Выравнивание.

Учебный сайт Смирновой Виктории

Работа в командной строке Linux. Программы выравнивания последовательностей пакета EMBOSS.

1. Работа в командной строке Linux.

1) Смена активной директории и просмотр содержимого директорий. Результаты выполнения команд:

команда "ls" отобразила список всех файлов и папок в активной (на данный момент - моей личной) директории
команда "ls .." отобразила содержимое директории, находящейся выше активной
команда "cd .." сделала активной наддиректорию прежней активной директории (это видно при повторном использовании "ls")
команда "pwd" отобразила путь к моей директории
если понажимать клавиши "стрелка верх" и "стрелка вниз", можно выбрать одну из ранее набранных команд, изменить ее, если нужно, и выполнить повторно
команда "history" выводит историю выполнения мной команд

2) Создание и просмотр файлов.
С помощью программы seqret в директорию был скачан новый файл gluq_ecoli.fasta. Команда "more gluq_ecoli.fasta " вывела на экран содержимое файла - fasta-последовательность моего белка. С помощью программы entret в директорию был скачан новый файл gluq_ecoli.entret. Команда "more gluq_ecoli. entret " вывела на экран содержимое файла - данные банка SwissProt о моем белке.

2.Построить и сравнить оптимальные глобальное и оптимальное локальное выравнивание 2-х последовательностей

1) Построить полное (глобальное) оптимальное выравнивание с помощью программы needle пакета EMBOSS.
Созданный с помощью needle файл aln.needle содержит выравнивание двух последовательностей - моего белка и родственного ему. Кроме самого выравнивания, в файле есть информация о нем: длина, % сходства, % идентичности, % гэпов и вес.
При увеличении штрафов за гэпы выравнивание изменилось - уменьшились все параметры: длина, % сходства, % идентичности, % гэпов и вес.

2) Построить локальное (частичное) оптимальное выравнивание с помощью программы water пакета EMBOSS.
Структура файлов, созданных с использованием алгоритма water - такая же, как и для needle. Изменение параметров так же привело к изменению выравнивания.

Файлы выравниваний:
needle

aln_needle.msf (aln.needle) - стандартные параметры (Gap_penalty: 10.0, Extend_penalty: 0.5)
aln1_needle.msf (aln1.needle) - вдвое большие параметры
water

aln_water.msf (aln.water) - стандартные параметры
aln1_water.msf (aln1.water) - вдвое большие параметры
aln2_water.msf (aln2.water) - вдвое меньшие параметры

Сравнение 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, например позиции №233 в aln N 1-ой последовательности сопоставлено значение S, в aln1 сопоставлено значение D.
	Aln
	GLUQ_ECOLI      233 NHAPALPKGDPRPVLI-----------AALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQ    269
	                    :       ||  .|.|           |.|.:|.:...||..|  |::||       
	SYE_NEIM0       247 S-------GD--TVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQ    287

	Aln1
	GLUQ_ECOLI      233 --NHAPALPKGDPRPVLIAALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQILQSAVKNW    278
	                      :.......|....:..|.|.:|.:...||..|  |::||.::......       
	SYE_NEIM0       247 SGDTVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQFIEWFDLKD    296


        
Есть ли хотя бы один пример того, что одной и той же позиции первой последовательности в разных локальных выравниваниях сопоставлены разные позиции второй последовательности?
Да, например позиции №112 в aln G 1-ой последовательности сопоставлено значение T, в aln2 сопоставлено значение G.
	Aln
	GLUQ_ECOLI      107 RIQSI--------GGIYDGHCR-----VLHHGPDNAAVRIRQQHP---VT    140
	                    .::::        ...||...|     .|...|......:|.:.|   ||       
	SYE_NEIM0       106 ELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAGKTLPEIPAGVQPVVRFKTPLDGVT    155
	
	Aln2
	GLUQ_ECOLI       95 QGLSYYCTCTRARIQSI-------G-GIYD-------GHCRVLHHGPD-N    128
	                    :|.:|||.|::..::::       | ..||       |  :.|   |: .       
	SYE_NEIM0        94 KGDAYYCYCSKEELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAG--KTL---PEIP    138

        
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, например позиции №1 в aln M 1-ой последовательности сопоставлено значение M, в aln1 cопоставлен пропуск.
	Aln
	GLUQ_ECOLI        1 MTDTQYIGRFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPP     50
	                    ||...   ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..       
	SYE_NEIM0         1 MTVKT---RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLA     47
	
	Aln1
	GLUQ_ECOLI        1 MTDTQYIGRFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPP     50
	                       .....||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..       
	SYE_NEIM0         1 ---MTVKTRFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLA     47


