Практикум 12

Задание 1

В геноме Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 старт-кодон ATG встречается 3883 раза, GTG - 334 раза, TTG - 78 раз, ATT - 4 раза, CTG - 2 раза, TTC - 1 раз.

В геноме Candidatus Gracilibacteria bacterium 28_42_T64 старт-кодон ATG встречается 1129 раз, GTG - 41 раз, TTG - 23 раза; ACA, TCA и TCT - по одному разу.

В геноме Mycoplasma pneumoniae M29 старт-кодон ATG встречается 634 раза, GTG - 62 раза, TTG - 40 раз, ATT и CTG - по 4 раза, ATC - 3 раза; ACC, ATA и TTA - по 2 раза, GTT - 1 раз.

Альтернативные старт-кодоны (не ATG) могут использоваться для тонкой регуляции транскрипции: в то время как антикодон инициирующей аминоацил-тРНК (CAU) полностью комплементарен ATG (В последовательности РНК это будет AUG), альтернатернативным старт-кодонам он комплементарен лишь частично, что снижает вероятность успешной трансляции мРНК с таким старт-кодоном и, как следствие, снижает экспрессию белка, в гене которого находятся. Кроме того появление таких кодонов в результате замены нуклеотидов в кодоне ATG может быть и нейтральной мутацией, не сказываясь на экспресии белка и компенсируясь другими регуляторными механизмами, она, возможно, закрепилась по случайным причинам.

Задание 2

В геноме Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 4 таких последовательности: три гена кодируют субъединицы формиатдегидрогеназы, еще один является псевдогеном, входящим в состав генома профага.

Формиатдегидрогеназа содержит селеноцистеин, который кодируется кодоном TGA с особым окружением, который в других последовательностях обычно является стоп-кодоном.

В гене профага могла произойти замена, в результате которой кодон, кодировавший аминокислоту стал стоп-кодоном и ген стал нефункциональным. Возможно, эта замена и лишила его патогенных свойств. Кроме того, в геноме профага этот стоп-кодон мог кодировать какую-то аминокислоту.

Задание 3

В геноме Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 стоп-кодон TAA встречается 2680 раз, TGA - 1200 раз, TAG - 290 раз.

В геноме Candidatus Gracilibacteria bacterium 28_42_T64 TAA встречается 969 раз, TAG - 181 раз, TGA - 1 раз (в псевдогене).

В геноме Mycoplasma pneumoniae M29 стоп-кодон TAA встречается 518 раз, TAG - 202 раза, TGA в качестве стоп-кодона не встречается.

У второй и третьей бактерий кодон TGA, вероятно, кодирует какую-то аминокислоту и не является стоп-кодоном.

Действительно, у Mycoplasma pneumoniae M29 кодон TGA кодирует триптофан (J. M. Bove (1993). Molecular Features of Mollicutes. Clinical Infectious Diseases, 17(Supplement 1), S10–S31. doi:10.1093/clinids/17.Supplement_1.S10 ), а у Candidatus Gracilibacteria bacterium 28_42_T64 - глицин (Campbell J.H. et. al.(2013). UGA is an additional glycine codon in uncultured SR1 bacteria from the human microbiota. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(14), 5540–5545. doi:10.1073/pnas.1303090110)

Задание 4

Предположу, что различная представленность синонимичных кодонов в геноме одной бактерии может объясняться тем, что, одни кодоны более устойчивы к мутациям чем другие. Возможно также, что некоторые из синонимичных кодонов обеспечивают более прочную связь с антикодонами тРНК, ускоряя транскрипцию и увеличивая экспрессию, другие же наоборот связываются со своей тРНК менее прочно и тогда скорость трансляции и экспрессия гена снижаются, оба варианта в зависимости от конкретного гена могут поддерживаться естественным отбором. Возможно, определенные кодоны более селективно чем другие связываются со своей тРНК, что снижает вероятность ошибок при трансляции, что тоже может поддерживаться отбором.

Задание 5

По ссылке доступен график commulative GC-skew : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1UafREjjvbHDvCqsX_mcouqEbGaejDuKpkWYVphj88ms/edit?usp=sharing

Минимум GC-skew соответствует ориджину репликации, а максимум - месту, где заканчивается репликация хромосомы.