Предсказание генов прокариот

Для аннотации генов прокариот я выбрала архею Methanothermobacter thermautotrophicus (рисунок 1). Это метаногенная архея, получающая энергию, переводя водород и углекислый газ в метан, является термофильным организмом с оптимальной температурой роста около 65-70°C. Я взяла хромосому NC_000916.1, представляющую полный геном Methanothermobacter thermautotrophicus str. Delta H. Для этого штамма характерными условиями обитания являются осадки сточных вод, где он был впервые обнаружен в 1971 в штате Иллинойс, США. Его геном был полностью отсеквенирован и имеет длину 1,751,377 п.о.

Рисунок 1. Methanothermobacter thermautotrophicus, домен Archaea, класс Methanobacteria, семейство Methanobacteriaceae. Полная таксономия доступна на сайте ncbi.

Исходная таблица аннотаций генов из базы данных GenBank (получена из NCBI Gene) доступна по ссылкам: в формате excel и в текстовом формате. Всего генов аннотировано 1858, из них 38 кодируют тРНК и 7 - рРНК.
С помощью сервера RAST был аннотирован геном данной археи. Результаты доступны по ссылке: excel. Всего найдено 1920 генов. На рисунке 2 представлена диаграмма, отображающая распределение найденных генов по функциям их продуктов, - одна из иллюстраций результатов, выдаваемых RAST.

Рисунок 2. Диаграмма распределения генов археи Methanothermobacter thermautotrophicus по функциональным группам. Изображение получено с помощью сервера RAST.

Полученные аннотации я сравнила с уже имеющимися в записи GenBank. Результаты сравнения представлены в таблице.
Одинаково аннотированных генов (совпадает и старт-, и стоп-кодон) найдено 1346 (72.4%). Генов с одинаковым стоп-кодоном, но разными старт-кодонами 260 (14%). В сумме по стоп-кодонам совпадают 1606 генов (86.4%).
Генов, аннотированных только в GenBank, 95; только RAST - 157.

Для некоторых белков с несовпадающими аннотациями я проверила их функции с помощью blast (blastx). На рисунке 3 представленны выбранные белки.

Рисунок 3a (сверху). Первая пара белков (выделена голубым).
Рисунок 3b (в центре). Вторая пара белков.
Рисунок 3c (снизу). Третья пара белков.

Результаты поиска первой последовательности (кодирующей первый белок) в blast показали, что данный белок принадлежит семейству MEMO1 и суперсемейству экстрадиол дезоксигеназ. Белки семейства MEMO1 являются эффекторами ErbB2 рецепторной тирозинкиназы, участвующей в регуляции подвижности клетки. В целом, описание более соответствует аннотации RAST.
Вторая последовательность гомологична изопентенил-фосфокиназам. Эта функция также указана в аннотации RAST.
Третья последовательность имеет наибольшее сходство с геном нитроредуктазы MJ1384 (putative nitroreductase MJ1384). В описании этого белка указано, что он относится к семейству белков, модифицирующих полипептиды, заключая тиоэфир в цикл. В это семейство входят оксидазные домены белка NRPS (non-ribosomal peptide synthetase). Описание в принципе соответсвует аннотации Genbank.

Таким образом, можно заключить, что RAST является хорошим сервером для аннотации генов прокариот, так как он позволяет обнаружить до 90% известных генов, при этом в некоторых случаях указывает более точные описания функций их продуктов.