Razlika između verzija stranice "Molekularna sistematika"

'''Molekularna filogenija''' je grana [[filogenijaFilogenija|filogenije]] kojiakoja analizira nasljedne molekularne razlike, uglavnom u [[DNK]], za dobijanje informacija o [[Evolucijska genetika|evolucijskim]] putevima, vezama i odnosima organizama. Rezultati molekularne [[filogenetikaFilogenetika |filogenetičke]] analiza se izražavaju u konstrukciji [[filogenetskoFilogenetsko stablo|filogenetskog stabla]]. Molekularna filogenija je jedan aspekt '''molekularne [[biosistematika|sistematike]]''', širi pojam koji uključuje i upotrebu molekularnih podataka u [[Taksonomija |taksonomiji]] i [[biogeografijaBiogeografija|biogeografiji]].

Teorijski okviri za molekularnu sistematiku su postavljeni utokom 1960-ih, u radovima [[Emile Zuckerlandl|Emila Zuckerlandla]], [[Emanuel Margoliash|Emanuela Margoliasha]], [[Linus Pauling|Linusa Paulinga]] i [[Walter M. Fitch|Waltera M. Fitcha]].<ref>{{cite journal|author=Suárez-Díaz, Edna and Anaya-Muñoz, Victor H. |year=2008|title= History, objectivity, and the construction of molecular phylogenies|pmid=19026976|doi=10.1016/j.shpsc.2008.09.002|journal= Stud. Hist. Phil. Biol. & Biomed. Sci. |volume=39|pages=451–468|issue=4}}</ref> Pioniri aplikacijaprimjene molekularne sistematike su bili [[Charles Sibley]] ([[ptice]] ), [[Herbert C. Dessauer]] ([[herpetologija]]) i [[Morris Goodman]] ([[primat]]i), zatim [[Allan Wilson]], [[Robert K. Selander]] i [[John C. Avise]] (koji je studirao različite grupe). Rad sa [[elektroforezaElektroforeza|elektroforezom proteina]] je počeo oko [[1956]]. Iako rezultati nisu bili kvantitativnibrojni i u početku nisu poboljšali [[Morfologija|morfološke]] klasifikacije, dali su primamljive naznake da je za dugo održavano poimanje klasifikacije [[ptica]], naprimjer, potrebna značajna revizija. U periodu od [[1974]].-[[198]]6, bila je dominantnapreovladavajuċa tehnika zvana [[DNK-DNK hibridizacija]].<ref>{{cite journal|author=Ahlquist, Jon E.|year= 1999|title= Charles G. Sibley: A commentary on 30 years of collaboration|journal=The Auk|volume=116|issue=3|url=http://sora.unm.edu/node/26122|pages=856–860|doi=10.2307/4089352 }}</ref>

== Tehnike i aplikacijeprimjene ==

Svaki živi [[organizam]] sadrži [[DNK]], [[RNK]] i [[proteinProtein|proteine]]. U principu , organizmi u uskoj vezi imaju visok stepen saglasnosti u molekulskoj strukturi ovih supstancimaterija, dok molekule srodnih organizama obično ispoljavaju određene obrasce različitosti. Očekivanje da će konzervirane sekvence, kao što je [[mitohondrijskska DNK]], akumulirati [[mutacije]] tokom vremena, a pod pretpostavkom konstantnestalne stopiestope mutacija, daje [[molekularni sat]] za datiranjeodređivanje starosti divergencije. Molekularna filogenija koristi takve podatke da se izgradi "stablo odnosa" koji pokazuje vjerovatnu [[evolucijaEvolucija|evoluciju]] različitih organizama. Sa pronalaskom [[Sangerovo sekvenciranje|Sangerovog sekvenciranja DNK]] [[1977]]. godine postalo je moguće izolirati i identificirati ove molekulske strukture.<ref name=Sanger75>{{cite journal |author=Sanger F, Coulson AR |title=A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase |journal=J. Mol. Biol. |volume=94 |issue=3 |pages=441–8 |date=May 1975 |pmid=1100841 |doi=10.1016/0022-2836(75)90213-2 }}</ref><ref name="Sanger1977">{{cite journal |author=Sanger F, Nicklen S, Coulson AR |title=DNA sequencing with chain-terminating inhibitors |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.|volume=74 |issue=12 |pages=5463–7 |date=December 1977 |pmid=271968 |pmc=431765 |doi=10.1073/pnas.74.12.5463 |bibcode = 1977PNAS...74.5463S }}</ref>

