| Главная страница | Обучение | Обо мне | Ссылки | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Геномное окружение | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Задание 1. Геномное окружение. SEED Для работы был взят локус GPOL_c26080, ген принадлежит актинобактерии Gordonia polyisoprenivorans VH2, кодирует фермент орнитин-карбамоилтрансферазу и называется argF. Фермент катализирует реакцию связывания орнитина и карбамоилфосфата (отмечена на рис. 3 в задании 3), которая является частью биосинтеза аргинина. Для данного организма в БД SEED не было генома, так что был взят его ближайший гомолог из организма того же вида - Gordonia bronchialis DSM 43247, контиг 14 (e-value находки 0.0, bit score = 901). (Надо заметить, что BLAST на сайте NCBI не предложил ген из данного организма в качестве возможного гомолога, а предложил гомологов из рода Mycobacterium, однако после проверки их на сайте SEED выяснилось, что выравнивание с геном из Gordonia bronchialis все же лучше.) Итак, далее использовался ген из организма Gordonia bronchialis (fasta-файл с последовательностью). Для него было получено геномное окружение: с параметрами длина региона 20 000 нуклеотидов, порог e-value = 1e-10 были выбраны 12 ортологов для данного гена. Изображение окрестности гена в этих организмах приведено на рис. 1.
Все 13 видов относятся к разным порядкам внутри класса Actinobacteria, представители которого - наиболее распространенные грам-положительные бактерии с геномами, богатыми GC[1][2]. В Таблице 1 представлена информация об окружении гена орнитин-карбамоилтрансферазы в выбранных ортологах.
По таблице видно, что чем дальше какой-либо ген расположен от искомого гена, тем менее близки их функции и тем реже он встречается у ортологов. Если для первых 8 генов можно предположить вхождение в один оперон, то последние 5 претендуют на нахождение в других (соседних) оперонах. Проверим гипотезу об образовании одного оперона по базе данных DOOR. Задание 2. Поиск оперона в DOOR Оперон, в который входит ген argF, был найден в организме Gordonia polyisoprenivorans VH2. Он имеет идентификатор 1227229, графически показан на рис. 2.
Предположение оказалось не до конца верным. Этот оперон состоит из 8 генов: argR, argF, argD, argB, argJ, argC, pheT, pheS. Можно сразу обратить внимание на то, что гены argH и argG находятся в близком окружении гена argF (см. Таблицу 1) и имеют с ним, по-видимому, функциональную связь, но тем не менее находятся в отдельном опероне 1227228, соседствующем с 1227229. Напротив, гены pheT и pheS, имеющие отношение к биосинтезу фенилаланин-тРНК, почему-то входят в данный оперон. Если смотреть состав этого оперона у других ортологов из выбранных 13, то результаты неоднозначны: в этой БД оперон был представлен только у 3 ортологов из 12. У Nocardia farcinica отсутствуют гены argH и argG, у Nocardiopsis alba есть только argH, и он не входит в один оперон с argF. Зато в Mycobacterium marinum M и argH, и argG входят в общий оперон с argF, тем самым подтверждая свою близость к нему. Интересным геном является argR: как указано в Таблице 1, он является репрессором аргинина, а именно, он подавляет биосинтез аргинина, образуя с ним комплекс на сайте, близком к промотору генов, отвечающих за биосинтез аргинина, тем самым перекрывая этот промотор. Исходя из этого, можно предположить, что 2 оперона (1227229 и 1227228) организма Gordonia polyisoprenivorans VH2 образуют регулон, а в организме Mycobacterium marinum M этот регулон представлен сам как один оперон. Задание 3. Метаболические пути, KEGG В этом задании нужно было проверить, действительно ли связаны функционально гены, попавшие в изучаемый оперон. Как уже было сказано, ген argF кодирует фермент орнитин-карбамоилтрансферазу, который катализирует реакцию EC 2.1.3.3, входящую в метаболический путь биосинтеза аргинина. Референсная карта этого пути (map00220) показана на рис. 3.
Рис. 3. Метаболический путь биосинтеза аргинина в организме Gordonia polyisoprenivorans. Желтым выделены реакции, которуе катализирует продукт гена argF. Темно-розовым отмечены реакции, катализируемые белками генов из того же оперона, а темно-зеленым - реакции, катализируемые белками argH и argG (которые входят в консервативное окружение гена argF). Становится ясно, почему в Gordonia polyisoprenovorans VH2 гены argG и argH отнесены к другому оперону: они участвуют в другом метаболическом подпути, относящемся к циклу мочевины. На этом пути не нашлось реакции, катализируемой белками - продуктами генов pheT и pheS, что в целом логично, так как это цепи фенилаланин-тРНК-синтазы, соответственно, реакция, которая катализируется этим белком, входит в состав метаболического пути аминоацил-тРНК биосинтеза. Полученные сведения суммированы в итоговой Таблице 2. Таблица 2. Сведения об опероне 1227229
На страницу четвертого семестра Источники: [1] - NCBI Taxonomy [2] - Википедия | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| © Alexandra Boyko, 2014. Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, MSU. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
