Практикум №10

Выравнивание геномов.

Выбрав род Pseudomonas, с которым я работал в ряде практикумов в течение прошлом семестре, я нашёл два относительно родственных вида, входящие в одну подгруппу, с помощью филогенетического дерева [1]. Отобранные мною виды, Pseudomonas tructae и Pseudomonas asiatica, - малоизвестные представители своего рода. Первый из них был недавно выделен из почек радужной форели [2].

Интересно, что Pseudomonas asiatica до недавнего времени назывался как Pseudomonas shirazica, пока анализ видовой идентичности не показал, что это один и тот же вид [3]. В настоящее время формально вида Pseudomonas shirazica не существует.

Я искал геномы с помощью сервиса ''Browse by Organism'' на сайте NCBI. Геномы представляют из себя последовательности единственной хромосомы данных бактерий. Привожу соответствующие ACC: NZ_CP035952 (Pseudomonas tructae), NZ_CP063456 (Pseudomonas asiatica).

Sorry!
Рис 1. Фотография той самой радужной форели...

Далее я последовательности хромосом дал на вход алгоритмам blastn и megablast на сайте NCBI, установив параметры по умолчанию. Результатом стали следующие карты локального сходства (DotPlots):

Sorry!
Рис 2. Карта локального сходства геномов Pseudomonas tructae и Pseudomonas asiatica, сделанная с помощью алгоритма blastn с параметрами по умолчанию. По оси абсцисс отложена длина генома Pseudomonas tructae, по оси ординат, соответственно, - Pseudomonas asiatica.
Sorry!
Рис 3. Карта локального сходства геномов Pseudomonas tructae и Pseudomonas asiatica, сделанная с помощью алгоритма blastn с параметрами по умолчанию. По оси абсцисс отложена длина генома Pseudomonas tructae, по оси ординат, соответственно, - Pseudomonas asiatica.

Видно, что последовательности выравнились хорошо практически по всей длине, исключая участок 2.2 M - 4 M. На хорошо выровненной области имеется ряд инверсий и транслокаций. Видно, что экспериментаторы взяли разные точки начала секвенирования геномов, при этом выбрав прямые цепи ДНК. Это ещё лучше видно на моей интерпретации карты снизу (Рис. 4).

Карта, ставшая результатом работы megablast, содержит меньше ''шума'', поскольку по умолчанию в этом алгоритме используется большая длина слова. В карте blastn, в свою очередь, видны вертикальные и чуть менее заметные горизонтальные ''полосы'', являющиеся участками локальных сходств.

На моей интерпретированной карте (Рис. 4) я отметил цифрами три инвертированных участка. Второй и третий, на мой взгляд, также подверглись транслокации.

Зелёной стрелкой указана либо инсерция (вставка) в геном Pseudomonas asiatica, либо делеция в геноме Pseudomonas tructae. При желании можно найти и другие вставки/делеции.

Sorry!
Рис 4. Моя интерпретация карты локального сходства, исключающая инверсии, изображена фиолетовой линией поверх оригинальной карты, сделанной с помощью megablast. Красным цветом отмечены инвертированные области. Зелёной стрелкой указана небольшая вставка/делеция. Цифрами отмечены интересные области, упоминаемые в тексте.

Область 2.2 M - 4 M не тронута, поскольку в ней геномы выровнялись плохо. Видны скопления чёрных точек (участков локальных сходств, видных даже на карте megablast), плохо потдающиеся анализу.

Ссылки.

1. Girard L, Lood C, Höfte M, Vandamme P, Rokni-Zadeh H, van Noort V, Lavigne R, De Mot R. The Ever-Expanding Pseudomonas Genus: Description of 43 New Species and Partition of the Pseudomonas putida Group. Microorganisms. 2021 Aug 18;9(8):1766. doi: 10.3390/microorganisms9081766. PMID: 34442845; PMCID: PMC8401041.

2. Oh WT, Jun JW, Giri SS, Yun S, Kim HJ, Kim SG, Kim SW, Kang JW, Han SJ, Kwon J, Kim JH, Smits THM, Park SC. Pseudomonas tructae sp. nov., novel species isolated from rainbow trout kidney. Int J Syst Evol Microbiol. 2019 Dec;69(12):3851-3856. doi: 10.1099/ijsem.0.003696. PMID: 31483752.

Tohya M, Watanabe S, Tada T, Tin HH, Kirikae T. Genome analysis-based reclassification of Pseudomonas fuscovaginae and Pseudomonas shirazica as later heterotypic synonyms of Pseudomonas asplenii and Pseudomonas asiatica, respectively. Int J Syst Evol Microbiol. 2020 May;70(5):3547-3552. doi: 10.1099/ijsem.0.004199. PMID: 32392123.

Кирилл Кузенков, студент второго курса ФББ