Curso de Posgrado en Microbiología Agrícola de la Universidad Federal de Lavras

Bioinformática aplicada para estudios de ecología y sistemática molecular de bacterias - Curso básico y curso de tópicos avanzados


         contact

   

Presentación y objetivos del curso         

Este curso tiene por objetivo proporcionarles una sólida base de conocimientos teóricos y prácticos sobre aspectos fundamentales de bioinformática e inferencia filogenética molecular, aplicados a estudios de ecología y sistemática bacteriana. El curso cubrirá aspectos básicos del tema, abarcando desde el escrutinio de bases de datos de secuencias mediante BLAST, determinación e interpretación de homología, el alineamiento de múltiples secuencias, la interconversión de formatos y el ajuste de modelos de sustitución a los datos, hasta la edición e interpretación de las topologías obtenidas mediante diversos métodos reconstrucción. Aunque el énfasis está en el análisis filogenético de datos de secuencias de DNA y proteína, también se presentará y discutirá el uso de otros marcadores moleculares tales como PCR-RFLPs de genes ribosomales y rep-PCR. El curso tiene también una sección de tópicos avanzados para los alumnos con más experiencia en el campo.

El curso cubrirá de manera equilibrada los principios teóricos subyacentes a diversos métodos de inferencia filogenética (distancia, parsimonia, máxima verosimilitud ...), así como el aprendizaje de programas clave (casi todos de "open source" para Windows) para hacer estas inferencias, usando datos tomados de las bases de datos.

Concibo este curso como un “workshop”, con sesiones teóricas alternadas con sesiones prácticas en las que les haré demostraciones de la familia de programas BLAST, BioEdit, ClustalX, DAMBE, GreenGenes, MEGA4, ModelTest y PAUP* entre otros. Se explorarán páginas web que ofrecen algunos de estos servicios, así como el manejo de los mismos desde instalaciones locales a través de la línea de comandos o interfaz gráfica (según el caso).


Lista de software a usar en el curso:
Al final del curso el alumno tendrá una amplia visión sobre el espectro de posibilidades que brinda la filogenética y análisis de marcadores moleculares en estudios de ecología y sistemática bacteriana.

El curso está dividido en dos secciones: una sección o curso básico y otra en la que se cubren tópicos especializados y más avanzados. El contenido y material de apoyo para ambas secciones lo encontrarás en forma tabular. Desde esta página se pueden descargar artículos de revisión cuya lectura recomiendo mucho tanto como preparación para el curso como fuente complementaria de información, y además habrá un seminario de investigación en el que se presentará el uso de análisis multilocus de secuencias en contextos filogenéticos y de genética de poblaciones, aplicados a sistemática y ecología molecular de rhizobios.


Calendarización y material didáctico para el Curso Básico de Inferencia Filogenética Molecular

Día

Tema

PDFs presentaciones, datos para descargar

26 de Nov.

17-20 hrs.

  • Conceptos básicos de filogenética y evolución molecular: homología y tasas de evolución. Criterios para selección de marcadores moleculares (PCR-RFLPs, AFLPs, RAPD, rep-PCR, secuencias de genes del “core” vs. genes ribosomales …) para preguntas específicas.
  • Alineamientos pareados y búsquedas de homólogos mediante NCBI-BLAST
Tema 1: Present.
Tema 2: Present.
Mat. supl. 1
Mat. supl. 2
Mat. supl. 3
Tutorial GelCompar: Band-Matching

NCBI-BLAST

27 de Nov.

17-20 hrs.

  • Alineamiento multiple de secuencias de DNA, rDNA y proteína 
  •  Formatos de secuencia (Fasta, GenBank, etc)  y su  interconversión
  • Clasificación de métodos de reconstrucción filogenética
Tema 3: Present.

- Descarga de secuencias de GenBank usando el
  sistema ENTREZ
- Alineamiento múltiple de secuencias de nucleótidos
   y proteínas  usando ClustalX
- Alineamiento múltiple de secuencias ribosomales
   usando GreenGenes y RDPII
- Exploración de datos de secuencia en un contexto
   filogenético  usando DAMBE

Secs1_4GDP_prok
Secs2_6GDP_euk
Secs3_leuA-Bacillales

BioEdit

28 de Nov.

17-20 hrs.

  • Modelos de evolución de secuencias de proteína y DNA
 Tema 4: Present.

DAMBE
FindModel
ModelGenerator

29  Nov.

17-20 hrs.


  • Métodos de reconstrucción basados en matrices de distancias
 Tema 5: Present.
MEGA4

30 Nov.

17-20 hrs.

  • Métodos de optimización : parsimonia (PAUP*)

Tema 6: Present.

PAUP_blocks_MP_NJ
PAUP_block_ML
primate_mtDNA.nex

Tutorial de uso de PAUP* desde la línea de comandos
Nota: durante las 5 sesiones del curso no podremos ver todo el material de apoyo facilitado en esta tabla. Está disponible aquí para cuando lo puedan necesitar.

regresar al índice
home

Tópicos avanzados:

En esta parte del curso se presentarán aspectos más avanzados y especializados del análisis filogenético de secuencias moleculares, tal y como se muestra en la siguiente tabla de contenidos.

27 Nov.
13-15 hrs.
  • Alineamiento de secuencias ribosomales
  • Concatenación de secuencias
28 Nov.
15-16 hrs.
29 Nov.
10-12 hrs.
13-15 hrs.
  • Métodos de optimización II: maxima verosimilitud, selección de modelos y contrastes de hipótesis evolutivas
  • Demostración de uso de PAUP*
30 Nov.
10-12 hrs.

