Bai giang tin sinh hoc 4

Mục tiêu của bài học Nắm được những nguyên tắc so sánh các trình tự sinh học  Sử dụng chương trình BLAST giúp chúng ta nhanh chóng tìm ra những trình tự sinh học tương đồng nếu có tron

n to

SO SÁNH CÁC TRÌNH TỰ SINH

HỌC BẰNG BLAST VÀ CLUTALX

Mục tiêu của bài học

 Nắm được những nguyên tắc so sánh các trình tự sinh học

 Sử dụng chương trình BLAST giúp chúng ta nhanh chóng tìm ra những trình tự sinh học tương đồng (nếu có trong các CSDL lớn như NCBI, EMBL, DDPJ…) với trình tự yêu cầu

Bắt cặp trình tự

 Sắp xếp thẳng hàng trình tự là phương pháp sắp xếp hai hoặc nhiều trình tự nhằm đạt được sự giống nhau tối đa.

 Các trình tự này có thể được xen bằng các

khoảng trống (thường được diễn tả bằng các gạch nối ngang) tại các vị trí có thể để làm sao tạo thành các cột giống nhau (identical) hoặc tương

tự nhau (similar).

tcctctgcctctgccatcat -caaccccaaagt

|||| ||| ||||| ||||| ||||||||||||

tcctgtgcatctgcaatcatgggcaaccccaaagt

 Phương pháp này thường được dùng để nghiên cứu sự tiến hóa của các trình tự từ một tổ tiên chung, đặc biệt là các trình tự sinh học như trình

tự protein hoặc trình tự DNA

 Các bắt cặp không đúng trong trình tự tương ứng với các đột biến và các khoảng trống tương ứng với phần thêm vào hoặc xóa đi

 Thuật ngữ "sắp xếp thẳng hàng trình tự" cũng chỉ quá trình tạo ra sự sắp xếp này hay tìm ra các

Sắp gióng cột đôi một (Pairwise alignment)

 Sắp gióng cột đôi một là phương pháp phục vụ cho việc tìm kiếm một trình tự sắp gióng cột toàn

bộ hay (cục bộ) mà trùng khớp nhất của các chuỗi

protein ( amino acid ) hay DNA ( nucleic acid ).

 Thông thường, mục đích của nó là tìm ra (mối quan hệ) đồng đẳng của một gene hay một sản phẩm-gen trong một cơ sở dữ liệu các thông tin mẫu đã có sẵn Thông tin này là hữu ích để trả lời một loạt các câu hỏi sinh học khác nhau

chuỗi amino-acid mà ta đã biết không?

 Chuỗi DNA mà ta vừa sắp xếp có nguồn gốc từ đâu?

 Có gen nào khác dùng để mã hóa các protein có cấu trúc hay dáng dấp gần với cái mà ta vừa xác định không?

 BLAST là một giải thuật để so sánh các chuỗi sinh học, như các chuỗi của các protein hay của các chuỗi DNA khác nhau.

 Chúng ta dùng blast khi câu hỏi đặt ra “liệu có trình tự nào trong ngân hàng dữ liệu giống hoặc gần giống với trình tự của bạn không”?.

Nguyên tắc trong blast

Thuật toán của BLAST có 2 phần, một phần tìm kiếm và một phần đánh giá thống kê dựa trên kết quả tìm được.

Thuật toán blast

 Thuật toán của BLAST có 2 phần, một phần tìm kiếm và một phần đánh giá thống kê dựa trên kết quả tìm được.

 Trong phần đánh giá thống kê, BLAST dựa trên cơ

sở đánh giá của một cặp trình tự để tính ra một giá

trị gọi là [Bit-Score] Giá trị càng cao chứng tỏ khả

năng tương tự của các bắt cặp càng cao

 Ngoài ra BLAST tính toán một giá trị trông đợi

E-Score (Expect-Score) phụ thuộc vào Bit-Score

Giá trị xác xuất trong blast

Các bước tìm kiếm trong blast

Minimum Score (S) Neighborhood Score Threshold (T)

Bước 1: BLAST tìm kiếm các chuỗi con ngắn với chiều dài cố định W có tính tương tự cao

Những chuỗi con nào có số điểm lớn hơn một

giá trị ngưỡng T (threshold value) thì được

gọi là tìm thấy và được BLAST gọi là Hits

Bước 2: BLAST tiếp tục tìm kiếp những cặp Hits tiếp theo dựa trên cơ sở những Hit đã tìm được trong bước 1

Mở rộng so sánh các trình tự

 Bước 3: Cuối cùng BLAST mở rộng những cặp Hits đã tìm được theo cả hai chiều và đồng thời đánh số điểm

 Quá trình mở rộng kết thúc khi điểm của các cặp Hits không thể mở rộng thêm nữa.

KENFDKARFSGTWYAMAKKDPEG 50 RBP (query)

MKGLDIQKVAGTWYSLAMAASD 44 lactoglobulin (hit)

Hit!

Những chuỗi con nucleotide trong blast

Những chuỗi con này được đánh giá cho điểm dựa trên ma trận thay thế ( Substitutionsmatrix ) BLOSUM hoặc PAM

Protein words

Các biến thể của blast

Blastn

 Megablast

So sánh trình tự Nhập vào với trình tự cơ sở dữ liệu

Megablast

Protein-protein BLAST

Chương trình này, khi đưa vào một protein truy

vấn, sẽ trả về các chuỗi protein gần giống nhất từ

cơ sở dữ liệu protein mà người dùng chỉ định

 Blastp

 PSI-blast

 PHI-blast

Kết quả

PSI-Blast PHI-Blast

PSI blast Iteration 1

Chứa đựng những vùng protein-PSI blast

Kết quả

Kết quả

Blastx

Kết quả

Blastx dịch mã protein từ trình tự DNA nhập vào

Phần mềm Clutalx

 Clustalx là một phần mềm (giao diện window) dùng cho việc so sánh sự tương đồng của hai hay nhiều trình tự sinh học.

 Clustalx mô tả kết quả bằng hệ thống màu sắc và các ký hiệu nổi bậc những nét đặc trưng trong những đoạn tương đồng.

 ClustaX ngày càng trở nên hữu ích cho các nhà nghiên cứu trong việc tìm kiếm những vùng bảo tồn trên những trình tự DNA hoặc protein

Nguyên tắc Clustalx

 Thu nhận và lựa chọn tập trình tự (protein hay

DNA, RNA)

 Nhập các trình tự sinh học vào Clustalx

 Phân tích kết quả sắp giống cột

Ví dụ: Để phát hiện đột biến thì ta phải tìm trình tự

gen của chủng hoang dại và các trình tự của gen của các chủng được cho là đột biến

Nếu muốn tìm vùng bảo tồn thì ta phải thu thập các trình tự gen cùng một họ protease A, gen độc tố LT

Sắp giống cột bằng Clustalx

Phân tích sự giống nhau giữa các trình tự

Tin sinh học trả lời mối quan hệ họ hàng