Najčešći pristup je poređenje [[Homologija (biologija) |homolognih]] sekvenci gena pomoću tehnike [[usklađivanjeUsklađivanje sekvenci|usklađivanja sekvenci]] za identifikaciju sličnosti. Još jedna primjena molekularne filogenije je u [[DNK barkodiranje|DNK barkodiranju]], pri čemu se vrsta pojedinih organizama identificira pomoću male sekcije [[mitohondrijskaMitohondrijska DNK|mitohondrijske]] ili [[Hloroplastna DNK|hloroplastne DNK]]. Primjena ovih tehnika može se vidjeti u vrlo ograničenoj oblasti [[genetikaGenetika čovjeka|genetike čovjeka]], kao što je sve popularnije [[genetičko testiranje]] kako bi se utvrdilo nečije roditeljstvo, kao i novi ogranak krivične [[forenzikaForenzika|forenzike]] koja je fokusiranausredsređena na dokaze koji su poznati kao [[genetički otisak prstiju]].

Sveobuhvatni korak-po-korak protokol u izgradnji filogenetskog stabla, uključujući i poravnanja DNK / aminokiselinskih multiplih sekvenci, višestruko poravnanjeporavnavanje sekvenci, test-modelemodela (testirane najbolje prilagođeneprilagođeni modelemodeli supstitucijsupstitucije) i rekonstrukcijurekonstrukcija filogenije koristeći maksimalnu vjerovatnoću Ii test Bastovskog zaključivanja dostupan je u ''Protokolu prirode'' (''Nature Protocol'')<ref>Bast, F. 2013. Sequence Similarity Search, Multiple Sequence Alignment, Model Selection, Distance Matrix and Phylogeny Reconstruction. Nature Protocol Exchange. doi: [http://dx.doi.org/10.1038/protex.2013.065 10.1038/protex.2013.065]</ref>

Rani pokušaji molekularne sistematike se nazivaju [[hemotaksonomija]], a koristili su proteine, [[enzim]]e, [[ugljikohidrat]]e i druge molekule koje su izdvojene i karakterizirane koristeći tehnike kao što je [[hromatografija]]. Ovi su u posljednje vrijeme u velikoj mjeri zamijenjeni [[DNK ]]analizom, koja se bavi tačannomtačnom iderntifikacijom sekvenci [[nukleotid]]a ili ''baza'' u sekvencama DNK ili [[RNK]] ekstrahiranih pomoću različitih tehnika. U principu, oni se smatraju superiornim, za evolucijskievolucijske studije, jer se djelovanje evolucije u konačnici odražava na genetičke sekvence.<ref name=“Hadziselimović“>{{cite book |author=Hadžiselimović R.|year=2005| title=Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka.|publisher= Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo|isbn=9958-9344-2-6}}</ref>Danas je još uvijek dug i skup proces sekvencioniranja cijelokupnecjelokupne DNK organizma ([[genom]]a). Međutim, sasvim je moguće da se utvrdi redoslijed definisanog prostora određenog [[hromosom]]a. Tipske molekularno-sistematske analize zahtijevaju poznavanje redosledaredoslijeda od oko 1.000 [[bazniBazni par|parova baza]]. Na bilo kojem lokusu, određena sekvenca baza koje se nalaze u datom položaju može se razlikovati između organizama. Posebna sekvenca pronađena u datom organizmu se naziva njegov [[haplotip]]. U principu, jer postoje četiri vrste baze, od 1.000 parova, može se dobiti 4¹⁰⁰⁰ različitih haplotipova. Međutim, za organizme unutar pojedine vrste ili u grupi povezanih vrsta, empirijski je utvrđeno da samo manjina lokusa ne pokazuje nikakve varijacije uopće i većina varijacija je u korelaciji, tako da je broj nađenih različitih haplotipova je relativno mali.<ref name=“Hadziselimović-Pojskić“>{{cite book |author=Hadžiselimović R., Pojskić N.|year=2005||title= Uvod u humanu imunogenetiku.|publisher= Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo|isbn=9958-9344-3-4}}</ref>

