Реконструкция эволюции доменной архитектуры

Построение выравнивания представителей домена Pfam белков с разной доменной архитектурой

Я выбрала домен HWE_HK (ID: HWE_HK; AC: PF07536) HWE гистидиновая киназа (HWE histidine kinase).

HWE домен обнаруживается в составе двухкомпонентной системы, состоящей из гистидиновой киназы и родственного регуляторного белка. Отличительная черта -- присутствие высококонсервативного остатка Гистидина в киназном домене.

В выбранном семействе 1627 последоватальностей, которые принадлежат 377 видам. Домен входит в 228 архитектур (ссылка). Для 4 последовательностей имеется 3D структура.

Для дальнейшей работы я выбрала 2 архитектуры. Информация о них представлена в таблице 1.

Таблица 1. Информация о выбранных доменных архитектурах

Домены, входящие в архитектуру Число последовательностей Изображение доменной архитектуры
HWE_HK 269
PAS_4, HWE_HK 113

A Per-Arnt-Sim (PAS) domain ( PAS_4 )-- это белковый домен, обнаруживаемый во всех царствах. PAS играет роль молекулярной "липучки". Этот мотив вовлечен в белок-белковые взаимодействия и взаимодействие белков с малыми молекулами. Также это типичный мотив сигнальных белков,в которых функционирует в качестве сенсора.

С помощью Jalview построили выравнивание доменных участков всех белков, содержащих домен HWE_HK (окраска ClustalX порог консервативности 30%). Также была добавили 3D структура одного домена. Для этого последовательность LOVHK_BRUA2 была связана с PDB ID 5EPV. Соответствие между Uniprot ID и PDB кодами можно было наити в разделе Structures.
Ссылка на Jalview-проект: pr11_pfam.jvp .

Для получения информации об архитектуре всех последовательностей, содеражщих выбранный домен, был использован скрипт swisspfam-to-xls.py, который преобразует информацию о доменах в последовательности из файла swisspfam в таблицу для Excel.
python swisspfam-to-xls.py -z /srv/databases/pfam/swisspfam.gz -p PF07536 -o PF07536.xls

В результате получили таблицу PF07536.xls

Добавили в таблицу таксономию при помощи VLOOKUP (ВПР). Сама таксономия была получена при помощи скрипта. Для этого была создана таблица с информацией о таксономии из Uniprot:
python uniprot-to-taxonomy.py -i uniprot.txt -o taxonomy.xls
Получили файл taxonomy.xls

Для дальнейшей работы выбрали таксон: Класс Alphaproteobacteria и подтаксоны: порядки Rhizobiales и Rhodobacterales.

python filter-alignment.py -i align_pr11.mfa -m ids -o my_align.fasta -a "/"

Итоговая таблица:
table.xlsx

Построение филогенетического дерева домена

Bспользуя полученное выше выравнивание постороили филогенетическое дерево методом Neighbor-Joining. Для удобства ввели обозначения -- расшифровка в таблице 2.

Таблица 2. Используемые обозначения:


Обозначение		 Расшифровка
Подтаксон Доменная архитектура
H_rhiz Rhizobiales HWE_HK
P_rhiz Rhizobiales PAS_4 &HWE_HK
H_rho Rhodobacterales HWE_HK
P_rho Rhodobacterales PAS_4 & HWE_HK

Скобочная формула дерева tree.txt

Рис. 1. Дерево, построенное методом Neighbor-Joining в программе MEGA

Рис. 2. Дерево, раскрашеное с помощью ITOL

Дерево получилось довольно странным, некоторые последовательности выбиваются из клад. В целом нет групировки клад по таксонам или по типам архитектуры, только на отдельных ветвях.

Рис. 3. Ветвь дерева, ветвление в соответствии с таксономией.

Рис. 4. Ветвь дерева, ветвление в соответствии типам архитектур

Возможно, выбор таксонов для работы оказался неудачным -- я выбрала системетические группы класс и порядки.

`