hanteren ook snappen waar ze in biologisch opzicht mee bezig zijn :)
Gelogd

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #9 Gepost op: september 05, 2022, 14:09:04 pm »

Heel leuk Jan!
Die Orthetrum melania is ook gek, zou op grond van deze boom een Sympetrum zijn.
Hoi Weia,
Zeer scherp opgemerkt!!!
We hebben daarom alle Orthetrum en Sympetrum DNA COX1 genen uit de databank getrokken en deze O.melania daarin gezet. Deze blijkt overeen te komen met S.eroticum.
Foutje?!
Dus ... een e-mailtje naar de de auteur, die tot onze verbazing dezelfde is als de eerdere Trigomphus-Deielia verwisseling. Hier de e-mail wisseling (en auteur die een beetje door het stof gaat).
« Laatst bewerkt op: september 05, 2022, 14:11:46 pm door jvanleeuwen »
Gelogd

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #10 Gepost op: september 05, 2022, 14:09:24 pm »

--- Gestuurd ---
Dear Guandelong,
Maybe I could impose on you for another observation we made? In the Odonata tree I sent you previously, the Orthetrum melanania you sequenced (red, blue arrow) , is surprisingly grouped with Sympetrum and not with the other Orthetrum (box). If we use the COX1 gene phylogenetic tree for a Sympetrum/Orthetrum group, your O.melania  (NC_042732) does not match with the other O.melania’s (green)!
It is, however, highly similar with Sympetrum eroticum, which is commonly found in China.  Is it possible that you have wrongly annotated this sample and it is actually Sympetrum eroticum and not Orthetrum Melania?
Very interested in your opinion.
--- antwoord ---
Dear Leeuwen.
I have also checked this sequence, I bet while we upload these sequences through a batch script may cause some of these sequences do not have the correct organism annotation. Here we have the correct backup on our local server.
I really appreciated that you have helped me with these sequences. I would like to correct any mistake, although I must confess it truly embarrasses me that these mistakes make me look like a total amateur. But, I still believe our point of this paper stands solid and still, we would accept your advises happily. 
BTW, the genbank database have corrected the two previous switched IDs.

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #11 Gepost op: september 05, 2022, 14:10:55 pm »

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #12 Gepost op: september 05, 2022, 14:11:21 pm »

Weia

  • Validator
  • Offline Offline
  • Berichten: 29598
  • Admingroep:
    * Libellen
    * Motmuggen
    • http://www.at-A-lanta.nl/odon
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #13 Gepost op: september 05, 2022, 15:50:38 pm »

Zo wordt het weer duidelijker. Die Epiophlebia vind ik heel erg raar.
Gelogd
Groeten, Weia
rode bosmieren: https://forum.waarneming.nl/index.php/topic,342651.0.html
pagina over variatie bij een paar lastige libellensoorten: www.at-a-lanta.nl/weia/LibellenVariatie.html
motmugjes van foto determineren: http://www.at-a-lanta.nl/weia/Motmuggen.html
familie motmuggen systematisch http://forum.waarneming.nl/smf/index.php?topic=378882.0

pdeknijff

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 1229
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #14 Gepost op: september 06, 2022, 09:02:10 am »

Leuk gestoei Jan, maar wees erg voorzichtig met verstrekkende conclusies.
Zoals je al hebt gemerkt zitten er erg veel fouten in GenBank en het zelfreinigende vermogen van veel “donoren” is beroerd. Je hebt met deze wetenschapper geluk, meestal krijg je geen reactie.

COI is inderdaad de meest gebruikte DNA barcode, maar niet de eerste en ook (soms) niet de beste. Er zijn voldoende voorbeelden van studies waarbij in dezelfde DNA samples, verschillende mtDNA genen verschillende stambomen geven. Ook bij komplete mtDNA genomen heb je hier last van (de statistische ondersteuning vaan een split lijkt dat door slechts 1 of 2 genen beinvloed te worden maar dit wordt vaak slecht bekeken, laat staan begrepen). En, tenslotte, de betrouwbaarheid van dit soort stambomen wordt vaak overschat.

Dus, ja, DNA en mtDNA zijn nuttige kenmerken waarmee je de onderlinge samenhang tussen taxa kunt bestuderen, maar zaligmakend is het zeker niet, laat staan dat het een betrouwbare soort/ondersoort discriminator is.

Qua software is Genious zeer nuttig maar ook erg duur, er zijn prima gratis paketten te vinden (IQTREE, MEGA, MRBAYES, BEAST, DNASP, DAMBE) waarmee jecalkes wat je wilt kunt doen.
Gelogd
Met vriendelijke groet,

Peter de Knijff

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #15 Gepost op: september 06, 2022, 16:52:47 pm »

Je hebt met deze wetenschapper geluk, meestal krijg je geen reactie.
;D

jvanleeuwen

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 771
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #16 Gepost op: september 06, 2022, 16:54:32 pm »

Peter, vraagje : In veel publicaties wordt  13 concatenated mitochondriale eiwitten gebruikt ipv DNA. Is dat beter /betrouwbaarder?

pdeknijff

  • Member
  • Offline Offline
  • Berichten: 1229
Re: Taxonomische en DNA fylogenetische boom van 70 libellen soorten
« Reactie #17 Gepost op: september 06, 2022, 17:09:37 pm »

Als er een complete mtDNA sequentie is, dan is het altijd beter om te zoeken naar de beste partities; dwz die combinaties van mtDNA genen (of zelfs codon posities) welke het meest optimale uiteindelijke model vormen.
Als de mtDNA of DNA data echt robuust zijn, dan maakt het niet veel uit, maar meestal weet je dit niet van te voren en zul je dit moeten testen. Op zich is dit niet zo moeilijk, het enige wat je nodig hebt is een sequentie alignment en een partitie tabel.
Ik kan je wel helpen hiermee, met Iqtree2 is e.e.a. redelijk simpel.

Het grote voordeel van autosomale DNA fragmenten i.v.m. mtDNA is het gegeven dat ieder autosomaal locus zijn eigen evolutionaire geschiedenis heeft, wat bij mtDNA niet zo is. Dus 16000 bp aan verschillende autosomale fragmenten zou meer onafhankelijke info moeten geven dan een mtDNA genoom.
Echter, het hangt sterk af van de evolutionaire schaal die je wilt bestuderen.
Dus ook hier is het een kwestie van zoeken en testen.
Gelogd
Met vriendelijke groet,

Peter de Knijff
Pagina's: [1]   Omhoog
 

Pagina opgebouwd in 0.093 seconden met 20 queries.