وITS2 قاعدة البيانات

يُعد الجين الريبوزومي للمباعد النسخي الداخلي الثاني أو I TS two أحد أهم العلامات في التصنيف الجزيئي. وقد ركزت الأبحاث في العشرين سنة الماضية بشكل أساسي على استغلال تسلسلات I TS two لإعادة البناء الفيلوجيني. ومع ذلك، بدأ استخدام البنية الثانوية لـ I TS two بشكل متزايد في مجال الاستدلال الفيلوجيني لعدة أسباب.

يعزز تحليل البنية الثانوية من إمكانية تطبيق هذا المؤشر تصنيفيًا، بينما يُعد تسلسل I TS two، المتطور بسرعة وبالتالي المتغير للغاية، مناسبًا بشكل أساسي للتحليل التطوري على مستوى النوع أو أدنى من ذلك. وتسمح إضافة المعلومات البنائية بإجراء التحليل عند رتب تصنيفية أعلى في آن واحد، وذلك بسبب البنية الثانوية المحفوظة بشدة لـ I ts two والتي تتكون من أربعة عناصر مميزة (ess). وبناءً على ذلك، يمكن للنتائج المستخلصة من تحليل البنية الثانوية أن تحسن الدقة التطورية التي يتم الحصول عليها من التسلسل الأولي.

أهلاً بكم زملائي الأعزاء، اسمي ماتياس وولف. أعمل في I ts two proof منذ نحو ثماني سنوات، وأعمل هنا في قسم المعلوماتية الحيوية في المركز الحيوي بجامعة فورتسبورغ في ألمانيا.

نود اليوم أن نقدم لكم مقطعاً مرئياً قصيراً حول كيفية استخدام قاعدة بيانات ITS2. مرحباً، أنا y Chu. والهدف من هذا المقطع هو توضيح أن قاعدة بيانات ITS2 ليست مجرد قاعدة بيانات للتخزين فحسب، بل إننا نوفر أيضاً العديد من الأدوات التي تتيح لكم تحسين تحليلاتكم للتطور السلالي.

في هذا المقطع المرئي، نرغب في أن نبين لكم كيفية العمل بهذه الأدوات وكيفية ربط جميع هذه الأدوات معاً. صحيح؛ إذ يمكن أن يكون تحديد تسلسل ITS2 أمراً حاسماً للتنبؤ بالبنية. وبناءً على ذلك، تم تنفيذ واجهة قائمة على الويب للتوصيف بناءً على نموذج ماركوف الخفي.

لتحقيق تعليق توضيحي صحيح لتسلسلات I Ts two الخاصة بك، يمكنك لصقها في محرر التسلسلات الموجود في أعلى الموقع الإلكتروني. ويظهر ذلك من خلال تحميل تسلسلات الأمثلة الخاصة بالخطط. ويقوم محرر التسلسلات نفسه بالتحقق مما إذا كانت تسلسلات I Ts two صالحة أم لا، ويقوم بإخراج رسائل الخطأ.

على سبيل المثال، عند استخدام أحرف غير PAC، وبعد اختيار نموذج ماركوف الخفي (HMM) الصحيح، يمكنك بدء العملية بالنقر على annotate؛ حيث يتم إزالة كل من 5.8 s و 28 SRNA التي استطاع البرنامج تحديدها، مما يترك تسلسلات I ts two المحددة بدقة والتي كانت تقع بينهما. ونتيجة لذلك، تظهر تسلسلات I TS two المحددة بالإضافة إلى الهجين المتوقع من 5.8 s و 28 S-R-R-N-A. ولتأكيد دقة تعليقات HMM بعد تعليق تسلسلات I ts two التي تم الاحتفاظ بها حديثاً، يمكن تحديد البنى الثانوية بطريقتين.

يمكن إجراء التنبؤ الأول عن طريق نمذجة التماثل باستخدام المجموعة الكاملة من التسلسلات والبنى الموجودة في قاعدة البيانات كقوالب. للتنبؤ ببنية التسلسلين الموضحين لديك، انقر فوق "predict structure". إذا كان بإمكان التسلسلين الانطواء مباشرة إلى بنيتهما الثانوية النموذجية، فستظهر النتيجة فوراً.

يمكنك الآن الاختيار من بين عدة خيارات لمزيد من المعالجة لبنية التسلسل الخاصة بك، بما في ذلك إضافتها إلى تجمع البيانات الخاص بك. إذا كنت هنا، فإن تسلسلين لا يمكنهما الانطواء بشكل مباشر، لذا يتم إجراء بحث blast مقابل قاعدة البيانات. تعرض الصفحة الناتجة أفضل نتائج blast، بما في ذلك نمذجة التماثل لكل بلاستيك كقالب.