U molekularno-sistematskoj analizi, [[haplotip]]ovi se utvrđuju na određenom području [[genetičkiGenetički materijal|genetičkog materijala]]. Zato se koriste značajni uzorci jedinki ciljne [[vrstaVrsta|vrste]] ili drugih [[takson]]a , ali mnoge sadašnjisadašnje studije se temeljezasnivaju na jednoj individui. Tako su nađeni i haplotipovi blisko povezanih jedinki različitih taksona. Konačno, određeni su haplotipovi manjeg broja jedinki iz definitivno različitih taksona: ovi su navedeni kao ''vanjske grupe''. Tada su poređene sekvence baza u haplotipu. U najjednostavnijem slučaju, razlika između dva haplotipa se procjenjuje brojanjem lokusa na kojima imaju različite baze: ovo se naziva broj ''zamjena'' (do druge vrste razlika između haplotipova može doći, nanaprimjer primjer jeprilikom ''insercije'' (umetanja) jednog dijela [[nukleinskih kiselina]] u jedan haplotip koji nije prisutan u drugom). Razlika između organizama obično se ponovno izražavaju kao ''postotak odstupanja '', tako što je broj zamena po broju analiziranih parova baza. NadatiOčekuje se da će ova mjera biti nezavisna od lokacije i dužinudužine dijela DNK koji je sekvenciran.

StarijaStariji i zamijenjeni pristup je bio da se utvrdi razlika između [[genotip]]ova jedinki prema [[DNK-DNK hibridizacija|DNK-DNK hibridizaciji]]. Tvrdilo se da je rednostvrijednost korištenjekorištenja hibridizacije, a ne sekvenciranje gena baziranozasnovano na cijelom genotipu, a ne na pojedinim dijelovima DNK. Moderne tehnike poređenja sekvenci, prevazilaze ovaj prigovor upotrebom više sekvenci.

Kada se utvrde razlike između svih parova uzoraka, rezultirajuća [[trokuglasta matrica]] razlikâ se odnosi na neki oblik statističke [[klasterKlaster analiza|analize klastera]], a kao rezultat se dobije [[dendrogram]] koji se ispituje kako bi se vidjelo da li su uzorci klastera raspoređeni na očekivani načinačin, prema polaznoj ideji o taksonomiji grupe, ili ne. Za svaku grupu haplotipova koji su sve sličniji jedni drugima nego bilo koji od njih, je kada se poredi sa bilo kojim drugim haplotipom se može reći da predstavlja [[kladus]]. Raznim [[statistikaStatistika|Statističkimstatističkim]] tehnikama može se procjeniti pouzdanostipouzdanost pozicije haplotipa u [[filogenetskoFilogenetsko stablo|evolucijskimevolucijskom stablu]].

Molekularna sistematika je u osnovi ima [[Kladistika |kladistički]] pristup: ona pretpostavlja da klasifikacija mora odgovarati filogenetskom porekluporijeklu, i to da svi važećihvažeći taksoni moraju biti [[monofiletskaMonofiletska evolucija|monofiletski]].

Nedavno otkriće opsežnih [[horizontalniHorizontalni prijenos gena|horizontalnih prijenosa gena]] među organizmima, zadaje značajne komplikacije molekularnoj sistematici, ukazujući na to da različiti geni unutar istog organizamorganizma mogu imati različituirazličitu [[filogenijaFilogenija|filogeniju]].

Osim toga, molekularna filogenija je osjetljiva na pretpostavke i modele na kojima počiva. Oni se suočavaju sa problemima kao što su [[atrakcija dugih grana]], [[Saturacija (genetika) |zasićenost]] i problem uzimanja uzoraka [[takson]]a. To znači da se, primjenom različitih modela , mogu dobiti upadljivo različiti rezultati za isti skup podataka .<ref name="Philippe2011">{{Cite journal | last1 = Philippe | first1 = H. | last2 = Brinkmann | first2 = H. | last3 = Lavrov | first3 = D. V. | last4 = Littlewood | first4 = D. T. J. | last5 = Manuel | first5 = M. | last6 = Wörheide | first6 = G. | last7 = Baurain | first7 = D. | editor1-last = Penny | editor1-first = David | title = Resolving Difficult Phylogenetic Questions: Why More Sequences Are Not Enough | doi = 10.1371/journal.pbio.1000602 | journal = PLoS Biology | volume = 9 | issue = 3 | pages = e1000602 | year = 2011 | pmid = 21423652| pmc =3057953 }}</ref>