        
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, например позиции №52 в aln2 E 1-ой последовательности cопоставлен пропуск, в aln1 сопоставлено значение S.
        Aln2
	GLUQ_ECOLI       50 PREVPGAAET---ILRQLEHYGLHWD--GDVLWQSQRHDAYREALAWLHE     94
	                    .|   ..||:   ||..::..||.:|  |:|::|::|.|.|:|.:|.|.|       
	SYE_NEIM0        47 AR---STAESVNIILDGMKWVGLDYDNAGNVVYQTRRFDRYKEVIAELLE     93

	Aln1
	GLUQ_ECOLI        9 RFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPPREVPGAAE     58
	                    ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..|....:..       
	SYE_NEIM0         6 RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLARSTAESVN     55


        
Соответствуют ли оптимальные локальные выравнивания, построенными с использованием разных параметров, одним и тем же фрагментам последовательностей?
Да. В середине последовательностей практически все фрагменты со сходными/совпадающими буквами длиной больше одного совпадают - в основном все различия встречаются на участках с большими промежутками, где встречаются только отдельные пары сходных/совпадающих букв, которые не являются целыми выравненными фрагментами. Но есть существенная разница в выравнивании фрагментов по краям последовательностей, т. к. water из выравниваний Aln и Aln1 по каким-то причинам вообще исключила первый/последний фрагмент:
	Aln
	GLUQ_ECOLI       9 RFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPPREVPGAAE     58
	                   ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..|....:..       
	SYE_NEIM0        6 RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLARSTAESVN     55
	
	GLUQ_ECOLI     191 GADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQNHAPALPK    240
	                   |.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||::              
	SYE_NEIM0      205 GDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKRS-------    247
	
	
	GLUQ_ECOLI     241 GDPRPVLI-----------AALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQILQ    272 
	                   ||  .|.|           |.|.:|.:...||..|  |::||.::        
	SYE_NEIM0      248 GD--TVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQFIE    290
	
	Aln1
	GLUQ_ECOLI       9 RFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPPREVPGAAE     58
	                   ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..|....:..       
	SYE_NEIM0        6 RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLARSTAESVN     55
	
	GLUQ_ECOLI     191 GADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQN    233
	                   |.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||::       
	SYE_NEIM0      205 GDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKRS    247


	Aln2
	GLUQ_ECOLI       1 MT-DTQYIGRFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDP     49
	                   || .|    ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|.       
	SYE_NEIM0        1 MTVKT----RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDL     46
                                                                            
                                                                             
	GLUQ_ECOLI     223 NPQGAKLSKQ---------------------N--------H---------    234 
	                   |.||.|:||:                     |        |                 
	SYE_NEIM0      237 NEQGKKISKRSGDTVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTME    286 
	                                                                               
	GLUQ_ECOLI     235 -------------APA------L-----------PKG------DPR----    244 
	                                :|:      |           |.|      .||            
	SYE_NEIM0      287 QFIEWFDLKDVSPSPSRMDLKKLYWINGEHIKITPNGKLAELVKPRLALR    336 
	                                                                               
	GLUQ_ECOLI     245 -------PVL--IAAL-----Q-----------FLGQQ--AEA----HWQ    263 
	                          |.|  :.||     |           |..:|  .||    ||.        
	SYE_NEIM0      337 DIHETEKPALEDVLALVKDRAQDLNTLADECLYFYVKQTPTEADVQKHWD    386 
	                                                                               
	GLUQ_ECOLI     264 DFSVEQILQSA-----VKNWRLTAV-----P---ESAI----VNSTFSNA    296 
	                   |.:..::|:.|     :::|...|:     |   |..|    :......|        
	SYE_NEIM0      387 DEAAARMLRFAERLEGLEDWNTEAIHDLFKPFCDEEGIKMGKLGMPLRLA    436 
                                                                               
	GLUQ_ECOLI     297 SC    298                                                 
	                   .|                                                        
	SYE_NEIM0      437 VC    438
	                                                                                                                       
	^*Жирным шрифтом выделены некоторые крупные cходные фрагменты, присутствующие не
	во всех вариантах выравнивания.

