Парные выравнивания аминокислотных последовательностей.

Работа в командной строке Linux

Попытаемся создать файл, содержащий аминокислотную последовательность в fasta формате белка clpb_ecoli и clpl_lacla. При этом последовательности "добудутся" из банка данных SwissProt Выполняю команду:
seqret sw:p63284 –autо
seqret sw:Q06716 –autо
Появляются нужные мне файлы, содержащие а/п в fasta формате, пригодном для использования в программах из пакета EMBOSS.

Более подробное описание и эмоции, вызванные работой с командной строкой Linux, можно найти

здесь.

Строим и сравниваем оптимальные глобальное и оптимальное локальное выравнивание 2-х последовательностей

• Строим полное (глобальное) оптимальное выравнивание с помощью программы needle пакета EMBOSS.

  Пользуясь программой seqret, я создал файл с последовательностью белка, родственного моему (clpl_lacla – функция, по UniProt, “ Could be the ATP-dependent specificity component of an ATP-dependent protease. - Мог быть АТФ-зависимым специфическим компонентом АТФ-зависимой протеазы.” Белок из организма Lactococcus lactis subsp. lactis).
  Далее выполняю команду needle clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola.needle -auto в командной строке Linux. Полученный файл – это своего рода отчет парного выравнивания.

  Потом я изменил значения по умолчанию. При повторе предыдущей команды, но опустив опцию "-auto" и дав параметр вдвое большие значения, чем заданные по умолчанию (сообщаются как раз-таки не в квадратных скобках :-), получается немного другое выравнивание: количество очков уменьшилось на 192, идентичность не изменилась, сходство уменьшилось на 0.8%, гэпы(!) уменьшились на 5.2%(!).
  

  cola.needle                     cola_schtr.needle
  #================================   #================================
  # Aligned_sequences: 2              # Aligned_sequences: 2
  # 1: CLPB_ECOLI                     # 1: CLPB_ECOLI
  # 2: CLPL_LACLA                     # 2: CLPL_LACLA
  # Matrix: EBLOSUM62                 # Matrix: EBLOSUM62
  # Gap_penalty: 10.0                 # Gap_penalty: 20.0
  # Extend_penalty: 0.5               # Extend_penalty: 1.0
  #                                   #
  # Length: 897                       # Length: 872
  # Identity:     310/897 (34.6%)     # Identity:     302/872 (34.6%)
  # Similarity:   458/897 (51.1%)     # Similarity:   439/872 (50.3%)
  # Gaps:         174/897 (19.4%)     # Gaps:         124/872 (14.2%)
  # Score: 1248.5                     # Score: 1056.0
  #================================   #================================
  

  Для сравнения выравниваний мне понадобятся файлы, пригодные для импорта в GeneDoc. Для этого выполняю команды:
  needle clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola.msf -auto -aformat msf
  needle clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola_schtr.msf -aformat msf в командной строке Linux.

• Строим локальное (частичное) оптимальное выравнивание с помощью программы water пакета EMBOSS

  Аналогично, по той же схеме, выполняем команды:

  • 
    water clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola.water –auto Файл cola.water
    water clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola_sctr.water (параметры в двое <) файл cola_sctr.water
  для импорта в GeneDoc:
  • 
    water clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola.msf –auto -aformat msf Файл cola.water
    water clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta cola_sctr.msf -aformat msf файл cola_sctr.water (параметры в двое <)
  в командной строке Linux.

  Сравнивание полученных выравниваний

  • есть ли хотя бы один пример того, что одной и той же позиции первой последовательности в разных глобальных выравниваниях сопоставлены разные позиции второй последовательности?

  Да, есть такие. При глобальном выравнивании (# Gap_penalty: 10.0 # Extend_penalty: 0.5 & # Gap_penalty: 20.0 # Extend_penalty: 1.0) одной и той же позиции первой последовательности сопоставлены разные позиции второй последовательности. В таблице представлены некоторые из них.
  

  Глобальное выравнивание
  №№ позиций при # Gap_penalty: 10.0 # Extend_penalty: 0.5 “* - **” *-clpb_ecoli, **-clpl_lacla	№№ позиций при # Gap_penalty: 20.0 # Extend_penalty: 1.0 “* - **” *-clpb_ecoli, **-clpl_lacla
  44-18	44-24
  Gap-27	47-27
  80-64	80-60

  • есть ли хотя бы один пример того, что одной и той же позиции первой последовательности в разных локальных выравниваниях сопоставлены разные позиции второй последовательности?

