Cравнение аминокислотных последовательностей белков и нуклеотидных последовательностей соответствующих генов

Информация о выборке

№	Белковая последовательность	ID находки
1	SODF_ECOLI	100%
2	SODF_SALTY	94%
3	SODF_PSAEAE	75%
4	SODF_PSEPU	70%
5	SODF_COXBU	63%
6	SODF_PORGI	52%
7	SODF_METTM	40%

Выборка аминокислотных последовательностей была сделана с помощью программы
BLAST сервера EBI.

Наблюдение элементарных эволюционных событий в ближайших гомологах

Было проведено исследование белков SODF_ECOLI и SODF_SALTY и их генов. Между генами наблюдается много различий в нуклеотидах (замен), поэтому исследована была лишь часть генов, содержащая все несинонимичные замены.

Номер нуклеотида в гене	Триплет в SODF_ECOLI	Триплет в SODF_SALTY	Аминокислота в SODF_ECOLI	Аминокислота в SODF_SALTY
285	GAA	GAT	Glu	Asp
318	GAT	GAA	Asp	Glu
386	AAC	AGC	Asn	Ser
388, 389	AGC	GCT	Ser	Ala
444	ACG	ACC	Thr	Val
517, 518	GGC	AAC	Gly	Asn

В таблице слева отображены все несинонимичные замены (всего 8), причем:

Замен в первых позициях триплетов — 2
Замен во вторых позициях триплетов — 3
Замен в третьих позициях триплетов — 3

Выравнивания белков и их генов были получены программой из needle пакета EMBOSS. Работа по описанию мутаций проводилась в редакторе Genedoc.

Гены 2 исследованных белков состоят из 582 нукдеотидов. Производился анализ синонимичных мутаций в 283 – 519 нуклеотидах (в части, где имелись все несинонимичные мутации). Найдено 32 синонимичные мутации, среди которых:

31 мутация произошла в третьих позициях кодонов
замена Цитозина на Тимин в 457 нуклеотиде (первый в кодоне CTG, кодирующем Лейцин)

Таким образом, соотношение синонимичных замен к несинонимичным составляет на исследуемом участке 32/8, т.е. 4. Столь низкое соотношение можно объяснить тем, что рассматривался лишь участок последовательности, содержащий все несинонимичные замены. По всей последовательности это соотношение заметно больше.

Матрица нуклеотидных замен

Нуклеотид	A	T	C	G
A	—	2	4	9
T	2	—	11	4
C	4	11	—	7
G	9	4	7	—

Эта таблица наглядно демонстрирует, что число транзиций (переходов между пуриновыми и переходов между пиримидиновыми основаниями) больше, чем трансверсий (замен пуринового основаия на пиримидиновое и наоборот). Это биологически осмысленно: трансверсии изменяют расстояние между тяжами ДНК и поэтому вредны. Примечание: Замены A на T и T на A и т.п. считались одинаковыми.

На графике слева отображена зависимость процентов совпадений нуклеотидных (Gene_Id) и аминокислотных (Prot_Id) последовательностей:

Синим цветом показана связь процентов совпадений последовательностей для белка-предшественника гемагглютинина у разных штаммов вируса гриппа.
Зелёным цветом — для нашей выборки
Красным цветом изображена линия, соединяющая 2 гипотетичечских точки:

Две абсолютно идентичные нуклеотидные и соответствующие им аминокислотные последовательности.
Две случайные нуклеотидные и соответствующие им аминокислотные последовательности (ясно, что матожидание схожести нуклеотидных последовательностей — 25%, а аминокислотных — 5%).

Как видно из картинки, в области Prot_Id>65% график зависимости нашей выборки лежит ниже графика зависимости выборки последовательностей белков из вируса гриппа. Причём обе они лежат ниже красной прямой линии. Это можно объяснить тем, что:

У вирусов (и эукариот) и у бактерий белки в процессе трансляции образуются по разным правилам на основании нуклеиновых кислот. Поэтому каждому кодону соответствует разное количество синонимичных замен у белков бактерий и вирусов.
Белки вируса гриппа находятся под непрерывным движущим отбором: им надо меняться в целях борьбы с иммунной системой организма. А вот супероксид дисмутазы, напротив, находятся скорее под стабилизирующим отбором. Поэтому несинонимичные замены в белках вируса приветствуются естественным отбором более, чем в в белках нашей выборки. Условно говоря, на 10 несинонимичных замен в НК гриппа приходится 25 синонимичных, а в ДНК бактерии — 50. Это главная причина.