  • PAUP* y tests de congruencia filogenética
  • PAUP* y análisis de topologías constreñidas

Nota: los contenidos de esta tabla se irán actualizando a lo largo de la semana del curso.

regresar al índice
home

Seminario:

Filogenómica, marcadores moleculares e historia natural de rizobios 

Presentado por: Dr. Pablo Vinuesa - Centro de Ciencias Genómicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Fecha: 28 de Noviembre 2007

Lugar: Auditorio Laboratorio de Ciencias del Suelo (Campus Nuevo), UFLA. 

Horario: 15-16 horas

Resumen:

La rápida acumulación de secuencias genómicas de diversos linajes bacterianos de relevancia médica, agrícola y ambiental abre la oportunidad de emplear métodos filogenómicos con el fin de identificar marcadores moleculares altamente informativos para estudios de ecología y sistemática molecular de bacterias  y arqueas. En mi grupo de trabajo hemos diseñado e implementado una tubería de análisis computacional que usa secuencias de genomas completos para identicar dichos marcadores moleculares para Rhizobiales  y otros órdenes bacterianos.

Análisis experimental de un conjunto de pares de primers de PCR y de sus amplicones correspondientes seleccionados in silico en base a 19 genomas de Rhizobiales mostró que los amplicones obtenidos experimentalmente para una diversa colección de cepas de Bradyrhizobium tienen un contenido de información filogenéica mayor que el que tienen marcadores moleculares usados en estudios anteriores. Ello valida la estrategia de selección computacional de marcadores. Estamos usando un subconjunto de dichos marcadores en estudios de historia natural de comunidades de rhizobios asociados con parches conservados y degradados de selva seca caducifolia en México. Este tipo de bosques tropicales áltamente amenazado está dominado por leguminosas, tanto en términos de diversidad como de abundancia.

Abstract:

The rapid accumulation of whole genome sequences of diverse bacterial lineages of medical, agricultural and environmental relevance provides the opportunity to use phylogenomic approaches to identify highly informative molecular markers for microbial ecology and molecular systematic studies. We have designed and implemented a genome-wide computational analysis pipeline to identify such molecular markers for the Rhizobiales and other bacterial orders.

Experimental analysis of a set of the in silico-selected primer pairs and amplicons based on the fully sequenced genomes of 19 Rhizobiales showed their higher phylogenetic information content as compared to molecular markers previously used in systematic studies of this group, validating the computational selection strategy. We are using a subset of these new molecular markers for natural history studies of rhizobial communities associated with conserved and degraded patches of seasonally dry tropical forests in Mexico, a highly endangered ecosystem dominated by and rich in legume species.

regresar al índice

home

Artículos de revisión recomendados para llegar bien preparados al curso:

Libros de texto recomendados:


regresar al índice
home

Selección de artículos de Pablo Vinuesa y colaboradores que ilustran el uso de métodos filogenéticos y de genética de poblaciones en estudios de sistemática, taxonomía, ecología y evolución de bacterias pueden descargarse desde aquí


Sebastian Poggio, Cei Abreu-Goodger, Salvador Fabela, Aurora Osorio, Georges Dreyfus, Pablo Vinuesa and Laura Camarena. A complete set of flagellar genes acquired by horizontal transfer coexists with the endogenous flagellar system in Rhodobacter sphaeroides (2007).  J. Bacteriol. 189(8): 3208-3216. 

Silva, C, Vinuesa P, Eguiarte LE, Souza V, and Esperanza Martínez-Romero E (2005). Evolutionary genetics and biogeographic structure of Rhizobium gallicum sensu lato, a widely distributed bacterial symbiont of diverse legumes. Mol. Ecol. 14:4033-4050. 

Rademaker, H. J. M. Aarts and Vinues P (2005). Molecular typing of environmental isolates. Chapter 4 in Molecular Microbial Ecology. Mark Osborn and Cindy Smith (eds). 
NY, Taylor & Francis.

Vinuesa P, Silva C, Werner D, Martínez-Romero E (2005). Population genetics and phylogenetic inference in bacterial molecular systematics: the roles of migration and recombination in Bradyrhizobium species cohesion and delineation. Mol. Phylogenet. Evol. 34(1):29-54. 

Vinuesa P, Silva C, Lorite, M J, Izaguirre-Mayoral, M L, Bedmar, E J, Martínez-Romero E (2005) Molecular systematics of rhizobia based on maximum likelihood and Bayesian phylogenies inferred from rrs, atpD, recA and nifH sequences, and their use in the classification of Sesbania microsymbionts from Venezuelan wetlands. Syst. Appl. Microbiol. 28:702-716. 

Vinuesa P, León-Barrios M, Silva C, Willems A, Jarabo-Lorenzo A, Pérez-Galdona R, Werner D, Martínez-Romero E (2005). Bradyrhizobium canariense sp. nov., an acid-tolerant endosymbiont that nodulates endemic genistoid legumes (Papilionoideae:Genisteae) from the Canary Islands, along with Bradyrhizobium japonicum bv. genistearum, Bradyrhizobium genospecies a and Bradyrhizobium genospecies b. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55:569-575.

Vinuesa P. and C. Silva (2004).  Species delineation and biogeography of symbiotic bacteria associated with cultivated and wild legumes.  In Biological Resources and Migration. Ed. Dietrich Werner.  Springer.

regresar al índice
home

Desde aquí puedes acceder a una galería de fotos del curso



Esta página fue creada el 21 de Noviembre de 2007 y actualizada por última vez el 12 de Dic. de 2007