Программы выравнивания

Выравнивание последовательностей со схожей функцией (возможных гомологов)

Построил глобальное выравнивание последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и Q8D0Y8.fasta с помощью программы needle. Результат сохранил в файле 1to2.needle

Построил локальное выравнивание последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и Q8D0Y8.fasta с помощью программы water. Результат сохранил в файле 1to2.water

Параметры программы были заданы по умолчанию. Результаты по needle: процент сходства (идентичность) = 48.5%, вес = 1067.5, число гэпов = 23. Программа water для выранивания выбрала участок 3-419 из GABT_ECOLI и 10-433 из Q8D0Y8 ; вес выравнивания = 1071.5, процент сходства = 66.3 , количество гэпов - 13. Различные числа для выравниваний с помощью программ water и needle объясняются принципиальным различием алгоритмов Смита-Ватермана (water) и Нидельмана-Вунша (needle): во втором случае выравниваются полные последовательности, то есть если даже в матрице появляется отрицательный вес, выравнивание идет, а в первом - когда вес становится равным нулю, выравнивание прекращается .

Выравнивание последовательностей, содержащих общие участки

Построено глобальное выравнивание последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и thirdprot.fasta с помощью программы needle. Результат сохранен в файле 1to3.needle

Построено локальное выравнивание последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и thirdprot.fasta с помощью программы water. Результат сохранен в файле 1to3.water

Построено локальное выравнивание последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и thirdprot.fasta с помощью программы matcher с выводом трех наилучших вариантов. Результат сохранен в файле 1to3.matcher

РЕЗУЛЬТАТЫ:

При глобальном выранивании число совпадений равено 13, т. к. длина последовательности (thirdprot.fasta) = 13 а. о. При этом число гэпов = 403, и вес выравнивания = 55, идентичность в процентах = 3.1%. При локальном выравнивании вес = 59, идентичность - 12/12 (100%). Хотя веса почти равные, идентичность сильно различается, так как программа water, использующая алгоритм Смита-Ватермана, выравнивает наиболее совпадающие участки .

Matcher:

1. Выравнивание 12 совпавших а. о. из thirdprot.fasta и участка из GABT_ECOLI: вес выравнивания = 59; идентичность = 100%.

2. Выравнивание совпавших фрагмента из 11-ти а. о. и еще 2 а. о.: вес выравнивания = 56; идентичность = 65%.

3. Выравнивание случайно совпавших 6-ти а. о.: вес выравнивания = 25; идентичность = 50%.

Программа matcher строит три лучших выравнивания, в отличие от двух предыдущих программ, которые строят лишь одно выравнивание, – безусловно, это преимущество, поскольку в некоторых случаях это очень важно. К примеру, в данной ситуации, второе выравнивание matcher'а соответствует выравниванию needle'а. Именно второе, то есть видно что до идеально совпадающего куска needle просто не добрался.

Параметры программ построения выравниваний

Построено глобальные выравнивания последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и thirdprot.fasta с помощью программы needle при разных значениях параметра штрафа за открытие гэпа. Значение штрафа за продолжение гэпа установлено равным 1.

Штраф за открытие гэпа	Штраф за продолжение гэпа	Файл результатов
10	1	1to3_10_1.needle
5	1	1to3_5_1.needle
1	1	1to3_1_1.needle

При штрафе за открытие гэпа, равном 10, количество гэпов - 403, в двух других 405. Очевидно, что из-за более высокого штрафа за открытие гэпа в первом выравнивании не был открыт гэп, который мог бы повысить вес при более низком штрафе. Поскольку параметры всех выравниваний отличаются друг от друга только штрафом за открытие гэпа, веса различны: при 10 вес - 55, при 5 вес - 60, и при одинаковом низком штрафе за открытие и продолжение гэпа вес - 73. То есть можно заключить, что в определенном интервале размеров последовательностей и штрафов, зависимость между последними и весом обратно пропорциональная. Это дает возможность считать, что при определенном понижении штрафа за гэп можно добиться появления в выравнивании хорошо выравненных обоих фрагментов third-последовательности .

Карта локального сходства

Программа dotmatcher представляет результаты выравнивания в более наглядной форме в виде графика, где по осям отложены аминокислотные последовательности. Далее области, где наблюдаются совпадения, представлены в виде линий. Это делает программу незаменимой, когда присутствует необходимость взглянуть на картину "в целом". Программа обладает двумя параметрами, которые можно менять: windowsize (размер окна) и threshold (порог на суммарный вес).

Построена карта локального сходства последовательностей из GABT_ECOLI.fasta и thirdprot.fasta с помощью программы dotmatcher(параметры по умолчанию), результат в файле dotmatcher.ps. На этом графике видны 2 линии.

Карты локального сходства, полученные при разном(случайном) наборе параметров(сделаны для того, чтобы увидеть общую картину):
файл dotmatcher1.ps (размер окна = 10, порог на суммарный вес = 20) . Появляется еще одна короткая линия.

файл dotmatcher2.ps (размер окна = 30, порог на суммарный вес = 15) . Похоже на лес.

файл dotmatcher3.ps (размер окна = 1000, порог на суммарный вес = 400). Обратная ситуация - нет ни одной линии.

файл dotmatcher4.ps (размер окна = 3, порог на суммарный вес = 7) . Большое количество мелких линий.

Из проделанных опытов следует вывод, что порог определяет минимальный вес, который должен иметь участок выравнивания, чтобы отобразиться на карте, а параметр windowsize как оказывается, регулирует длину выравниваемого участка: при увеличении размера окна увеличиваются и длины линий, при уменьшении этого параметра наблюдается обратное.

©Спартак Ненчук