Практикум 9. Выравнивание последовательностей
2. Глобальное парное выравнивание (needle)
Списки Swiss-Prot ID получены для E. coli K12 (4 531 запись) и B. subtilis 168 (4 191 запись). Общие мнемоники (кроме начинающихся на Y) найдены через cut | sort | comm. Выбраны три пары: 6PGD, ACKA, ACYP.
Последовательности извлечены из Swiss-Prot через USA-адреса (sw:ID) при запуске needle и water с параметрами по умолчанию (-auto). Индели посчитаны скриптом indels.py.
Таблица 1. Характеристики глобального парного выравнивания (needle)
| Белок | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6-phosphogluconate dehydrogenase | 6PGD_ECOLI | 6PGD_BACSU | 1718.0 | 70.0 | 83.4 | 3 | 3 |
| Acetate kinase | ACKA_ECOLI | ACKA_BACSU | 821.0 | 43.0 | 63.6 | 23 | 11 |
| Acylphosphatase | ACYP_ECOLI | ACYP_BACSU | 141.5 | 32.4 | 45.4 | 33 | 3 |
3. Локальное парное выравнивание (water)
Таблица 2. Характеристики локального парного выравнивания (water)
| Белок | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels | Coverage 1 | Coverage 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6PGD | 6PGD_ECOLI | 6PGD_BACSU | 1719.0 | 70.1 | 83.6 | 3 | 3 | 99.8 | 99.8 |
| ACKA | ACKA_ECOLI | ACKA_BACSU | 823.5 | 43.3 | 64.2 | 21 | 10 | 98.3 | 98.3 |
| ACYP | ACYP_ECOLI | ACYP_BACSU | 150.0 | 42.9 | 59.7 | 5 | 1 | 71.3 | 71.3 |
4. Комментарии к выравниваниям
6PGD — 6-фосфоглюконатдегидрогеназа
Белки гомологичны по всей длине: в needle Identity = 70.0, Similarity = 83.4, Gaps = 3, Indels = 3; в water Identity = 70.1, Similarity = 83.6, Gaps = 3, Indels = 3, Coverage 1 = 99.8, Coverage 2 = 99.8. Score глобального выравнивания 1718.0, локального — 1719.0. Разница в один балл связана с тем, что water отбросил концевую несовпадающую позицию. Локальное выравнивание здесь не даёт новой информации.
ACKA — ацетаткиназа
Умеренная гомология: в needle Identity = 43.0, Similarity = 63.6, Gaps = 23, Indels = 11; в water Identity = 43.3, Similarity = 64.2, Gaps = 21, Indels = 10, Coverage 1 = 98.3, Coverage 2 = 98.3. Score needle 821.0, water 823.5. Белки гомологичны почти по всей длине, но есть расхождения в некоторых участках. Локальное выравнивание немного улучшает показатели за счёт отбрасывания концов, но принципиальной разницы нет.
ACYP — ацилфосфатаза
Самый короткий белок (~100 а.о.). В needle: Identity = 32.4, Similarity = 45.4, Gaps = 33, Indels = 3; Score 141.5. В water: Identity = 42.9, Similarity = 59.7, Gaps = 5, Indels = 1, Coverage 1 = 71.3, Coverage 2 = 71.3; Score 150.0. Белки не гомологичны по всей длине, но water выделяет консервативный участок. Это пример, когда локальное выравнивание информативнее глобального.
5. Неродственные белки
Пара с разными мнемониками: 6PGD_ECOLI и ACKA_BACSU.
| Метод | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels | Coverage 1 | Coverage 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| needle (глобальное) | 43.5 | 16.3 | 28.0 | 50 | 33 | 100 | 100 |
| water (локальное) | 58.5 | 18.6 | 31.0 | 41 | 15 | 61.1 | 64.3 |
Ожидаемо низкие показатели. Даже water не находит осмысленного сходства (18.6 идентичности при 40.7 гэпов). Это подтверждает, что программы выравнивания могут быть неточными в некоторых случаях.
6. Множественное выравнивание 6PGD
Для выполнения задания была выбрана мнемоника 6PGD (6-phosphogluconate dehydrogenase, decarboxylating). Поиск по Swiss-Prot дал 53 записи. Из них были выбраны 5 белков, помимо 6PGD_ECOLI и 6PGD_BACSU: 6PGD_MOUSE, 6PGD_SCHPO, 6PGD_HAEIN, 6PGD_STAAC, 6PGD_RAOTE.
Как делалось выравнивание:
- Создан файл
6PGD_list.txtсо строкамиsw:6pgd_ecoli,sw:6pgd_bacsu,sw:6pgd_mouse,sw:6pgd_schpo,sw:6pgd_haein,sw:6pgd_staac,sw:6pgd_raote. - Получен FASTA-файл:
seqret @6PGD_list.txt 6PGD_7.fasta. - Выполнено выравнивание программой
muscle. - Файл импортирован в Jalview, применена раскраска по проценту идентичности, проект сохранён.
Проект Jalview: 6PGD_alignment.jvp
Комментарии к выравниванию:
- Все семь последовательностей выровнялись качественно: гэпы сгруппированы преимущественно на концах, центральная часть без крупных сдвигов.
- Все белки гомологичны и принадлежат к семейству 6-фосфоглюконатдегидрогеназ.
- В выравнивании выделяются консервативные блоки, в которых большинство последовательностей имеют высокий процент идентичности, и менее консервативные участки с гэпами и вставками.
- Выравнивание качественное и пригодно для анализа. Описание основано только на данных выравнивания; для выводов о функции отдельных участков нужен отдельный анализ пространственной структуры.