на главную
назад

Элементарные эволюционные события

Задание 1
Оценка давления отбора на ген белка Rho_ecoli (работа с веб-сервером PAL2NAL)

Для начала работы были получены аминокислотная последовательность белка Rho_ecoli и последовательность его гена.

Поиск ортологов.

На сервере http://www.ncbi.nlm.nih.gov с помощью программы blastp пакета BLAST был произведен поиск ортолога Rho_ecoli.
Важно заметить, что в протеоме холерного вибриона подходящего белка найти не удалось (ID ,было либо около 95%, либо около 25%). Подходящая находка оказалась в протеоме синегнойной палочки, Pseudomonas aeruginosa PAO1 с ID=81%.
Выравнивание можно увидеть здесь .
Аминокислотная последовательность белка Rho_pseae ,
последовательность его гена.

Построение выравниваний.

Следующим этапом было построение выравниваний с помощью программы needle.

Сравнение:
  • Identities, что не удивительно, у них отличаются, так как одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
  • Нуклеотидное выравнивание не соответствует белковому, так как в первом присутствуют гэпы в большом количестве, нам же требуется "безгэпное", "цельное" выравнивание, так как иначе получается постоянный сдвиг рамки, что недопустимо при подсчете количества замен в кодонах и вычисления Ka/Ks.
  • Для того чтоб получить такое выравнивание изменим параметры needle, а именно gapopen 25, gapextend 5.

    Получено новое выравнивание.

  • По нему мы уже сможем кое-что сказать насчет произошедших в ходе эволюции элементарных событий, допустим подсчитать количество синонимичных и несинонимичных замен, транзиций, трансверсий...
  • Интересно заметить, что длины последовательностей обоих белков равны.

PAL2NAL.

PAL2NAL - программа преобразующая множественное белковое выравнивание в выравнивание кодонов, используя также нуклеотидные последовательности заданных белков. Кроме того она способна высчитать коэффициент Ка/Ks, то есть оценить давление отбора на эволюцию белков.
Расчитаем давление отбора для фактора инициации транскрипции, используя последовательности из организмов Pseudomonas aeruginosa PAO1 и Escherichia coli. Подав на вход белковое выравнивание и последовательности нуклеотидов, можно получить два типа полезных нам выходных файлов:

Причем для подсчета надо было установить следующие параметры: "Remove gaps, inframe stop kodons - Yes" и "Calculate Ka and Ks - Yes"

Итак, Ka/Ks=0.0019, причем по непонятным причинам, запустив PAL2NAL несколько раз результат изменялся на 0.0001 (т.е. был равен в некоторых случаях 0.002). Это значение указывает на действие стабилизирующего отбора на ген Rho. Данный белок участвует в терминации транскрипции, процессом довольно консервативным , по крайней мере для такого крупного таксона, как бактерии, поэтому в пределе этого таксона белок в процессе эволюции изменился не очень сильно. Организмам, видимо, было вполне "комфортно" с таким белком, какой он есть. Это можно еще раз увидеть, если с помощью пакета Blast исследовать Rho_ecoli на наличие гомологов. Мы увидим, что находок с ID>90% у разных организмов будет много.

Задание 3(дополнительное)
Оценка давления отбора на гены белков обонятельных рецепторов (olfactory receptors)

Чтобы проверить предположение о том, что гены белков обонятельных рецепторов человека находятся под влиянием положительного отбора, совершим следующие действия:

  • Выберем один из белков обонятельных рецепторов человека ;
  • Найдем с помощью программы blastp пакета Blast его ортолога с ID около 60-80% из близкого человеку организма, например из Pan troglodytes(шимпанзе) , который с человеком имеет общего предка, и эволюционировал параллельно.
  • Построим выравнивания, и запустим программу PAL2NAL для подсчета Ka/Ks, как показателя типа действующего отбора.

Поиск белка.

Поиск отолога.
Запустив на вход аминокислотную последовательность белка программе blastp (область поиска - PRIMATES), получили множество гомологичных и схожих последовательностей. В итоге выбран подходящий ортолог из Pan troglodytes с Identities 77%.

PAL2NAL
Выравнив белковые последовательности с помощью clustalw, запустим PAL2NAL. Выдача:

Как видно из выдачи Ka/Ks=0.2837, что говорит о стабилизирующем действии отбора на данный ген.
Данный результат нельзя рассматривать, как полное опровержение предположения о действии на гены белков обонятельных рецепторов положительного отбора, т.к. проверен только один ген. Но один довод не в пользу предположения есть. Интересно заметить, что Ka/Ks для данных генов намного больше, чем аналогичный показатель для гена белка RHO, что говорит о том, что изменчивость белка обонятельных рецепторов выше, чем белка, участвующего в терминации транскрипции. Это и понятно, ведь изменение гена первого идет непосредственно под большим давлением изменяющейся окружающей среды - важнейшего эволюционного фактора.
©Ивин Юрий