L. A. Kadirova, A. A. No’monjonov bioinformatika o‘zbekiston Respublikasi vazirligi tomonidan ta’lim yo‘nalishi bo‘yicha darslik sifatida tavsiya etilgan

Laboratoriya №3: Juftlikni tekislash.
Maqsad: kompyuter dasturlari yordamida juftlarni tekislashni amalga oshirish.
Uskunalar: kompyuter sinfi, Internetga ulanish.
Nazariy material (ish tartibi).
Laboratoriya №2 BLAST xizmatidan foydalangan holda ma'lumotlar bazalarini qidirishga bag'ishlangan bo'lib, u ketma-ketliklarni juftlik bilan taqqoslashni amalga oshiradi va tekislash ballini, E qiymatini va moslashtirishning o'zini qaytaradi. BLAST juda tez dubl ishlab chiqarishi mumkin. Masalan, GenBank + EMBL + DDBJ + PDB ketma-ketlik ma'lumotlar bazalarida ( EST , STS , GSSsiz ), ya'ni 3,7 milliondan ortiq ketma-ketliklar (~) ichida J 02799 dan 1568 nukleotid yoki 416 aminokislota hududi yordamida shunga o'xshash ketma-ketliklarni qidirish (~ 16,5 milliard nukleotid yoki aminokislotalar) maqbul vaqt ichida ishlab chiqariladi. BLAST buni, albatta, global tekislashni amalga oshirmasdan, lekin ma'lum evristik algoritmlar yordamida amalga oshiradi. Shu bilan birga, shuni tushunish kerakki, boshqa yondashuvlar ba'zan samaraliroq bo'lishi mumkin, masalan, aniq (evristik bo'lmagan) usullar, global tekislash yondashuvlari, global va mahalliy tekislash va hatto tarqalish chizmalari ikkita ketma-ketlikni vizual ravishda solishtirishning samarali usullaridir.
EMBOSS paketi yordamida ketma-ketliklarni solishtiramiz :
a ) global moslashuvlar (ma'ruzalarga qarang);
b ) mahalliy tekislashlar;
v ) tarqalish sxemasi bilan ishlash - tekislash vizualizatsiyasi.
Ushbu laboratoriyani yakunlash uchun sizga mahalliy kompyuteringizda o'rnatilgan EMBOSS paketi kerak bo'ladi. Paket hujjatlari Internetda mavjud.
Ish uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar: gemoglobin oqsili ketma-ketligi http :// uz . Vikipediya . org / wiki / Gemoglobin ( uning zanjiri , http://srs6.ebi.ac.uk/srs6bin/cgi-bin/wgetz?-e+ manzilida mavjud [ swissprot - id : HBB _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _INSON ]). 1. igna - global tekislashni amalga oshiradigan dastur http :// uz . Vikipediya . org / wiki / ketma-ketlikhizalama # GlobalNeedleman - Wunsch algoritmiga muvofiq tekislash http :// uz . Vikipediya . org / wiki / NeedlemanWunsch algoritm .
a ) Siz moslashtirishni amalga oshirish va uning natijalarini baholash, shuningdek, tekislash ko'rsatkichlari, ketma-ketlik identifikatori va o'xshashlik ballari va kiritilgan bo'shliqlar soni bilan jadval yaratish uchun parametrlar bilan ignadan foydalanishingiz mumkin:

• 
  inson ketma-ketligi (standart);
  
• 
  gorilla;
  
• 
  quyon;
  
• 
  cho'chqa.
  

b ) Keling, odamlar, gorillalar, quyonlar va cho'chqalar uchun global moslashuv hisob-kitoblari asosida filogenetik daraxt qurishga harakat qilaylik (1-rasmda ko'rsatilgandek). Daraxtni qurish uchun biz 4x4 jadvalni yaratishimiz kerak (1-jadval) va uni tekislash ballari bilan to'ldirishimiz kerak (ular mohiyatan ketma-ketliklar orasidagi evolyutsion masofaning ko'rsatkichlari).


10.1-jadval.

	Odam	Gorilla	Quyon	Cho'chqa
Odam	x	x	x	x
Gorilla		x	x	x
Quyon			x	x
Cho'chqa				x

ketma-ketlik qiymatlaridan foydalanishga harakat qilishingiz mumkin o'xshashlik (oqsillar uchun) taklif qilingan jadvalni yana to'ldirish orqali. Xuddi shu daraxt ketma-ketlikni ishlatganda qurilgan bo'ladimi kimligi ?

