Глобальное парное выравнивание гомологичных белков

Были созданы два списка с ID аннотированных записей из UniProt, чей ID оканчивается на "_ECOLI" и "_BACSU" соотвественно. Далее с помощью программы (скрипт доступен по ссылке) на языке Python были найдены ID с одинаковой мнемоникой функции в обоих списках. Среди найденных белков были выбраны три и их последовательности были выровнены для обоих организмов. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики глобального парного выравнивания трёх пар белков
Protein name	ID 1	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
Ribulokinase	ARAB_ECOLI	ARAB_BACSU	769.0	30.6	48.7	56	12
Pantothenate synthetase	PANC_ECOLI	PANC_BACSU	544.5	39.9	59.4	7	2
Nitrate/nitrite transporter NarK	NARK_ECOLI	NARK_BACSU	385.0	23.4	39.9	124	18

Локальное парное выравнивание гомологичных белков

Результаты 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
Ribulokinase	ARAB_ECOLI	ARAB_BACSU	776.0	31.9	50.2	44	9	97.2	95.4
Pantothenate synthetase	PANC_ECOLI	PANC_BACSU	545.5	40.9	60.0	2	1	98.6	96.9
Nitrate/nitrite transporter NarK	NARK_ECOLI	NARK_BACSU	387.5	25.8	43.5	81	14	90.3	93.4

Результат применения программ выравнивания к неродственным белкам

Таблица 3. Характеристики глобального парного выравнивания пары неродственных белков
Protein name 1	Protein name 2	ID 1	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels
Uronate dehydrogenase	Pantothenate synthetase	URODH_AGRFC	PANC_ECOLI	20.0	16.9	23.4	186	19

Таблица 4. Характеристики локального парного выравнивания пары неродственных белков
Protein name 1	Protein name 2	ID 1	ID 2	Score	% Identity	% Similarity	Gaps	Indels	% Coverage 1	% Coverage 2
Uronate dehydrogenase	Pantothenate synthetase	URODH_AGRFC	PANC_ECOLI	46.5	31.7	36.6	35	4	21.5	25.4

Для обоих выравниваний (глобального и локального) отмечаются относительно низкие веса, не превышающие 50 единиц. В сравнении с весами выравниваний истинно гомологичных последовательностей это ничтожно мало (например, для белков ARAB_ECOLI и ARAB_BACSU вес равен 769 единицам). Также характерные меньшие проценты схожести и тем более индентичности.
Для локального выравнивания отмечаются высокие проценты схожести и идентичности. Данное явление легко объяснить очень малым процентом покрытия.

Множественное выравнивание белков. Импорт в Jalview

Использовалась мнемоника 'ARAB' ('Ribulokinase'). Были найдены 76 белков с такой мнемоникой, из которых выбраны следующие пять (не считая 'ARAB_BACSU' и 'ARAB_ECOLI'):

ARAB_STRAT

ARAB_STAAR

ARAB_SALAR

ARAB_SALPA

ARAB_SALTI

Выравнивание выполнялось путем обработки программой muscle fasta-файла с семью последовательностями. Далее выравнивание для редактирования было импортировано в программу Jalview (проект доступен по ссылке).
Все нижеописанные данные количественно приведены в таблице 5.
Для всех семи выравниваний можно выделить консервативные участки, которые практически не менялись в ходе эволюции. Белки ARAB_ECOLI, ARAB_SALAR, ARAB_SALPA, ARAB_SALTI имеют между больше сходных участков между собой, чем с другими белками. Это не означает, что оставшиеся три белка - ARAB_BACSU, ARAB_STAAR и ARAB_STRAT схожи между собой. Напротив, они отличаются в значительной степени (сходство ограничено совпадением наиболее консервативных участков). Интересно, что в последовательности белка ARAB_STRAT вообще преобладают индели (их намного больше, чем собственно аминокислотных остатков).

Таблица 5. Характеристика множественного выравнивания
Консервативные участки (столбцы, в которых >= 6 остатков одинаковые)	1, 5-6, 8, 10, 13, 15, 24, 31, 34, 41, 51, 61-62, 64, 67, 87-89, 91, 93, 95-96, 101, 105, 108, 118, 124-126, 128, 130, 134, 152, 154, 158-161, 165, 185, 188-189, 194
Столбцы схожести ARAB_ECOLI, ARAB_SALAR, ARAB_SALPA, ARAB_SALTI	1-24, 26-36, 37-43, 48-71, 73-103, 105-142, 144-197
Столбцы инделей ARAB_STRAT	6-26, 37-40, 44-79, 122-133, 140-170, 177-180