Применение методов сравнительной геномики к анализу геномов прокариот и эукариот

• Автор: Новичков, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 91 с.

1.1. Материалы и методы

1.1.1. Выборка операторных участков

1.1.2. ГЕНОМЫ

1.1.3. Матрица весов нуклеотидов и определение потенциальных операторных

УЧАСТКОВ.

1.1.4. Поиск ортологов.

1.2. Матрица весов нуклеотидов.

1.2.1. СВОЙСТВА МАТРИЦЫ ВЕСОВ НУКЛЕОТИДОВ

1.2.2. ОЦЕНКА УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРЕДСКАЗАНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РОДСТВЕННЫХ ГЕНОМОВ

1.3. Перенос информации об операторных участках из исходной выборки на геномы i i и Vii

1.3.1. Схема переносал

1.3.2. Результаты и обсуждение.
1.4. ПОИСК НОВЫХ ОПЕРАТОРНЫХ УЧАСТКОВ
ГЛАВА 2. МЕТОД ПРЕДСКАЗАНИЯ ЭКЗОНИНТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ГЕНОВ ЭУКАРИОТ СРАВНЕНИЕМ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ.
2.1. Выборки.
2.1.1. ВЫБОРКА аГЛОБИНОВ
2.1.2. ВЫБОРКА ТРИОЗОФОСФАТИЗОМЕРАЗ
2.1.3. Выборка гомологичных пар генов человекмышь.
2.1.4. Выборка гомологичных пар генов человекдрозофила
2.1.5. выборка гомологичных пар генов человеклягушка
2.2. Критерии оценки результатов тестирования
2.3. Блочный вариант алгоритма.
2.3.1. Алгоритм
2.3.1.1. Поиск участков сильных совпадений преэкзонов.
2.3.1.2. Уточнение границ преэкзонов
2.3.1.3. Поиск оптимальной цепочки из преэкзонов
2.3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.
2.3.2.1. Качественный анализ алгоритма.
2.3.2.2. Определение границ применимости алгоритма.
2.4. БЛОЧНЫЙ ВАРИАНТ АЛГОРИТМА СТАРТ С САМОГО ТЯЖЕЛОГО ПРЕЭКЗОНА
2.4.1. АНАЛИЗ НАИБОЛЕЕ СИЛЬНЫХ УЧАСТКОВ СХОДСТВ
2.4.2. МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА.
2.4.3. Результаты и обсуждение.
2.4.3.1. Тестирования на выборках человекмышь, человеклягушка и человекдрозофила
2.4.3.2. Анализ причин перспредсказания при тестировании на выборке человекмышь.
СЛКТОВЫЙ ВАРНАНТ АЛГОРИ
2.5.1. АЛГОРИТМ
2.5.1.1. Типы переходов
2.5.1.2. Рекурентные соотношения для оценки веса наилучшего выравнивания.
2.5.1.3. Реализация алгоритма
2.5.2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
2.5.2.1. Тестирование на выборках человекмышь, человеклягушка и человек дрозофила
2.5.2.2. Время работы алгоритма
2.5.2.3. Сравнение с алгоритмом .
2.6. СРАВНЕНИЕ ПРЕДСКАЗАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ АЛГОРИТМА И СТАНДАРТНОЙ ПРОЦЕДУРЫ X.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРНЫЕ ССЫЛКИ
Введение


Экспериментально обнаружив ту или иную особенность определенного участка ДНК, можно попытаться се формализовать и затем провести анализ сразу всего генома, используя при этом чисто компьютерные подходы. В качестве примера можно привести две работы, появившиеся сразу после публикации первого полного генома i i. В первой работе проводился поиск олигонуклеотида 5, который, как было известно, играл важную роль в процессе трансформации i . В результате полного анализа i i было обнаружено копий этого олигонуклеотида, в то время как ожидаемое количество копий в случайной последовательности длинной 1. Дальнейшее исследование показало, что значительная часть этих сайтов входит в состав инвертированных повторов, расположенных непосредственно после окончания генов. Эти повторы возможно образуют шпильку в матричной РНК, которая сигнализирует о терминации зранскрипции. Во второй работе продемонстрировано, как анализ полных геномов позволяет находить новые гены вирулентности. В данном случае в i i проводился поиск тандемных повторов, состоящих из известных тетрануклеотидов . Прямой поиск этих повторов привел к обнаружению 9 открытых рамок считывания, содержащих от 6 до копий повтора. Одна из рамок считывания оказалась гомологом гена гликозилтрансферазы продукт гена I генома ii, играющего важную роль в такой приспособляемости. Дальнейшие эксперименты показали, что мутирование этого гена приводит к снижению вирулентности i i. С появлением все большего количества полных геномов одним из наиболее перспективных методов анализа становятся методы сравнительной геномики. В таких подходах предполагается наличие в геномах тех или иных общих закономерностей, а затем делаются попытки выявить эти закономерности путем одновременного анализа двух или более геномов. Некоторые крупные проекты, такие как проект по секвенированию генома мыши i i, проект по секвенированию и аннотированию дрозофилы i i, , видят в качестве одной из своих целей анализ генома человека сравнением с геномом мыши или дрозофилы соответственно. В тоже время, важную информацию можно получить не только при анализе сходств между геномами, но и при анализе их отличий. Такой анализ может быть полезен, например, для определения генов, отвечающих за патогенность определенных штаммов бактерий. Именно с этой целыо был секвеннрован патогенный штамм ii i Н7 и затем проведено его сравнение с непатогенным штаммом ii i К аI. В присутствуют полные геномы двух различных штаммов также и для бактерии i . Опубликован ряд работ, в которых авторы успешно применяют методы сравнительной геномики для изучения регуляции в бактериях. Так, в частности, были описаны пуриновый и аргинтновый регулоны, регулоны ароматических аминокислот и , а также регулон, отвечающий за ответ x. Показано, что сравнительный подход может быть эффективно использован для предсказания границ генов в наиболее сложном случае в случае генов эукариот, имеющих экзонинтронную структуру . Данная работа посвящена применению и разработке новых методов сравнительной геномики для анализа нуклеотидных последовательностей геномов прокариот и эукариот. Центральная идея, которая активно использовалась во всей работе, состоит в попытке выявить смысловые участки геномной последовательности сравнением двух или более геномов. Под смысловыми участками в данном случае можно понимать сайты связывания регуляторных белков или экзоны генов эукариот, а под несмысловыми области, лежащие вокруг сайтов связывания или интронные области соответственно. Основным предположением при этом является то, что при сравнении двух геномов соответствующие смысловые участки являются консервативными островками на фоне менее консервативных иесмысловых участков. Чем больше контраст между степенью консервативности смысловых и несмысловых последовательностей, тем больше вероятность корректно определить границы смысловых участков. Работа состоит из двух глав. Первая глава посвящена применению методов сравнительной геномики к анализу СИРрегулона в гаммапротсобактериях. Вторая глава посвящена разработке нового метода предсказания экзонинтронной структуры генов эукариот сравнением нуклеотидных последовательностей различных геномов.