        
Совпадают ли локальные выравнивания с соответствующими частями глобальных выравниваний?
За исключением уже упомянутых "обрезанных" краев у Aln1.water и Aln.water участки глобальных и локальных выравниваний с одинаковыми штрафами за гэпы совпадают (фрагмент 9-272 Aln.needle (номера позиций - по последовательности GLUQ_ECOLI) полностью совпадает с выравниванием Aln.water, фрагмент 9-232 Aln1.needle соответствует выравниванию Aln1.water без последней колонки):
        Aln.needle

	GLUQ_ECOLI         1 MTDTQYIGRFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPP     50
	                     ||...   ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..
	SYE_NEIM0          1 MTVKT---RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLA     47

	GLUQ_ECOLI        51 REVPGAAETILRQLEHYGLHWD--GDVLWQSQRHDAYREALAWLHEQGLS     98
	                     |....:...||..::..||.:|  |:|::|::|.|.|:|.:|.|.|:|.:
	SYE_NEIM0         48 RSTAESVNIILDGMKWVGLDYDNAGNVVYQTRRFDRYKEVIAELLEKGDA     97

	GLUQ_ECOLI        99 YYCTCTRARIQSI--------GGIYDGHCR-----VLHHGPDNAAVRIRQ    135
	                     |||.|::..::::        ...||...|     .|...|......:|.
	SYE_NEIM0         98 YYCYCSKEELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAGKTLPEIPAGVQPVVRF    147

	GLUQ_ECOLI       136 QHP---VTQFTDQLRGIIHADEKLAREDFIIHRRDGLFAYNLAVVVDDHF    182
	                     :.|   ||::||.::|.|....: |.:|.||.|.||...||..|||||:.
	SYE_NEIM0        148 KTPLDGVTKWTDLVKGEISIPNE-ALDDLIIARADGTPTYNFCVVVDDYD    196

	GLUQ_ECOLI       183 QGVTEIVRGADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQ    232
	                     .|||.::||.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||:
	SYE_NEIM0        197 MGVTHVIRGDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKR    246

	GLUQ_ECOLI       233 NHAPALPKGDPRPVLI-----------AALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQ    269
	                     :       ||  .|.|           |.|.:|.:...||..|  |::||
	SYE_NEIM0        247 S-------GD--TVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQ    287

	GLUQ_ECOLI       270 ILQSAVKNWRLTAVPESAIVNSTFSNASC---------------------    298
	                     .::     |              |.....                     
	SYE_NEIM0        288 FIE-----W--------------FDLKDVSPSPSRMDLKKLYWINGEHIK    318

	GLUQ_ECOLI       298 --------------------------------------------------    298
	                                                                       
	SYE_NEIM0        319 ITPNGKLAELVKPRLALRDIHETEKPALEDVLALVKDRAQDLNTLADECL    368

	GLUQ_ECOLI       298 --------------------------------------------------    298
	                                                                       
	SYE_NEIM0        369 YFYVKQTPTEADVQKHWDDEAAARMLRFAERLEGLEDWNTEAIHDLFKPF    418

	GLUQ_ECOLI       298 ----------------------------------------------    298
	                                                                   
	SYE_NEIM0        419 CDEEGIKMGKLGMPLRLAVCGTAKTPSVDAVLALIGKEEVLKRIRA    464

                                                                                       

        Aln.water  

	GLUQ_ECOLI         9 RFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPPREVPGAAE     58
	                     ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..|....:..
	SYE_NEIM0          6 RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLARSTAESVN     55

	GLUQ_ECOLI        59 TILRQLEHYGLHWD--GDVLWQSQRHDAYREALAWLHEQGLSYYCTCTRA    106
	                     .||..::..||.:|  |:|::|::|.|.|:|.:|.|.|:|.:|||.|::.
	SYE_NEIM0         56 IILDGMKWVGLDYDNAGNVVYQTRRFDRYKEVIAELLEKGDAYYCYCSKE    105

	GLUQ_ECOLI       107 RIQSI--------GGIYDGHCR-----VLHHGPDNAAVRIRQQHP---VT    140
	                     .::::        ...||...|     .|...|......:|.:.|   ||
	SYE_NEIM0        106 ELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAGKTLPEIPAGVQPVVRFKTPLDGVT    155

	GLUQ_ECOLI       141 QFTDQLRGIIHADEKLAREDFIIHRRDGLFAYNLAVVVDDHFQGVTEIVR    190
	                     ::||.::|.|....: |.:|.||.|.||...||..|||||:..|||.::|
	SYE_NEIM0        156 KWTDLVKGEISIPNE-ALDDLIIARADGTPTYNFCVVVDDYDMGVTHVIR    204

	GLUQ_ECOLI       191 GADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQNHAPALPK    240
	                     |.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||::       
	SYE_NEIM0        205 GDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKRS-------    247

	GLUQ_ECOLI       241 GDPRPVLI-----------AALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQILQ    272
	                     ||  .|.|           |.|.:|.:...||..|  |::||.::
	SYE_NEIM0        248 GD--TVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQFIE    290
                                                


        Aln1.needle

	GLUQ_ECOLI         1 MTDTQYIGRFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPP     50
	                        .....||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..
	SYE_NEIM0          1 ---MTVKTRFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLA     47

