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Finding a most parsimonious or likely tree in a network with respect to an alignment

Authors :
Fabio Pardi
Celine Scornavacca
Steven Kelk
Leo van Iersel
Maastricht University [Maastricht]
Méthodes et Algorithmes pour la Bioinformatique (MAB)
Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Biologie Computationnelle (IBC)
Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (UMR ISEM)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Delft University of Technology (TU Delft)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)
DKE Scientific staff
RS: FSE DACS BMI
Source :
Journal of Mathematical Biology, Journal of Mathematical Biology, Springer Verlag (Germany), 2019, 78 (1-2), pp.527-547. ⟨10.1007/s00285-018-1282-2⟩, Journal of Mathematical Biology, 2019, 78 (1-2), pp.527-547. ⟨10.1007/s00285-018-1282-2⟩, Journal of Mathematical Biology, 78(1-2), 527-547. Springer Verlag
Publication Year :
2018
Publisher :
Springer Science and Business Media LLC, 2018.

Abstract

International audience; Phylogenetic networks are often constructed by merging multiple conflicting phyloge-netic signals into a directed acyclic graph. It is interesting to explore whether a network constructed in this way induces biologically-relevant phylogenetic signals that were not present in the input. Here we show that, given a multiple alignment A for a set of taxa X and a rooted phylogenetic network N whose leaves are labelled by X , it is NP-hard to locate a most parsimonious phylogenetic tree displayed by N (with respect to A) even when the level of N-the maximum number of reticulation nodes within a biconnected component-is 1 and A contains only 2 distinct states. (If, additionally, gaps are allowed the problem becomes APX-hard.) We also show that under the same conditions, and assuming a simple binary symmetric model of character evolution, finding a most likely tree displayed by the network is NP-hard. These negative results contrast with earlier work on parsimony in which it is shown that if A consists of a single column the problem is fixed parameter tractable in the level. We conclude with a discussion of why, despite the NP-hardness, both the parsimony and likelihood problem can likely be well-solved in practice.

Details

ISSN :
14321416 and 03036812
Volume :
78
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Mathematical Biology
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bea0ae5829be6be5023a6aafb42e7b2f