2. 
   -laboratoriyada o'rganilgan ko'nikmalardan foydalanib, insonning aminokislotalar va nukleotidlar ketma-ketligini yuklab oling izotsitrat dehidrogenaza . Igna yordamida ushbu ketma-ketliklarni allaqachon mavjud izotsitrat bilan solishtiring E. dan dehidrogenaza _ coli ( J02799 ). Nosilka dasturi yordamida 2-bosqichni takrorlang ( Mayers - Miller algoritmi klassik algoritmga qaraganda tezroq, ammo aniqroq). Quyidagi farqlarga e'tibor bering:
   

a ) ball , ketma- ketlik qiymatlari o'ziga xoslik , ketma- ketlik o'xshashlik , kiritilgan bo'shliqlar soni, boshqa farqlar;
b ) ish vaqti (etarlicha katta farq bormi)?

2. 
   Tarqalish sxemasi, ehtimol, ketma-ketliklarni taqqoslashning eng qadimgi usulidir (2-rasm). Bunday grafik ikki ketma-ketlikda o'xshash yoki bir xil bo'limlarning vizual tasviridir. Ushbu vakillikda oynaning uzunligi, shuningdek, ikkita ketma-ketlikning uzunligi (lekin har doim ham emas) o'rnatilishi mumkin. Bitta ketma-ketlikning belgisi (yoki ketma-ket belgilar qatori - oyna) boshqa ketma-ketlikdagi belgiga o'xshash/o'xshash (biologik ma'noda) bo'lsa, nuqta yoki qisqa diagonal mos keladigan holatda grafikda chiziladi.
   

10.2-rasm. Ikki ketma-ketlikning o'ziga xosligini baholash uchun tarqalish sxemasi
Shunday qilib, agar ikkita ketma-ketlik uzunligi bo'ylab o'xshash/bir xil hududlarga ega bo'lsa, grafikning bir burchagidan qarama-qarshi burchagiga o'tadigan diagonal chiziqlar ushbu hududlarni ko'rsatadi. Bu asosiy diagonal (nol mintaqadan 224 ta ketma-ketlikning oxirigacha), ehtimol tanaffuslar yoki grafikning turli joylarida alohida chiziqlar bo'lishi mumkin. Grafik bo'ylab tarqalgan qisqa chiziqlarning jismoniy va biologik ma'nosini tushuntirishga harakat qiling .
Dotmatcher dasturi ikkita ketma-ketlikni tekislashning tarqalish grafigini ko'rsatadi . So'z uzunligini o'zgartirishga imkon beradi - ketma-ket mos keladigan belgilarning minimal soni.
Dotter dasturi - oldingisiga qaraganda interaktivroq. Dastur va hujjatlar: http://bioinformatist.org/index.php/Dotter va
http://210.86.230.110/bioinfo/material/20070822seq/Dotter%20binaries/Dotter %20info.pdf. Nuqtalarni chizish dasturlari ikkita ketma-ketlikda konservativ va o'zgaruvchan hududlarni tezda topishga imkon beradi.
Vizual taqqoslash uchun scatter plotterlardan birini ishlating:
a ) inson va E. coli izotsitrat dehidrogenaza ;
b ) Ikki xil organizmdan gemoglobin ;
c ) u bilan har qanday ketma-ketlik;
d ) uning teskari nusxasi bilan ketma-ketlik. Sizga revseq dasturi kerak bo'ladi (2-laboratoriyaga qarang);
e ) matn muharririda ikki xil ketma-ketlikni birlashtiring boshqa tartibda (yo'lda savol: nukleotid va aminokislotalar ketma-ketligini bog'lash mumkinmi? Masalan, ulang
gemoglobin (H) va izotsitrat dehidrogenaza (I) ketma -ketligi HI va IH tartibida. Olingan sintetik ketma-ketliklarni (biologiyada kimeralar deb ataladi) global va mahalliy moslashtirish usulidan foydalangan holda solishtiring (tegishli dasturlarda);
e ) buni amalga oshirishga harakat qiling:

• 
  nukleotidlar ketma-ketligi;
  
• 
  aminokislotalar ketma-ketligi.
  

g ) tekislashlarning farqi nimada?
h ) Tershold parametrini o'zgartirib ko'ring . Mos keladigan hududlarni yaxshiroq tasvirlash mumkinmi?

5. 
   Suv va moslashtiruvchi dastur mahalliy hizalanishni hisoblaydi ( http://en.wikipedia.org/wiki/Sequence alignment#Local alignment) - qidiruv
   

o'xshash/bir xil mintaqalar (mahalliy hududlar) butun uzunligi bo'ylab ikkita (juft bo'lib tekislashda) ketma-ketlikda. Mahalliy moslashtirish usullari ma'lumotlar bazasini qidirish va boshqa vazifalar uchun juda foydali, masalan, oqsillar - domenlardagi kichik bir xil yoki o'xshash hududlarni qidirish.
Bugun ishlagan ketma-ketliklarning bir qismini tekislash uchun ushbu dasturlardan foydalaning. Sifatli mahalliy moslashuvni topa oldingizmi?
№3 laboratoriya uchun ilovalar