Designing weights for quartet-based methods when data are heterogeneous across lineages

Homogeneity across lineages is a general assumption in phylogenetics according to which nucleotide substitution rates are common to all lineages. Many phylogenetic methods relax this hypothesis but keep a simple enough model to make the process of sequence evolution more tractable. On the other hand, dealing successfully with the general case (heterogeneity of rates across lineages) is one of the key features of phylogenetic reconstruction methods based on algebraic tools. The goal of this paper is twofold. First, we present a new weighting system for quartets (ASAQ) based on algebraic and semi-algebraic tools, thus especially indicated to deal with data evolving under heterogeneous rates. This method combines the weights of two previous methods by means of a test based on the positivity of the branch lengths estimated with the paralinear distance. ASAQ is statistically consistent when applied to data generated under the general Markov model, considers rate and base composition heterogeneity among lineages and does not assume stationarity nor time-reversibility. Second, we test and compare the performance of several quartet-based methods for phylogenetic tree reconstruction (namely QFM, wQFM, quartet puzzling, weight optimization and Willson’s method) in combination with several systems of weights, including ASAQ weights and other weights based on algebraic and semi-algebraic methods or on the paralinear distance. These tests are applied to both simulated and real data and support weight optimization with ASAQ weights as a reliable and successful reconstruction method that improves upon the accuracy of global methods (such as neighbor-joining or maximum likelihood) in the presence of long branches or on mixtures of distributions on trees.We would like to thank the reviewers of the paper for important contributions that improved the final version of the manuscript. MC, JFS and MGL were partially supported by Spanish State Research Agency grant PID2019-103849GB-I00. MC and JFS were also supported by AEI through the Severo Ochoa and María de Maeztu Program for Centers and Units of Excellence in R &D (project CEX2020-001084-M) and by the AGAUR project 2021 SGR 00603 Geometry of Manifolds and Applications, GEOMVAP.Peer ReviewedPostprint (published version

Reconstrucció filogenètica basada en quarterts

Els arbres filogenètics ajuden a modelitzar l'evolució de les espècies. En aquests arbres, les fulles representen les espècies actuals, l'arrel representa l'ancestre comú a totes aquestes espècies i cada branca un procés d'especiació. Per a poder inferir les relacions filogenètiques d'un conjunt d'espècies actuals, podem aspirar a conèixer el genoma d'aquestes espècies, tot i que no disposem d'informació del genoma dels ancestres d'aquestes espècies. Existeix un bon nombre de mètodes de reconstrucció filogenètica. En aquest treball, hem implementat i hem analitzat els resultats de 12 mètodes de reconstrucció per quartets. En aquests mètodes, donat un conjunt d'espècies actuals, s'infereixen les relacions filogenètiqes entre tots els subconjunts de 4 espècies dins del conjunt original, i a continuació es combina tota aquesta informació per a construir l'arbre filogenètic resultant. . Tècniques algebraiques desenvolupades recentment permeten usar el rang de certes matrius per a reconstruir l'arbre filogenètic d'un conjunt d'espècies. En aquest projecte s'usaran aquestes tècniques dins de mètodes de reconstrucció filogenètica basats en quartets. S'implementaran diferents mètodes de quartets i es faran tests per avaluar l'eficàcia dels mètode

Reconstrucció filogenètica basada en quarterts

Els arbres filogenètics ajuden a modelitzar l'evolució de les espècies. En aquests arbres, les fulles representen les espècies actuals, l'arrel representa l'ancestre comú a totes aquestes espècies i cada branca un procés d'especiació. Per a poder inferir les relacions filogenètiques d'un conjunt d'espècies actuals, podem aspirar a conèixer el genoma d'aquestes espècies, tot i que no disposem d'informació del genoma dels ancestres d'aquestes espècies. Existeix un bon nombre de mètodes de reconstrucció filogenètica. En aquest treball, hem implementat i hem analitzat els resultats de 12 mètodes de reconstrucció per quartets. En aquests mètodes, donat un conjunt d'espècies actuals, s'infereixen les relacions filogenètiqes entre tots els subconjunts de 4 espècies dins del conjunt original, i a continuació es combina tota aquesta informació per a construir l'arbre filogenètic resultant. . Tècniques algebraiques desenvolupades recentment permeten usar el rang de certes matrius per a reconstruir l'arbre filogenètic d'un conjunt d'espècies. En aquest projecte s'usaran aquestes tècniques dins de mètodes de reconstrucció filogenètica basats en quartets. S'implementaran diferents mètodes de quartets i es faran tests per avaluar l'eficàcia dels mètode

Reconstrucció filogenètica basada en quarterts

Els arbres filogenètics ajuden a modelitzar l'evolució de les espècies. En aquests arbres, les fulles representen les espècies actuals, l'arrel representa l'ancestre comú a totes aquestes espècies i cada branca un procés d'especiació. Per a poder inferir les relacions filogenètiques d'un conjunt d'espècies actuals, podem aspirar a conèixer el genoma d'aquestes espècies, tot i que no disposem d'informació del genoma dels ancestres d'aquestes espècies. Existeix un bon nombre de mètodes de reconstrucció filogenètica. En aquest treball, hem implementat i hem analitzat els resultats de 12 mètodes de reconstrucció per quartets. En aquests mètodes, donat un conjunt d'espècies actuals, s'infereixen les relacions filogenètiqes entre tots els subconjunts de 4 espècies dins del conjunt original, i a continuació es combina tota aquesta informació per a construir l'arbre filogenètic resultant. . Tècniques algebraiques desenvolupades recentment permeten usar el rang de certes matrius per a reconstruir l'arbre filogenètic d'un conjunt d'espècies. En aquest projecte s'usaran aquestes tècniques dins de mètodes de reconstrucció filogenètica basats en quartets. S'implementaran diferents mètodes de quartets i es faran tests per avaluar l'eficàcia dels mètode