WBO 9 – Tree reconciliation

English version below. Today’s lecture will be online, the link can be found in the chat channel.

Dzisiaj na wykładzie zajmowaliśmy się uzgadnianiem drzew.

Slajdy do wykładu:

Zadania na lab:

Dzisiaj zajmiemy się uzgadnianiem drzew. Rozważmy sytuację, gdy mamy 1 drzewo gatunków S i drzewo genów G zgodne z tym drzewem gatunków (dla każdego genu g\in G , s(g)\in S). Na początek możemy:

0. Drzewa możemy reprezentować jako słowniki, gdzie każdemu identyfikatorowi wierzchołka przypisujemy listę identyfikatorów jego potomków, w takiej reprezentacji, w pythonie, drzewa ze slajdu 5 z wykładu P. Góreckiego można zapisać tak:

G={"abcde" : ["abcd","e"], "abcd" : ["ab", "cd"], "e" : [], "ab" : ["a","b"], "cd" : ["c","d"], "a" : [], "b" : [],"c" : [],"d" : [] }
S={"abcde": ["abcd","e"], "abcd": ["abd","c"], "abd":["a","bd"], "bd":["b","d"],"a" : [], "b" : [],"c" : [],"d" : [] ,"e":[]}

1. Napisać algorytm LCA(G,S), który znajduje mapowanie LCA dla drzew G,S i zwraca je w postaci słownika

2. Napisać funkcje liczące koszty DC(G,S), D(G,S), a następnie wykorzystać wzór ze slajdu 10, aby wyliczyć  koszt strat L(G,S)

3. Napisać funkcję fat_tree(G,S), odtwarzającą scenariusz uzgadniający drzewaG i S (nie zawsze optymalny), w którym w korzeniu występują wszystkie duplikacje, zaś wszystkie straty występują możliwie nisko w drzewie gatunków. Scenariusz, to oczywiście etykietowanie drzewa gatunków zdarzeniami ewolucyjnymi, D i L. Zauważmy, że zarówno straty jak i duplikacje występują na krawędziach drzewa gatunków, co oznacza, że możemy zapisać wynik naszej funkcji, jako słownik, który każdej etykiecie węzła w drzewie S, przypisuje listę zdarzeń ewolucyjnych, które w wynikowym scenariuszu następują na krawędzi prowadzącej do tego węzła od jego rodzica.

4. Napisać funkcję optimal_tree(G,S), która znajduje jeden z optymalnych scenariuszy uzgadniających G i S. W tym celu musimy przenieść w drzewie “grubym”, które zrobiliśmy w zadaniu 3,  duplikacje możliwie daleko w dół drzewa, a straty w górę, jeśli to możliwe.

English version:

Today’s lecture was about gene and species tree reconciliation.

We have two sets of slides:

  • More theoretical approach by  Paweł Górecki (slides 1-20) : dlt
  • More applied approach by Terry Speed (slides 14-20): Terry-Speed-Reconciliation

For today’s practicals:

We will implement some algorithms for tree reconiliation. We will consider the scenario, wherewe have 1 species tree S  and one gene tree G, such that \forall g \in G  s(g) \in S).

0. We will represent trees in python as dictionaries, with tree node identifies as keys and lists of descendant node identifiers as values. In this representation, the sample trees from P. Górecki’s slide 5 can be written as below:

G={"abcde" : ["abcd","e"], "abcd" : ["ab", "cd"], "e" : [], "ab" : ["a","b"], "cd" : ["c","d"], "a" : [], "b" : [],"c" : [],"d" : [] }
S={"abcde": ["abcd","e"], "abcd": ["abd","c"], "abd":["a","bd"], "bd":["b","d"],"a" : [], "b" : [],"c" : [],"d" : [] ,"e":[]}

You can use these trees to test your implementations of the following assignments.

1. Implement the  LCA(G,S) function, that will return the LCA mapping for treees G and S as a dictionary, with keys being identifiers from the G tree

2. Implement the deep coalescence  [DC(G,S)] and duplication [D(G,S)] cost functions for trees G and S,  then use the formula from slide 10, to write a function calculating the loss cost L(G,S)

3. Write the function fat_tree(G,S), that returns the (not always optimal) reconciliation scenario for trees G and  S, that has all the needed duplications at the root node and all the losses, as low as possible. A scenario can be represented as a dictionary, assigning lists of events (of type Duplication  or  Loss) to edges of the species tree. In practice, it’s easiest to use identifiers of nodes from the S tree as keys and lists of events on the edge leading to this node from its parent as values.

4. Finally, using all the previous functions, write the optimal_tree(G,S) function, returning one of the optimal reconciliation scenarios for the trees G and S. This is done by taking the “fat” tree, from task 3, and moving all duplication events as low as possible, and the lossess as high as possible.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>