Главная » 2014 » Июнь » 19 » Скачать Исследование локальных сходств геномов эукариот. Огурцов, Алексей Юрьевич бесплатно
04:42
Скачать Исследование локальных сходств геномов эукариот. Огурцов, Алексей Юрьевич бесплатно
Исследование локальных сходств геномов эукариот
Диссертация
Автор: Огурцов, Алексей Юрьевич
Название: Исследование локальных сходств геномов эукариот
Справка: Огурцов, Алексей Юрьевич. Исследование локальных сходств геномов эукариот : диссертация кандидата физико-математических наук : 03.00.02 Пущино, 2003 91 c. : 61 04-1/166-0
Объем: 91 стр.
Информация: Пущино, 2003
Содержание:
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
11 Сравнительный анализ геномов (сравнительная геномика)
12 Информационные ресурсы геномных баз данных
13 Функциональные элементы генома
14 Основные вопросы, решаемые сравнительной геномикой
15 Задача поиска гомологии
16 Простейшие алгоритмы поиска гомологии
161 Точечные матрицы гомологии
162 Поиск общего слова
163 Метод /-граммного разложения
164 Позиционные деревья
17 Задача выравнивания
171 Метод динамического программирования
172 Локальное выравнивание
18 Методы построения выравниваний, используемые в современном программном обеспечении
19 Оценка статистической значимости локальных сходств
ГЛАВА 2, Иерархический подход к построению цепочек локальных сходств
21 Неформальный обзор подхода к разрешению конфликтов
22, Обозначения
221 Локальные сходства
222 Цепочка локальных сходств
223 Качество локального сходства
224 Достоверность индивидуального сходства и цепочки сходств
225 Сравнение множеств сходств
226 Основная цепочка
23 Алгоритмы
231 Алгоритм Fractal
232 Краткий обзор алгоритмов Chain и Cham_Basic
24 Примеры
25 Заключение
ГЛАВА 3 Анализ сходства пар ортологичных межгенных интервалов в геномах Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae
31 Критерии отбора межгенных интервалов
32 Построение выборки филогенетических следов
33 Результаты
331 Селективное ограничение
332 Распределение филогенетических следов
34 Обсуждение
ГЛАВА 4 Селективное ограничение в межгенных интервалах геномов мыши и человека
41 Материалы и методы
42 Результаты
431 Сходство и селективное ограничение
432 Распределение филогенетических следов
43 Обсуждение
Введение:
После того, как в 1978г. появились методы быстрого определения последовательностей ДНК, объем известных последовательностей растет экспоненциально. В 1982г. была создана единая база данных, куда поступают все опубликованные последовательности. В 1994г., когда общая длина известных последовательностей составляла уже десятки миллионов нуклеотидов, впервые были расшифрованы два полных генома клеточных организмов - бактерий Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium. На сегодняшний день, наряду с геномами десятков бактерий, расшифрованы геномы нескольких многоклеточных эукариот, например, нематоды Caenorhabditis elegans, цветковьлх растений резуховидки (Arabidopsis thaliana) и риса (Oryza sativa L.), дрозофилы (Drosophila melanogaster), комара (Anopheles gampial), рыбы фугу (Takifiigu rubripes), человека (Homo sapiens) и мыши (Mus musculus). Общая длина храняпщхся в базе данных "GenBank" последовательностей превышает 100 миллиардов нуклеотидов.Аннотация большей части геномных последовательностей, публикуемых в базе данных GenBank, содержит информацию о генах (их экзон - интронной структуре и нетранслируемых участках), функциональных областях и повторах.Аннотация последовательностей проводится в основном с использованием компьютерных методов сравнения последовательностей и предсказания кодируюыщх областей. Экспрессия генов обеспечивается многочисленными регуляторными элементами, плотность нуклеотидных последовательностей которых в геномах эукариот превышает плотность кодирующих участков.Описание и разграничение функциональных элементов требует как проведения большого количества трудоемких экспериментов, так и разработки алгоритмов предсказания, создания специализированного программного обеспечения, помогающего направить поиск на наиболее вероятные участки генома.