Элементарные эволюционные события

Биологическая задача :

оценить давление отбора на ген белка YAHK_ECOLI в период, начиная с момента расхождения
кишечной палочки и псевдомонады.

 
  •  Выбор ортолога 
    • 

Oртологами называют гомологичные гены филогенетически родственных организмов,
разошедшихся в процессе видообразования. Мы же выберем ортолога на основании совпадения
последовательностей на 60-80%, при том что белки имеют похожие аннотации в банке UniProt.

     Исходный белок:YAHK_ECOLI (P75691)
    последовательность белка: 1uufp.fasta
    последовательность гена: 1uufn.fasta 
    функция : цинк - зависящая алкогольдегидрогеназа

    С помощью программы blastP в базе данных UniProt нашли ортолога белка YAHK_ECOL:

    Название ортолога:Pseudomonas syringae pv. syringae (Q4ZTQ2)
    ID : 67%
    последовательность белка:Psyr_2431p.fasta
    последовательность гена:Psyr_2431p.fasta 
    функция : цинк - содержащая алкогольдегидрогеназа

     
  •  Построение выравниваний 
    • 

     C помощью программы needle пакета EMBOSS было построено попарное белковое и нуклеотидное выравнивания.
Данные два выравнивания не совпадают:
        
    

    
 белковое выравниваниенуклеотидное выравнивание
    

    
идентичность62.5%56.4%
    

    
вес1215.01981.0
    

    
идентичность в белковом выравнивании больше,
однако вес меньше по сравнению с нуклеотидным выравниванием.
Также в нуклеотидном выравнивании множество гэпов, которые отсутствуют в белковом. Стоит отметить и сдвиг
рамки считывания в нуклеотидном выравнивании. 
    Если мы изменим параметры needle:

    gapopen  20

    gapextend  2

    то получим нуклеотидное выравнивание, процент идентичности в котором будет больше (57.9%),
а вес меньше (1672.0).

    Увеличение штрафа за открытие гэпа приводит к уменьшению количества гэпов, что повышает сходство
выравниваний аминокислотных и нуклеотидных последовательностей. Низкий штраф за удлинения гэпа 
увеличивает вероятность гэпа в 3 основания = 1 аминокислоте.

     
  • Программа PAL2NAL  
    • 

    
PAL2NAL -  программа, которая может конвертировать различные выравнивания 
последовательностей белков и соответствующих ДНК (или мРНК) последовательностей
в кодирующее выравнивание. Программа автоматически определяет соответствующие
последовательности кодоны, даже если вводимая последовательность ДНК плохо 
соответствует данной последовательности белка или содержит в нетранслируемую область,
или полиадениновый хвост. Программа также может перемещать рамки считывания 
во входящей последовательности, что делает возможным анализ псевдогенов. Результат
выравнивания по кодонам может подвергнуться дальнейшей обработке путем подсчитывания 
синонимичных (Ks) и несинонимичных(Ka) замен

     
  • Построение нуклеотидного выравнивания с разбивкой на кодоны.  
    • 

     С помощью программы PAL2NAL было получено нуклеотидное выравнивание с разбивкой на кодоны
Оно отличается от выравнивания needle со стандартными параметрами, так как PAL2NAL строит нуклеотидное
выравнивание, основываясь на аминокислотном выравнивании.

     
  • Значения Ka/Ks для сравниваемых генов
    • 
Для вычисления значения Ka/Ks в меню "Option settings" в пункте
2.Remove gaps, inframe stop codons:
No
*Yes

    2.1Calculate KS and KA:
      No
      *Yes (valid only if the input is a pair of sequences) 
* - наш выбор опции
и в результате получаем искомую величину:
KA/KS = 0.0045



    Так как данное отношение меньше единицы, мы можем сделать вывод о том, на ген yahK действует
стабилизирующий отбор. Это может быть связано с тем, что продукт данного гена (алкоголь
    дегидрогеназа)
непосредственно принимает участие в процессе метаболизма (катализирует окисление спиртов
до альдегидов или кетонов). Катализируемая реакция играет существенную роль в обеспечении
нормальной жизнедеятельности клетки. Следовательно большое количество изменений в последовательности
данного фермента приведет к уменьшению его активности, вследствие чего приспособляемость
мутантного организма к окружающим условиям понизится. Такие изменения будут элиминироваться
естественным отбором. Таким образом, имеет место форма отбора, создающая стабильность, мономорфность 
на месте разнообразия, закрепляющая уже достигнутые адаптационные формы, то есть стабилизирующий отбор.    

    

     
  • Дополнительное задание
    • 
Для проверки утверждения, что белки участвующие в оплодотворении яйцеклетки
у моллюсков семейства Haliotidae находятся под давлением положительного
отбора, были взяты следующие белки:

    
  
    
    Идентификатор белка
    Организм
    Функция
	белковая последовательность
	нуклеотидная последовательность
  
    
  
    
    Q25012
    Haliotis assimilis
    Fertilization protein
	 Q25012.fasta
	Q25012n.fasta
  
    
  
    
    Q25063
    Haliotis fulgens (Green abalone)
    Fertilization protein 
    Q25063.fasta
	Q25063n.fasta
  
    

    
С помощью программы PAL2NAL было подсчитано значение Ka/Ks, как и ожидалось, оно оказалось больше единицы:
KA/KS = 1.7719
Данное значение обусловлено тем, что белки, ответственные за размножение, должны постоянно меняться
(каждый вид должен иметь свой "индивидуальный" белок, в противном случае, гаметы одного вида
беспрепятственно сливались бы с гаметами другого вида). Вот почему отбор - движущий. 

     на страницу IV семестра 

     на главную