Занятие 6: Программы парного выравнивания

Подсчёт веса выравнивания

Задание предполагает использование выравнивая, полученного на предыдущем занятии, и матрицы сходства BLOSUM62.
Штраф за открытие пробела - 12.
Штраф за удлинение пробела - 2.

seq1

seq2

Вес

-12

-3

-12

-2

Рассчитаем вес построенного нами выравнивания:
-12 + 4 + 4 + 0 + 4 + 6 + 5 + 7 + (-3) + 7 + (-12) + 0 + 7 + 9 + 6 + 4 + 9 + 5 + 5 + 4 + (-12) + (-2) = 45.

Построение выравнивания с помощью программы stretcher

stretcher является одной из программ пакета EMBOSS, выдающих парное выравнивание. Для выпонения задания запишем команду

stretcher seq1.fasta seq2.fasta stretcheralignment.stretcher -auto

Использованные файлы с последовательностями: seq1.fasta, seq2.fasta.
Полученный файл: stretcheralignment.stretcher.

Выравнивание, построенное программой stretcher :

10 20 seq1 -AVAADTPGPVSPCGACRQVIS :: :::: : :::::::: seq2 IAVVADTPVP-DPCGACRQV-- 10

Сравнивание полученное выравнивание с построенным ранее, делаем вывод, что выравнивания совпадают.

Из информации, указанной в файле узнаём, что вес выравнивания равен 45. Как мы видим, посчитанный ранее вес выравнивания совпал с весом выравнивания, выданным программой.

Построение выравниваний с помощью программ needle и water

Программа needle пакета EMBOSS выдаёт оптимальное полное выравнивание.

Для построения полного выравнивания последовательностей белка CDD_BACSU (AC P19079) и родственного ему белка CDD_BACPY (AC Q9S3M0) с параметрами по умолчанию выполним следующую команду:

needle sw:p19079 sw:q9s3m0 needlealignment.needle -auto

В результате получим файл needlealignment.needle.

Полученное программой needle полное выравнивание:


CDD_BACSU          1 MNRQELITEALKARDMAYAPYSKFQVGAALLTKDGKVYRGCNIENAAYSM     50
                     |:.::||.|:.|||:.||.|||||.||||||.:||.:|.||||||:||||
CDD_BACPY          1 MDVEKLIAESKKAREQAYVPYSKFPVGAALLAEDGTIYHGCNIENSAYSM     50

CDD_BACSU         51 CNCAERTALFKAVSEGDTEFQMLAVAADTPGPVSPCGACRQVISELCTKD    100
                     .|||||||.|||||:|...|:.|||.|||.|||||||||||||:|.|...
CDD_BACPY         51 TNCAERTAFFKAVSDGVRSFKALAVVADTEGPVSPCGACRQVIAEFCNGS    100

CDD_BACSU        101 VIVVLTNLQGQIKEMTVEELLPGAFSSEDLHDERKL    136
                     :.|.||||:|.|:|.||.:|||||||.|||....:.
CDD_BACPY        101 MPVYLTNLKGDIEETTVAKLLPGAFSKEDLSYAAEQ    136

Для построения частичного выравнивания нам понадобится использовать программу water пакета EMBOSS. Выполним команду:

water sw:p19079 sw:q9s3m0 wateralignment.water -auto

В результате получим файл wateralignment.water.

Полученное программой water частичное выравнивание:


CDD_BACSU          1 MNRQELITEALKARDMAYAPYSKFQVGAALLTKDGKVYRGCNIENAAYSM     50
                     |:.::||.|:.|||:.||.|||||.||||||.:||.:|.||||||:||||
CDD_BACPY          1 MDVEKLIAESKKAREQAYVPYSKFPVGAALLAEDGTIYHGCNIENSAYSM     50

CDD_BACSU         51 CNCAERTALFKAVSEGDTEFQMLAVAADTPGPVSPCGACRQVISELCTKD    100
                     .|||||||.|||||:|...|:.|||.|||.|||||||||||||:|.|...
CDD_BACPY         51 TNCAERTAFFKAVSDGVRSFKALAVVADTEGPVSPCGACRQVIAEFCNGS    100

CDD_BACSU        101 VIVVLTNLQGQIKEMTVEELLPGAFSSEDL    130
                     :.|.||||:|.|:|.||.:|||||||.|||
CDD_BACPY        101 MPVYLTNLKGDIEETTVAKLLPGAFSKEDL    130

Подведём итоги:

В частичное выравнивание вошёл участок последовательности от 1 до 130 «буквы» включительно.
Локальное выравнивание совпадает с "ограничением" глобального на этот участок.
Больший вес имеет локальное выравнивание (456.0 против 449.0 у глобального). Вообще, вес оптимального глобального выравнивания не может быть больше веса оптимального локального выравнивания из-за наличия в первом «невыгодных» с точки зрения наибольшего веса выравнивания участков.