	GLUQ_ECOLI        51 REVPGAAETILRQLEHYGLHWD--GDVLWQSQRHDAYREALAWLHEQGLS     98
	                     |....:...||..::..||.:|  |:|::|::|.|.|:|.:|.|.|:|.:
	SYE_NEIM0         48 RSTAESVNIILDGMKWVGLDYDNAGNVVYQTRRFDRYKEVIAELLEKGDA     97

	GLUQ_ECOLI        99 YYCTCTRARIQSI--------GGIYDGHCR-----VLHHGPDNAAVRIRQ    135
	                     |||.|::..::::        ...||...|     .|...|......:|.
	SYE_NEIM0         98 YYCYCSKEELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAGKTLPEIPAGVQPVVRF    147

	GLUQ_ECOLI       136 QHP---VTQFTDQLRGIIHADEKLAREDFIIHRRDGLFAYNLAVVVDDHF    182
	                     :.|   ||::||.::|.|....: |.:|.||.|.||...||..|||||:.
	SYE_NEIM0        148 KTPLDGVTKWTDLVKGEISIPNE-ALDDLIIARADGTPTYNFCVVVDDYD    196

	GLUQ_ECOLI       183 QGVTEIVRGADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQ    232
	                     .|||.::||.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||:
	SYE_NEIM0        197 MGVTHVIRGDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKR    246

	GLUQ_ECOLI       233 --NHAPALPKGDPRPVLIAALQFLGQQAEAHWQD--FSVEQILQSAVKNW    278
	                       :.......|....:..|.|.:|.:...||..|  |::||.::......
	SYE_NEIM0        247 SGDTVAITDFGAMGILPEAMLNYLARLGWAHGDDEFFTMEQFIEWFDLKD    296

	GLUQ_ECOLI       279 RLTAVPESAIVNSTFSNASC------------------------------    298
	                     ...:.....:....:.|...                              
	SYE_NEIM0        297 VSPSPSRMDLKKLYWINGEHIKITPNGKLAELVKPRLALRDIHETEKPAL    346

	GLUQ_ECOLI       298 --------------------------------------------------    298
	                                                                       
	SYE_NEIM0        347 EDVLALVKDRAQDLNTLADECLYFYVKQTPTEADVQKHWDDEAAARMLRF    396
	
	GLUQ_ECOLI       298 --------------------------------------------------    298
	                                                                       
	SYE_NEIM0        397 AERLEGLEDWNTEAIHDLFKPFCDEEGIKMGKLGMPLRLAVCGTAKTPSV    446
	
	GLUQ_ECOLI       298 ------------------    298
                                       
	SYE_NEIM0        447 DAVLALIGKEEVLKRIRA    464


        Aln1.water

	GLUQ_ECOLI         9 RFAPSPSGELHFGSLIAALGSYLQARARQGRWLVRIEDIDPPREVPGAAE     58
	                     ||||||:|.||.|.:..||.|:..||..:|.:|:||||.|..|....:..
	SYE_NEIM0          6 RFAPSPTGYLHIGGVRTALFSWAFARHHKGEFLLRIEDTDLARSTAESVN     55

	GLUQ_ECOLI        59 TILRQLEHYGLHWD--GDVLWQSQRHDAYREALAWLHEQGLSYYCTCTRA    106
	                     .||..::..||.:|  |:|::|::|.|.|:|.:|.|.|:|.:|||.|::.
	SYE_NEIM0         56 IILDGMKWVGLDYDNAGNVVYQTRRFDRYKEVIAELLEKGDAYYCYCSKE    105

	GLUQ_ECOLI       107 RIQSI--------GGIYDGHCR-----VLHHGPDNAAVRIRQQHP---VT    140
	                     .::::        ...||...|     .|...|......:|.:.|   ||
	SYE_NEIM0        106 ELEAMREKAEKEGTATYDRRWRPEAGKTLPEIPAGVQPVVRFKTPLDGVT    155

	GLUQ_ECOLI       141 QFTDQLRGIIHADEKLAREDFIIHRRDGLFAYNLAVVVDDHFQGVTEIVR    190
	                     ::||.::|.|....: |.:|.||.|.||...||..|||||:..|||.::|
	SYE_NEIM0        156 KWTDLVKGEISIPNE-ALDDLIIARADGTPTYNFCVVVDDYDMGVTHVIR    204

	GLUQ_ECOLI       191 GADLIEPTVRQISLYQLFGWKVPDYIHLPLALNPQGAKLSKQN    233
	                     |.|.:..|.:||::.:..|..:|:|.|||:.||.||.|:||::
	SYE_NEIM0        205 GDDHVNNTPKQINILKAIGATLPEYGHLPMILNEQGKKISKRS    247


        