Практикум 13

Задание 1

У всех бактерий ATG старт кодон встречается наиболее часто. Следующим по встречаемости был кодон GTG, а после него - TTG. Они отличаются от ATG всего одним нуклеотидом. Большинство кодонов, встретившихся только один раз, согласно описанию начинают цепочки псевдогенов. И всё-таки не только ATG может быть старт кодоном. Попробую предположить из-за чего это происходит. Возможно, это происходит из-за того, что:

- участок кодирующей последовательности с ATG был утрачен, и стартовыми стали следующие за ним

- у бактерий функциональной единицей генома является оперон, то есть последовательности, кодирующие белки для одного процесса, объединены одним промотором, и тогда другие старт кодоны тоже оказываются удобны

- есть влияние тРНК, может, независимо от старт кодона, первая тРНК доставит к месту синтеза метионин

- малая субъединица рибосомы прикрепляются к последовательности мРНК несколько раньше положения старт кодона, и тогда рамка считывания варьируется

- изменение рамки считывания для контроля механизма транскрипции, например, присутствует внутренняя инициация для получения ещё одного продукта

- есть факторы, подавляющие ATG инициацию

- белки, контролирующие транскрипция, способны распознавать не только ATG как старт кодон

Задание 2

Результаты

У первой бактерии нашлось 4 такие последовательности. Согласно описанию, первая из них является псевдогеном, то есть не кодирует полипептид и рамка считывания сбита, поэтому стоп кодон встретился не в конце; вторая последовательность кодирует белок не целиком, а только его часть (subunit), думаю, поэтому синтез прерывается раньше. Оставшиеся две последовательности кодируют белки, но информация о них лежит на комплементарной цепи, где стоп кодонам соответствуют кодоны, кодирующие Ile или Thr.

Задание 3

У второй бактерии TGA встретился в конце кодирующей последовательности только 1 раз, а у третьей бактерии он не встретился вовсе. Но если целенаправленно искать именно этот кодон, в результате будет большое число позиций не в конце цепи. Значит, можно предположить, что у них TGA не является стоп кодоном, а кодирует аминокислоту, а также, значит, есть соответствующие тРНК, которые распознают этот триплет. Подтверждения этому можно найти здесь для второй бактерии и здесь для третьей бактерии. У второй бактерии TGA кодирует глицин, а у третьей - триптофан.

Задание 4

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в ДНК каждой бактерии есть тенденция к использованию только одного кодона и избегание других, хотя всего кодонов, кодирующих лейцин, шесть. Но среди разных бактерий кодоны, которых больше всего, различны. Попробую предположить, что в пределах одной бактерии разница в частоте использования кодонов обусловлена тем, что использование одного кодона ускоряет процесс синтеза белка, так как требуются одни и те же тРНК. В пределах разных бактерий это может быть вызвано отбором и тем, каких нуклеотидов в данных условиях было больше.

Задание 5

Результаты: График зависимости На первом листе находится таблица с результатом работы программы и расчётами, на втором - график. Минимум cumulative GC-skew соответствует месту начала репликации (oriC), а максимум - месту конца репликации (ter). У данной бактерии минимальное значение cumulative GC-skew равно -28,328 и соответствует 3 870 000 позиции, максимальное значение равно 47, 733 и соответствует 1 513 000 позиции. Примерно там же находятся oriC и ter, что соответствует данным из с ресурса.

Источники: Lu J, Salzberg SL (2020) SkewIT: The Skew Index Test for large-scale GC Skew analysis of bacterial genomes. PLOS Computational Biology 16(12): e1008439. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008439

Arakawa K, Tomita M. The GC skew index: a measure of genomic compositional asymmetry and the degree of replicational selection. Evol Bioinform Online. 2007 Sep 6;3:159-68. PMID: 19461976; PMCID: PMC2684130.

Задание 6

Таблицы с результатами

(скрипт, считающий 6-меры, сохранён в блокноте colab)

Чаще всего встретились 6-меры, в основном содержащие нуклеотиды A и T. Затрудняюсь сказать с чём это связано, но из-за того, что данные 6-меры считались в небольшом промежутке до старт кодона, предположу, что это связано с регуляцией транскрипции, возможно, при большом количестве нуклеотидов A и T легче разъединить цепочки ДНК, так как нуклеотиды A и T соединены только двумя водородными связями, в то время как G и C - тремя.