Построение карты локального сходства с помощью программы dotmatcher

Программа dotmatcher пакета EMBOSS - программа с графическим выводом. Для построения карты воспользуемся последовательностями, использованными на предыдущем занятии. Выполним следующую команду:

dotmatcher seq1.fasta seq2.fasta

Ответив ps на вопрос программы о типе графика, мы получаем сообщение об успешном выполнении нашего запроса:

Created dotmatcher.ps

Полученный файл можно открыть программой GhostView:

Файл dotmatcher.ps, открытый в программе GhostView

Построение субоптимальных локальных выравниваний с помощью программы matcher

C помощью программы matcher пакета EMBOSS можно получить несколько частичных выравниваний с наибольшим весом.

Выполним следующую команду (используем параметр -alternatives для указания количества альтернативных выравниваний, т.е. в файл будут сохранены дополнительные совпадения):

matcher seq1.fasta seq2.fasta matcheralignment2.matcher -alternatives 3

В результате получаем файл matcheralignment2.matcher. (Можно также сравнить его с файлом matcheralignment.matcher, полученным при всех параметрах по умолчанию: в последнем приведено только одно выравнивание с наибольшим весом, тогда как в matcheralignment2.matcher представлены 3 локальных выравнивания, как мы и указали в запросе.)

Полученные программой matcher локальные выравнивания:

10 seq1 AVAADTPGPVSPCGACRQV :: :::: : :::::::: seq2 AVVADTPVP-DPCGACRQV 10

Для первого выравнивания вес равен 69.

10 seq1 PGPVSPC : : : seq2 PDPCGAC 10

Для второго вес равен 20.

10 seq1 VAADTPGPV .: :: seq2 IAVVADTPV 9

Для третьего вес равен 12.

Как мы видим, полученные нами субоптимальные локальные выравнивания (второе и тертье выравнивания выше) действительно намного менее оптимальны, по сравнению с оптимальным локальным выравниванием (первое выравнивание).

Карта локального сходства последовательностей белков CDD_BACSU и CDD_BACPY

Аналогично приведённому выше заданию, воспользуемся программой dotmatcher пакета EMBOSS. Используем последовательности белка CDD_BACSU (AC P19079) и родственного ему белка CDD_BACPY (AC Q9S3M0). Выполним следующую команду:

dotmatcher sw:p19079 sw:q9s3m0

В результате получим файл, который можно открыть программой GhostView:

Файл, открытый в программе GhostView

Построение субоптимальных локальных выравниваний последовательностей белков CDD_BACSU и CDD_BACPY

C помощью программы matcher пакета EMBOSS получим несколько частичных выравниваний с наибольшим весом.

Выполним следующую команду:

matcher sw:p19079 sw:q9s3m0 matcheralignment-cdd_bacsu-cdd_bacpy.matcher -alternatives 3

В результате получаем файл matcheralignment-cdd_bacsu-cdd_bacpy.matcher.

Полученные программой matcher локальные выравнивания:

10 20 30 40 50 CDD_BA MNRQELITEALKARDMAYAPYSKFQVGAALLTKDGKVYRGCNIENAAYSM :. ..:: :. :::. :: ::::: :::::: .:: .: ::::::.:::: CDD_BA MDVEKLIAESKKAREQAYVPYSKFPVGAALLAEDGTIYHGCNIENSAYSM 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CDD_BA CNCAERTALFKAVSEGDTEFQMLAVAADTPGPVSPCGACRQVISELCTKD ::::::: :::::.: :. ::: ::: :::::::::::::.: : CDD_BA TNCAERTAFFKAVSDGVRSFKALAVVADTEGPVSPCGACRQVIAEFCNGS 60 70 80 90 100 110 120 130 CDD_BA VIVVLTNLQGQIKEMTVEELLPGAFSSEDL . : ::::.: :.: :: .::::::: ::: CDD_BA MPVYLTNLKGDIEETTVAKLLPGAFSKEDL 110 120 130

Для первого выравнивания вес равен 456.

10 CDD_BA ELITEALKARDMAYA .:. : :..:: CDD_BA KLLPGAFSKEDLSYA 120 130

Для второго вес равен 27.

120 CDD_BA MTVEELL : ::.:. CDD_BA MDVEKLI 7

Для третьего вес равен 20.

Как и в предыдущем случае, делаем вывод, что, полученные нами субоптимальные локальные выравнивания (второе и тертье выравнивания выше) действительно намного менее оптимальны, по сравнению с оптимальным локальным выравниванием (первое выравнивание).

Поиск веса оптимального выравнивая последовательностей

Задание выполнено с использованием Excel. В качестве матрицы весов замен была использована матрица BLOSUM62. В файле представлена карта сходства двух последовательностей, а также карта оптимальных весов для последовательностей из файла handout.

Загрузить файл handout_optimal_weight.xlsx с результатами.

Пользуясь этой картой, мы можем определить вес оптимального выравнивания данных последовательностей: он равен 14.

Ссылки

< На страницу семестра ∧ Наверх

Учебный сайт

Бредихина Данилы