Оптимальное парное выравнивание. Алгоритмы.
Сравнение параметров глобального и локального выравнивания пары гомологичных белков
Для сравнения были взяты белки P9WMJ8 (архея) и A0RZ01 (эукариот). С помощью команды needle из пакета EMBOSS было получено глобальное выравнивание, локальное же - с помощью команды water. По умолчанию программой используется матрица EBLOSUM62, штар за открытие инделя - 10.0, за его удлинение - 0.5, за концевые гепы - 10.0, за удлинение концевого инделя - 0.5.Различия локального и глобального выравниваний приведены в табл.1, а на рис.1 и рис.2 приведены сами выравнивания. В локальном выравнивании меньше число консервативных позиций, в то время как процент их больше, число гепов и инделей тоже меньше, (в особенности нет длинного концевого инделя, как в глобальном выравнивании, из-за чего длина локального выравнивания меньше глобального), и в конечном итоге вес локального выравнивания больше, чем глобального, из чего следует, что оно правильнее.
Табл.1. Различия глобального и локального выравниваний.
| Выравнивание | Длина выравнивания | Число консервативных позиций | % консервативных позиций | Число функционально консервативных позиций | % функц. консервативных позиций | Число колонок с гэпами | % колонок с гепами | Число инделей |
| Глобальное | 665 | 309 | 46.5% | 434 | 65.3% | 49 | 7.4% | 8 |
| Локальное | 620 | 307 | 49.5% | 432 | 69.7% | 14 | 2.3% | 7 |
Рис.1. Глобально выравнивание
Рис.2. Локальное выравнивание
Сравнение параметров локального выравнивания пары гомологичных белков и пяти пар негомологичных белков
Пару гомологичных белков я взяла из задания выше, а для пяти пар негомологичных белков я использовала свой белок 3-oxoacyl-ACP synthase III (BAC70085.1) и пять белков, ему не гомологичных: Gamma-glutamyltranspeptidase (A8FC81_BACP2), ADP-ribose pyrophosphatase (A0A0X8D5E1_9BACL), Copper-binding protein (A0A0X8CP23_9BRAD), Regulatory protein MarR (E8YVR4_9BURK) и metal-dependent hydrolase (A0A1B0VIM1_FERIS). В табл.2 приведено сравнение выравниваний данных пар.В локальном выравнивании негомологичных белков гораздо меньше консервативных позиций, чем в выравнивании гомологичных белков. Сравнивая рис.3 и рис.4, легко заметить, что в выравнивании негомологичных белков больше гепов и инделей, что ясно свидетельствует о неправдоподобности такого выравнивания, и совпадения аминокислотных остатков в нем, скорее всего, случайны и не имеют биологического смысла.
Табл.2. Различия выравниваний белка Q79ZF6_STRAW с негомологичными белками.
| Белок | Длина выравнивания | Число консервативных позиций | % консервативных позиций | Число функционально консервативных позиций | % функц. консервативных позиций | Число колонок с гэпами | % колонок с гепами | Число инделей |
| A8FC81_BACP2 | 224 | 46 | 20.5% | 77 | 34.4% | 66 | 29.5% | 12 |
| A0A0X8D5E1_9BACL | 136 | 33 | 24.3% | 53 | 39.0% | 35 | 25.7% | 9 |
| A0A0X8CP23_9BRAD | 28 | 9 | 32.1% | 15 | 53.6% | 5 | 17.9% | 2 |
| E8YVR4_9BURK | 76 | 22 | 28.9% | 33 | 43.4% | 16 | 21.1% | 4 |
| A0A1B0VIM1_FERIS | 80 | 19 | 23.8% | 34 | 42.5% | 12 | 15.0% | 3 |
Рис.3. Локальное выравнивание гомологичных белков
Рис.4. Локальное выравнивание негомологичных белков
Отличия между тремя выравнивания одних и тех же двух последовательностей, построенные разными программами
На рис.5 приведены 3 выравнивания пары гомологичных белков (P9WMJ8 и A0RZ01), построенных разными программами: с помощью команды needle, команды water и множественного выравнивания (результат взят из практикума 10) соответственно.Глобальное и локальное выравнивания практически схожи (отличаются лишь в концевом участке), а вот с множественным есть побольше отличий:
Под Ala33 в глобальном и локальном находится Ser33, в множественном же гэп (при этом Ala33 находится под Gly37).
Под Leu533 в первых двух находится Arg533, в множественном над Arg533 гэп, а Leu533 распологается над Gly537.
В множественном выравнивании над Gly561 находится Asp561, а в глобальном и локальном выравнивании над Gly561 гэпы.
Наиболее правдоподобным я считаю локальное выравнивание. Его премущества перед глобальным были описаны выше. А вот множественное вырывнивание хуже локального потому, что в нем при выравнивании нескольких последовательностей одновременно программа ищет максимальный вес для общего выравнивания, при этом вес каждого парного выравнивания по отдельности может оказаться не самым большим из возможных для него. По рисунку видно, что абсолютно консервативных позиций во множественном выравнивании меньше, хоть и незначительно (например, колонки 564, 603 абсолютно консервативны для глобального и локального, но не консервативны для множественного).
Рис.5. Выравнивания, выполненные разными программами
