Практикум 9. Выравнивание последовательностей

2. Глобальное парное выравнивание гомологичных белков.

1. Для выполнения задания из Uniprot было скачано два списка идентификаторов записей: всех аннотированных записей, чей идентификатор заканчивается на _ECOLI и всех аннотированных записей, чей идентификатор заканчивается на _BACSU.

2. Средствами электронных таблиц были отобраны три пары записей с совпадающими мнемониками функции: IXTPA_ECOLI и IXTPA_BACSU, KAD_ECOLI и KAD_BACSU, RELA_ECOLI и RELA_BACSU.

3. Произведено выравнивание последовательностей каждой пары программой needle при параметрах по умолчанию, результаты которого представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики глобального парного выравнивания трех пар белков.

Protein Name	ID1	ID2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
dITP/XTP pyrophosphatase	IXTPA_ECOLI	IXTPA_BACSU	432,5	45,6%	59,3%	13	5
Adenylate kinase	KAD_ECOLI	KAD_BACSU	527,5	46,4%	65,8%	13	3
GTP pyrophosphokinase	RELA_ECOLI	RELA_BACSU	1389,0	36,9%	60,1%	50	17

3. Локальное парное выравнивание гомологичных белков.

Те же пары белков (IXTPA_ECOLI и IXTPA_BACSU, KAD_ECOLI и KAD_BACSU, RELA_ECOLI и RELA_BACSU) были выровнены программой water при параметрах по умолчанию. Результаты выравнивания представлены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики локального парного выравнивания трех пар белков.

Protein Name	ID1	ID2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels	Coverage1	Coverage2
dITP/XTP pyrophosphatase	IXTPA_ECOLI	IXTPA_BACSU	433,5	47,6%	61,8%	3	2	96,4%	95,5%
Adenylate kinase	KAD_ECOLI	KAD_BACSU	527,5	47,2%	67,0%	9	2	100%	98,2%
GTP pyrophosphokinase	RELA_ECOLI	RELA_BACSU	1397,5	38,6%	62,3%	45	14	93,1%	92,6%

4. Комментарии к выравниваниям

Из представленных результатов глобального парного выравнивания и локального парного выравнивания трех пар белков видно, что процент идентичности и сходства выше, чем 20-25%, и покрытие приближается к 100%. Это позволяет сделать вывод о том, что белки всех трех пар гомологичны по всей длине внутри своих пар.

Результаты глобального и локального выравниваний практически сопоставимы. При глобальном парном выравнивании количество гэпов и инделей больше, чем при локальном парном выравнивании во всех трех случаях. Это говорит о том, что какие-то пары букв, сопоставленных в локальном выравнивании оказались не сопоставлены в глобальном. Возможно, это произошло потому, что при глобальном выравнивании белки выравнивались по всей длине и , чтобы сопоставить концы данных последовательностей, которые имеют низкое сходство друг к другу, были использованы дополнительные гэпы. При локальном парном выравнивании программа не брала концы последовательностей с низким сходством, поэтому количество гэпов уменьшилось, а процент идентичности стал выше.

5. Результаты применения программ выравнивания к неродственным белкам.

Для выполнения этого задания была выбрана случайная пара белков с разными мнемониками функций: RL20_ECOLI и THIS_BACSU. Произведено выравнивание последовательностей программой needle при параметрах по умолчанию, результаты которого представлены в таблице 3 и программой water при параметрах по умолчанию, результаты которого представлены в таблице 4.

Таблица 3. Характеристики глобального парного выравнивания неродственных белков.

Protein Name1	ID1	Protein Name2	ID2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
Large ribosomal subunit protein bL20	RL20_ECOLI	Sulfur carrier protein ThiS	THIS_BACSU	17,0	6,8%	15,1%	108	5

Таблица 4. Характеристики локального парного выравнивания неродственных белков.

Protein Name1	ID1	Protein Name2	ID2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels	Coverage1	Coverage2
Large ribosomal subunit protein bL20	RL20_ECOLI	Sulfur carrier protein ThiS	THIS_BACSU	23,0	40,0%	80,0%	0	0	8,5%	15,2%

Белки не являются гомологичными, поскольку при глобальном парном выравнивании этих белков процент идентичности оказался равным 6,8% , что значительно меньше порогового значения 20-25%. При локальном парном выравнивании эта цифра составляет 40%. Однако такой высокий процент достигается тем, что были выбраны очень маленькие сходные участки последовательностей, что подтверждается процентом перекрытия 8,5% и 15,2% для RL20_ECOLI и THIS_BACSU соответственно. Также в глобальном парном выравнивании наблюдается большое количество гэпов (108 шт.) при достаточно малой длине последовательности.

6. Множественное выравнивание белков и импорт в Jalview.

а) Для одной из мнемоник функций (IXTPA_) в Swiss-Prot было найдено 256 белков, чьи идентификаторы начинаются с этой мнемоники.

Полное имя белка IXTPA_ECOLI: dITP/XTP pyrophosphatase.

Для множественного выравнивания были выбраны следующие белки: IXTPA_ARCFU, IXTPA_METJA, IXTPA_VEREI, IXTPA_LEPCP, IXTPA_PICTO, IXTPA_ECOLI, IXTPA_BACSU.

б) Множественное выравнивание проводилось на kodomo при помощи программы выравнивания muscle. Для этого был создан списочный файл ixtpa.txt с выбранными белками, который затем был переведен в fasta формат. После этого, используя команду, приведенную ниже, было произведено выравнивание.

 muscle -align ixtpa.fasta -output ixtpa_alignment.fasta

в) Результат выравнивания представлен в файле с проектом Jalview.

г) Белки выровнялись достаточно хорошо, однако в начале выравнивания и в его середине присутствует много гэпов. Все 7 белков являются гомологичными, так как имеют много сходных участков в последовательностях, несмотря на гэпы. У данного выравнивания имеются более консервативные и менее консервативные участки. Наиболее ярко выраженные консервативные участки: 73-90, 132-140, 157-169, 173-180, 187-206.