Таким образом, компьютерный анализ геномной информации является одним из перспективных направлений, хотя и сопряжен со многими трудностями. Хотя символьная последовательность в четырехбуквенном алфавите является относительно простым объектом (по сравнению, например, с пространственной структурой белка), изучение даже небольшого числа не очень длинных последовательностей далеко не тривиально. Например, одновременное выравнивание 100 последовательностей длиной 1000 каждая требует заполнения 100-мерного куба со стороной 1000, содержащего 10''*'*' ячеек, что, естественно невозможно вычислительно. Несмотря на очень большое количество работ, отсчет которым можно вести с выхода в 1970г. пионерской работы СБ. Нидлемана и СД. Вунша (Needleman S.B. and Wunsch CD., 1970), нерешенных проблем в анализе последовательностей все еще больше, чем решенных.Анализ эукариотических геномов сопряжен с дополнительными проблемами.У прокариот около 90% ДНК кодирует белки. Соответственно, в значительной степени изучение прокариотических геномов сводится к изучению наборов относительно коротких белковых последовательностей. Напротив, большая часть геномов многоклеточных эукариот (от 70% у растений до 98% у млекопитающих) белки не кодируют. Большая часть некодирующих последовательностей, видимо, не несет никакой функции. Однако, значительная ее доля (по оценкам, полученным в этой диссертационной работе - более 10%) функционально значима, и видимо, играет не меньшую роль в жизни организмов, чем белки. При этом изучение важных некодирующих последовательностей затруднено тем, что их функция не описывается простыми правилами, а межвидовое сходство ограничивается коротким консенсусом. Даже просто разграничить важные некодирующие последовательности от неважных - трудная задача.Таким образом, на сегодня мы не можем предсказать а priori, как должны выглядеть функционально значимые участки некодирующей ДЬЖ. В такой ситуации может помочь сравнительный метод: не зная, какие последовательности важны в отдельно взятом геноме, мы все же можем предположить, что важные гомологичные последовательности в геномах близких видов будут похожи друг на друга. По крайней мере, это относится к последовательностям, ответственным за межвидовое сходство.Напротив, те, по-видимому относительно немногочисленные, участки некодирующей ДНК, которые отвечают за межвидовые различия, могут у близких видов различаться даже больше, чем бессмысленные (случайные) последовательности. С этой точки зрения представляется чрезвычайно интересным сравнение геномов человека и шимпанзе, так как средний уровень сходства между этими видами составляет 98%. В самое близкое время, после публикации генома шимпанзе, удастся выяснить, не существуют ли короткие участки ДНК, которые разошлись гораздо больше, чем на 2%, и, тем самым, ответственны за различия между человеком и шимпанзе.Диссертация посвящена двум аспектам сравнения геномов. В главе 1 предложен новый подход к выравниван1по длинных гомологичных последовательностей, в которых уровень сходства резко неравномерен - короткие консервативные участки чередуются с последовательностями, всякое сходство между которыми утрачено. В этой диссертации предлагается простой, эффективный, иерархический алгоритм для построения цепочек гомологичных консервативных последовательностей. Алгоритм реализован в виде интерактивной программы "Оуэн" (названной в честь английского зоолога, предложившего в 1848 году понятие гомология (Owen R., 1848)).Главы 2 и 3 посвящены применению этого алгоритма и программы "Оуэн" к сравнительному анализу геномов. В главе 3 проведен анализ пары человек-мышь, а в главе 2 рассмотрены две относительно близкие нематоды - Caenorhabditis elegans и C.briggsae. В обоих слз'чаях главный вывод состоит в том, что доля функционально важной некодирующей Д1Ж составляет, по меньшей мере, 10%, то есть значительно больше, чем считалось раньше. Для сравнения, белоккодирующие последовательности ДНК составляют до 5% генома человека, интроны -15%, межгенные интервалы - 80%.
