Понятие о выравнивании

Для выполнения следующих заданий я выбрала выравнивание aln17_1.fa. Проект заданий 1-5 в формате jar можно скачать здесь. Выравнивание сделано с помощью программы Jalview, раскраска - ClustalX, консервативность (Above identity threshold) 70%.

Задание 1

В выравнивании, построенном программой Jalview, я выбрала два вертикальных блока, в колонках которых была отчетливо видна гомология между аминокислотными остатками в последовательностях. На рисунках 1 и 2 изображены эти блоки.

Рис. 1. Вертикальный блок выравнивания (позиции 1-15). Изображение получено с помощью программы Jalview.

Рис. 2. Вертикальный блок выравнивания (позиции 20-41). Изображение получено с помощью программы Jalview.

Как видно из рисунков 1 и 2 несовпадающие по колонке аминокислотные остатки сходны по строению и свойствам. Из этого можно сделать вывод о том, что эти участки гомологичны.

На рисунке 3 изображен участок выравнивания (позиции 45-69), который иллюстрирует высокую степень гомологичности на данном участке последовательностей CLOSI и SCHMA (участок высокой гомологичности обведен черной рамочкой), в то время как данных за гомологичность остальных нет.

Рис. 3. Участок выравнивания (позиции 45-69). Участок высокой гомологичности последовательностей CLOSI и SCHMA обведен черной рамочкой. Изображение получено с помощью программы Jalview.

Задание 2

Рассмотрим вертикальный блок, изображенный на рисунке 1. Чтобы оценить консервативность этого блока, проанализируем данные таблицы 1.

Таблица 1. Консервативность блока с позициями 1-15 из выравнивания.

	Количество	Номера позиции	Процент
Общее число позиций	15	1-15	100
Абсолютно консервативные позиции	4	1, 2, 4, 8	26,7%
Абсолютно функционально консервативные позиции	7	1, 2, 4, 6, 8, 9, 15	46,7%
Консервативные на 70% позиции	9	1-4, 6, 8, 11-12, 15	60%
Функционально консервативные на 70% позиции	11	1-4, 6-9, 11, 14-15	73,3%

Задание 3

Рассмотрим участок выравнивания с позициями 71-86 (рисунок 4), который содержит близко расположенные вертикальные блоки. Всего позиций в нем 16. Число позиций с гэпами - 3, их процент - 18,75%. Стоит заметить гомологию на данном участке между последовательностями CLOSI и SCHMA.

Рис. 4. Участок выравнивания, содержащий близко расположенные вертикальные блоки (позиции 71-86). Изображение получено с помощью программы Jalview.

Задание 4

К выравниванию я добавила последовательность из файла seqdump17_1.fasta, которую выравняла вручную относительно исходного множественного выравнивания. На рисунке 5 изображен вертикальный блок (позиции 20-41) с добавленной последовательностью. Полностью выравнивание можно посмотреть в проекте.

Рис. 5. Вертикальный блок выравнивания (позиции 20-41) с добавленной последовательностью. Изображение получено с помощью программы Jalview.

Задание 5

Консенсусная последовательность, полученная с помощью программой cons на сервере http://emboss.bioinformatics.nl выглядит следующим образом:

WYKPxISREEAISMLKDKxPGTFIVRDSNSFPGAYGLALKVATPPPxVxxxxxxxxxxxxxxx
DxSNELxVRHFLIExxxPTxRGVRLKGCxNEPVFGSLSALVYQH

LOGO блока с позициями 1-53, созданное сервисом WebLogo, представлено на рисунке 6.

Рис. 6. LOGO блока с позициями 1-53. Изображение получено с помощью сервиса WebLogo.

Задание 6

Для построения множественного выравнивания заведомо негомологичных последовательностей я выбрала 6 случайных белков из списка. Последовательности этих белков в формате fasta можно скачать здесь, проект выравнивания в формате jar здесь. Значение Above identity threshold было заменено на 60%, так при 70% программа не находила блоков консервативности. Два "гомологичных" блока изображены на рисунках 7 и 8.

Рис. 7. Вертикальный блок с "гомологией" (позиции 213-251). Изображение получено с помощью программы Jalview.

Рис. 8. Вертикальный блок с "гомологией" (позиции 320-355). Изображение получено с помощью программы Jalview.

Как видно из рисунков 7 и 8, при значении Above identity threshold>60% "консервативные" позиции единичны, они находятся далеко друг от друга и часто разделены гэпами. Такое сходство аминокислотных остатков в колонках случайно. Можно предположить, что такие "консервативные" позиции появились из-за того, что выравнивание было построено искусственно, с помощью алгоритма, который "подгонял" выравнивание таким образом (добавляя гэпы), чтобы нашлись хоть какие-нибудь сходные участки. Из построенного выравнивания можно судить о негомологичности рассматриваемых белков.