  Программа water, когда выводит файл в формат msf, путает номера последовательностей. Можно только косвенно догадаться об номерах замен. Постараюсь это сделать с помощью исходных файлов .water, представив данные в таблице.
  

  Локальное выравнивание
  №№ позиций при # Gap_penalty: 10.0 # Extend_penalty: 0.5 “* - **” *-clpb_ecoli, **-clpl_lacla	№№ позиций при # Gap_penalty: 5.0 # Extend_penalty: 0.25 “* - **” *-clpb_ecoli, **-clpl_lacla
  101-81	101-Gap
  103-83	103-Gap
  104-84	104-103

  • есть ли хотя бы один пример того, что в одном глобальном выравнивании какой-либо позиции первой последовательности сопоставлена некоторая позиция второй, а в другом выравнивании против той же позиции оказался пропуск?

  Да, есть - смотрите таблицу для 1 вопроса.

  • есть ли хотя бы один пример того, что в одном локальном выравнивании какой-либо позиции первой последовательности сопоставлена некоторая позиция второй, а в другом выравнивании против той же позиции оказался пропуск?

  Да, есть - смотрите таблицу для 2 вопроса.

  • соответствуют ли оптимальные локальные выравнивания, построенными с использованием разных параметров, одним и тем же фрагментам последовательностей?

  Соответствуют в некоторых местах.. получается, что особенно хорошо в конце и в середине…

  • совпадают ли локальные выравнивания с соответствующими частями глобальных выравниваний?

  Опять-таки совпадают в некоторых местах, особенно в конце. Например кусочек из локального(1) выравнивания clpb_ecoli: 571-583 соответствует глобальному(2) выравниванию с позицией (на рис внизу) - clpb_ecoli: 670-682.

----------------------------------------

Попытаемся построить карту локального сходства заданных последовательностей с помощью программы dotmatcher пакета EMBOSS

Для этого выполняем команду dotmatcher clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta -graph ps в командной строке Linux.
Полученный файл dotmatcher.ps*

Конвертировал файл postscript в pdf. В конце получил картинку локального сходства:

На картинке очень хорошо заметны две протяженные линии, обозначенные как 1 и 2. Возможно, это функциональные участки, имеющие биологический смысл.

Попытаемся получить несколько субоптимальных локальных выравниваний заданных последовательностей с помощью программы matcher пакета EMBOSS.

Для этого выполняем команду matcher clpb_ecoli.fasta clpl_lacla.fasta -alt 6 в командной строке Linux.
Полученный файл cola.matcher*

Выберим из полученного файла несколько субоптимальных локальных выравниваний:

#--------
#
# Aligned_sequences: 2
# 1: CLPB_ECOLI
# 2: CLPL_LACLA
# Matrix: EBLOSUM62
# Gap_penalty: 14
# Extend_penalty: 4
#
#--------
#=======================================
#
# Length: 18
# Identity:       9/18 (50.0%)
# Similarity:    13/18 (72.2%)
# Gaps:           0/18 ( 0.0%)
# Score: 45
#
#
#=======================================

             610
CLPB_E LFLGPTGVGKTELCKALA
       : .: .::::: . . ::
CLPL_L LLVGESGVGKTAVVEGLA
       180       190


#=======================================
#
# Length: 40
# Identity:      14/40 (35.0%)
# Similarity:    18/40 (45.0%)
# Gaps:           0/40 ( 0.0%)
# Score: 43
#
#
#=======================================

             650       660       670       680
CLPB_E SVSRLVGAPPGYVGYEEGGYLTEAVRRRPYSVILLDEVEK
       :: :: : :   .:  .  .:    .:    ::  ::  :
CLPL_L SVERLTGIPVSDMGANDIEHLKNLDKRLKVMVIGEDEAVK
          450       460       470       480


#=======================================
#
# Length: 26
# Identity:      10/26 (38.5%)
# Similarity:    17/26 (65.4%)
# Gaps:           1/26 ( 3.8%)
# Score: 41
#
#
#=======================================

              140       150
CLPB_E ATTANITQAIEQMRGGESVNDQGAED
       ::  .. :..:.. :   :.: :: :
CLPL_L ATIDDVAQSVERLTG-IPVSDMGAND
        440       450        460


#=======================================