9 практикум (Выравнивание как отражение эволюции. Программы парного выравнивания. Jalview)

Ложкина Мария

Подсчет инделей в двух выровненных последовательностях

Для подсчета берется файл в формате .fasta.

Код на python:


from sys import argv

with open(argv[1]) as f:
  f = f.read().split('>')

# название первой послед-ти
  a = f[1]
  seq_name1 = a.split()[0]
# название второй послед-ти
  b = f[2]
  seq_name2 = b.split()[0]

# первая послед-ть целиком
  c = a.split('\n')[1:]
  seq1 = ''.join(c)
# вторая послед-ть целиком
  d = b.split('\n')[1:]
  seq2 = ''.join(d)

# подсчет инделей в 1
  flag1 = False
  k1 = 0
  for i in seq1:
    if i == '-':
      if not flag1:
        flag1 = True
        k1 += 1
    else: 
      flag1 = False

# подсчет инделей в 2
  flag2 = False
  k2 = 0
  for i in seq2:
    if i == '-':
      if not flag2:
        flag2 = True
        k2 += 1
    else: 
      flag2 = False
  
  print(seq_name1, k1)
  print(seq_name2, k2)
  print('Total', k1+k2)

Глобальное парное выравнивание гомологичных белков

Выбранные мнемоники: ZUR_, 6PGD_, ACCA_.

Результаты выравнивания программой needle (глобальное выравнивание) с параметрами по умолчанию представлены в таблице 1.

**Таблица 1.** Характеристики глобального парного выравнивания трёх пар белков
Protein name	ID 1	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
6-phosphogluconate dehydrogenase, NADP(+)-dependent, decarboxylating	6PGD_ECOLI	6PGD_BACSU	1718.0	70.0	83.4	3	3
Acetyl-coenzyme A carboxylase carboxyl transferase subunit alpha	ACCA_ECOLI	ACCA_BACSU	814.5	51.1	66.0	14	4
Zinc-specific metallo-regulatory protein	ZUR_ECOLI	ZUR_BACSU	93.0	21.0	33.7	46	9

Локальное парное выравнивание гомологичных белков

Выбранные мнемоники: ZUR_, 6PGD_, ACCA_.

Результаты выравнивания программой water (локальное выравнивание) с параметрами по умолчанию представлены в таблице 2.

**Таблица 2.** Характеристики локального парного выравнивания трёх пар белков
Protein name	ID 1	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels	Coverage 1 (%)	Coverage 2 (%)
6-phosphogluconate dehydrogenase, NADP(+)-dependent, decarboxylating	6PGD_ECOLI	6PGD_BACSU	1719.0	70.1	83.6	3	3	99.6	99.8
Acetyl-coenzyme A carboxylase carboxyl transferase subunit alpha	ACCA_ECOLI	ACCA_BACSU	814.5	51.1	66.0	14	4	100.0	99.0
Zinc-specific metallo-regulatory protein	ZUR_ECOLI	ZUR_BACSU	93.0	21.0	33.7	46	9	96.6	93.3

Комментарии к выравниваниям

6PGD_ECOLI и 6PGD_BACSU

Глобальное выравнивание через программу needle показало большие проценты идентичности (70.0%) и сходства (83.4%), небольшое количество гэпов (3 штуки) и большой вес (1718.0).

Локальное выравнивание через программу water также показало большие проценты идентичности (70.1%) и сходства (83.6%) и крайне высокие проценты покрытия – 99.6% для первой последовательности и 99.8% для второй последовательности.

Тем самым, мы можем вполне уверенно говорить о гомологии данных белков по всей длине на основе их высокого сходства. И глобальное, и локальное выравнивания показывают эту гомологичность хорошо.

ACCA_ECOLI и ACCA_BACSU

Глобальное выравнивание через программу needle показало 51.1% идентичности и 66.0% сходства. Количество гэпов – 14, вес выравнивания – 814.5.

Локальное выравнивание через программу water показало такие же параметры. Процент покрытия для первой последовательности – 100%, для второй – 99.0%.

Исходя из этого, мы можем утверждать о гомологии этих белков по всей длине. Обе программы (needle и water) отражают это.

ZUR_ECOLI и ZUR_BACSU

Глобальное выравнивание через программу needle показало низкий вес (93.0), маленькие проценты идентичности (21.0%) и сходства (33.7%), а также большое количество гэпов.

Локальное выравнивание через программу water показало такие же результаты. Процент покрытия для первой последовательности – 99.6%, для второй – 93.3%.

Тем самым, мы можем говорить только о гомологии некоторых участков этих белков, но точно не о гомологии по всей дине. И глобальное, и локальное выравнивания в данном случае дают однозначно утверждать об отсутствии гомологии по всей длине.

Результат применения программ выравнивания к неродственным белкам

Были выбраны белки AAAT_ECOLI и 4OT_BACSU, для которых были построены глобальное (через программу needle) и локальное (через программу water) выравнивания. Результаты представлены в таблице 3 и 4.

**Таблица 3.** Характеристики глобального парного выравнивания пары неродственных белков
Protein 1 name	ID 1	Protein 2 name	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
L-amino acid N-acetyltransferase AaaT	AAAT_ECOLI	2-hydroxymuconate tautomerase	4OT_BACSU	13.0	6.2	13.6	130	4

**Таблица 4.** Характеристики локального парного выравнивания пары неродственных белков
Protein 1 name	ID 1	Protein 2 name	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels	Coverage 1 (%)	Coverage 2 (%)
L-amino acid N-acetyltransferase AaaT	AAAT_ECOLI	2-hydroxymuconate tautomerase	4OT_BACSU	13.0	25.0	45.0	0	0	100.0	100.0

Мы видим, что белки однозначно имеют гомологичный участок (но точно не гомологичны по всей длине), которые хорошо показывает локальное выравнивание через программу water.

Множественное выравнивание белков

Для поиска белков была выбрана мнемоника ACCA_. Рекомендованное полное имя для белка из ECOLI: Acetyl-coenzyme A carboxylase carboxyl transferase subunit alpha. С помощью запроса (id:ACCA_*) было получено 465 находок.

Выбранные для множественного выравнивания белки:

ACCA_ECOLI
ACCA_BACSU
ACCA_BURCH
ACCA_PROM4
ACCA_BEII9
ACCA_ERYLH
ACCA_BRUAB

Проект выравнивания: 9pr.jvp

Выравнивание было выполнено с помощью программы MUSCLE, окраска по clustal и conservation (identity=50%).

По моему мнению, данное выравнивание хорошее, так как все белки схожи – об этом можно судить по большому количеству консервативных колонок, а также гэпам, расположенным в одних и тех же местах у разных последовательностей. После окраски выравнивания видно, что в основном консервативные колонки сконцентрированы в центре последовательностей: примерно с 65 по 275 колонки.