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直系同源預(yù)測(cè)方法 | Public Library of Bioinformatics

直系同源的基因通常具有相似的生物學(xué)功能,所以我們?cè)谶M(jìn)行一個(gè)未知序列的功能的鑒定的時(shí)候,其實(shí)質(zhì)在找功能已知的同源基因。功能基因組的研究過程中,對(duì)于兩個(gè)或者多個(gè)物種的同源基因進(jìn)行鑒定,是功能基因鑒定、比較基因組、功能基因分類、pathway預(yù)測(cè)等待的基礎(chǔ)。

基因相似性、一致性與同源性

  • 同源性是序列同源或者不同源的一種論斷,而一致性和相似性是一種描述序列相關(guān)性的量;
  • 如果兩條序列有一個(gè)共同的進(jìn)化祖先,那么他們就是同源的,不存在同源性的程度問題,要么同源,要么不同源;
  • 同源蛋白總是在三維結(jié)構(gòu)上有顯著的相似性;
  • 兩條蛋白即使沒有統(tǒng)計(jì)上顯著的一致性,其也可能是同源的;
  • 兩條蛋白質(zhì)是否同源的最強(qiáng)的證據(jù)來自于結(jié)構(gòu)研究和進(jìn)化分析;
  • 一致性(identity)表示了兩個(gè)序列相同的程度;
  • 兩條序列的相似性百分比(percent similarity)是相等于相似匹配之和;
  • 一般的一致性比相似性更有用些,因?yàn)橄嗨菩缘暮饬恳蕾囉谌绾味x兩個(gè)氨基酸殘基是如何相似的;
  • 雙序列的比對(duì)是排列兩條序列以達(dá)到最大程度相同的過程,其目的是衡量兩個(gè)分子的相似性和同源的可能性;

確定兩個(gè)蛋白是否同源的問題檢查單

  • 期望值是否顯著?
  • 兩個(gè)蛋白質(zhì)是否有近似的大?。?/li>
  • 是否具有共同的模體或信號(hào)序列?
  • 多序列比對(duì)的融合性?
  • 是否具有相似的分子特性?
  • 是否具有相似的三維結(jié)構(gòu)?
  • 雙向blast比對(duì)結(jié)構(gòu)是否一致?
  • 是否具有相似的生物學(xué)功能?

直系同源與旁系同源

  • 同源的蛋白質(zhì)可以分為直系同源與旁系同源,當(dāng)同源是基因復(fù)制的結(jié)果,兩份拷貝在一個(gè)物種的歷史上是平行演化的,這樣的基因被稱為旁系同源基因。當(dāng)同源是物種形成的結(jié)果,基因的歷史反映了物種的歷史,被稱為直系同源;
  • 直系同源是不同物種內(nèi)的同源序列,他們是來自于物種形成時(shí)的共同祖先基因;
  • 通常認(rèn)為直系同源的序列具有相似的生物學(xué)功能;

直系同源與旁系同源的區(qū)分

判斷直系同源還是旁系同源主要依據(jù)最大似然法構(gòu)建的基因系統(tǒng)發(fā)育樹。 系統(tǒng)發(fā)育樹可以顯示出基因家族演化的歷史,比如基因從一個(gè)共同的祖先中分化的。基因樹同物種樹進(jìn)行比對(duì),是否有內(nèi)部的節(jié)點(diǎn),將是區(qū)別復(fù)制事件與物種分化事件的依據(jù)。如果只是簡單的只有唯一的直系同源基因,這樣的驗(yàn)證非常容易區(qū)別。但是大多數(shù)情況都是一對(duì)多或者多對(duì)多的關(guān)系。比如斑馬魚與哺乳動(dòng)物的同源基因比較中這種情況非常多,在果蠅與哺乳動(dòng)物或者蠕蟲與哺乳動(dòng)物的同源基因預(yù)測(cè)中,這中情況更為明顯。

鑒定直系同源基因的方法,分為7步:

    1. 從Ensemble下載要比對(duì)物種的所有基因的蛋白質(zhì)序列,如果一個(gè)基因有多個(gè)轉(zhuǎn)錄本,只取最長的;
    2. 使用WUBlastp+SmithWaterman,每個(gè)基因同所有的基因進(jìn)行比對(duì),也就是將所有物種的基因當(dāng)做一個(gè)庫,用這個(gè)庫和其本身進(jìn)行比對(duì);
    3. 基于BRH與BSR的值,為這些基因建立關(guān)系圖;
    4. 將有關(guān)聯(lián)的分為一組,相當(dāng)于一個(gè)基因家族;
    5. 對(duì)于每一組,將蛋白質(zhì)序列用MUSCLE進(jìn)行多重比對(duì);
    6. 對(duì)比好的每一組,使用多重比對(duì)結(jié)果中蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)的CDS序列,使用NJTREE構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹;
    7. 針對(duì)每個(gè)基因樹,推斷每兩個(gè)基因是直系同源還是旁系同源:

Orthologues : 兩個(gè)基因之間的根節(jié)點(diǎn)是一個(gè)物種形成事件,直系同源的幾種情況

  • ortholog_one2one 一對(duì)一
  • ortholog_one2many 一對(duì)多
  • ortholog_many2many 多對(duì)多
  • apparent_ortholog_one2one (is a special case, see below) 明顯的一對(duì)一

Paralogues : 祖先節(jié)點(diǎn)是一個(gè)復(fù)制事件,旁系同源的集中情況:

  • within_species_paralog 物種內(nèi)的
  • between_species_paralog 物種間的

簡單的基因同源性的門檻(基于Blastp比對(duì)的)

  • identity >30%;
  • e-value <1e-10;
  • score>200
  • overlap >60%

同源基因數(shù)據(jù)庫

原文來自:博耘生物(http://boyun.sh.cn/bio/?p=1849)

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