عند النقر على علامة الزائد، تظهر التفاصيل، حيث يمكنك اختيار أزواج البنية والتسلسل التي تفضلها وإضافتها إلى مجمع البيانات، إما عن طريق السحب والإفلات أو باستخدام قائمة السياق عبر النقر بزر الماوس الأيمن. وهناك نهج ثانٍ يتمثل في إدخال تسلسل واحد أو عدة تسلسلات يدويًا، بما في ذلك بنياتها الثانوية كقوالب لنقل البنيات الثانوية الأكثر ملاءمة إلى تسلسلات الاستعلام الخاصة بك. ويتم توضيح ذلك من خلال تحميل ملف المثال الخاص بالقوالب المتعددة.

من خلال النقر على Predict best templates، تقوم بإجراء النمذجة بالتجانس باستخدام الإعدادات الافتراضية. سيقوم برنامج النمذجة بالتجانس بحساب جميع الهياكل مقابل بعضها البعض وعرض أفضل تركيبات القوالب للاستعلام. وفي الجدول الناتج، يمكنك رؤية القوالب التي تمكنت بنجاح من استخدام بنيتها الثانوية لنمذجة تسلسل استعلام واحد أو عدة تسلسلات.

مرة أخرى، يمكن فتح تفاصيل النتائج بالنقر على علامة الزائد نظرًا لأن نهج نمذجة التماثل الكامل مستقل عن I TS two. ويمكن استخدامه للتنبؤ بالبنية الثانوية لأي RNA بشرط توفر جزيء متماثل ذو بنية معروفة. كما يمكن إضافة أزواج التسلسل والبنية الناتجة إلى مجموعة البيانات عن طريق السحب والإفلات أو من خلال القائمة السياقية التي تفتح بالنقر بزر الفأرة الأيمن.

بالإضافة إلى البنية العامة، وُصفت أنماط محفوظة في ITS2 مثل تتابع A-U-G-G-U الذي يسبق قمة الحلزون الثالث، ووجود عدم تطابق (mismatch) على شكل هرم في الحلزون الثاني. ويحيط بعدم التطابق UU هذا نمطان، أحدهما إلى يسار الحلزون الثاني والآخر إلى اليمين بين الحلزونين الثاني والثالث مع وجود نيوكليوتيد A ثلاثي إضافي. وبعد تحويل أنماط التتابع هذه إلى نماذج HMMs، نقدم الآن طريقة لتحديد هذه الأنماط في التتابعات محل الاهتمام.

للبحث عن هذه الزخارف (motives)، أدخل تسلسل الاستعلام الخاص بك في حقل البحث واختر النموذج الصحيح. مرة أخرى، يتم توضيح ذلك من خلال تحميل الملف النموذجي للمخططات. لبدء الحسابات، انقر فوق "البحث عن الزخارف" (motive search).

تم تعليق وتحديد موتيفات ITS two في تسلسلات الاستعلام الخاصة بك. وتُعد وظيفة البحث إحدى الطرق الممكنة لاسترجاع زوجي بنية تسلسل ITS two من قاعدة بيانات ITS two، حيث تتيح للمستخدم البحث عن بنيات التسلسل إما عن طريق اسم التصنيف أو عن طريق معرف GenBank.

للبحث عن بنية تسلسل باستخدام معرف GenBank، اكتب رقم GI في حقل البحث وانقر على بحث. ستظهر قائمة بالنتائج في علامة تبويب جديدة. يمكنك عرض تفاصيل بنية التسلسل من خلال النقر على عرض التفاصيل.

بالإضافة إلى ذلك، يمكنك عرض تسلسلات S directs لجميع النتائج ضمن التبويب عن طريق النقر على "عرض هيكل التسلسل" عبر السحب والإفلات، أو من خلال القائمة السياقية بالنقر بزر الماوس الأيمن؛ حيث يمكن إضافة هياكل التسلسلات المختارة إلى مجمع البيانات. وإلى جانب البحث عن أزواج هيكل التسلسل بواسطة gi، يمكنك كتابة اسم التصنيف (taxon) في حقل البحث، والذي يدعمه مربع بحث حي يظهر تلقائياً. وبعد ظهور التبويب الجديد الذي يسرد جميع النتائج، يمكنك الوصول إلى نفس الوظائف السابقة.

على سبيل المثال، إضافة خيارات التحديد إلى مجموعة البيانات عبر السحب والإفلات. أما الإمكانية الثانية لاسترجاع أزواج التسلسل والبنية من قاعدة البيانات فهي وظيفة التصفح، حيث يتم فرز النصوص هنا.

وفقاً لقاعدة بيانات التصنيف الخاصة بـ NCBI، يمكن الوصول إلى البيانات من خلال بنية شجرية موجودة على الجانب الأيسر من الموقع الإلكتروني. ومن خلال النقر على علامة الزائد، يمكنك إظهار النص في المستوى الأدنى مباشرة.

عند النقر على اسم التصنيف، تفتح علامة تبويب جديدة تحتوي على كل بنية تسلسلية وزوج من ذلك التصنيف. وبالإضافة إلى البحث عن التسلسلات والبنى باستخدام معرفات بنك CEM أو معلومات الأنواع، توفر قاعدة بيانات I Ts two أيضاً بحثاً قائماً على blast. ومع ذلك، فإن إجراءات blast القياسية غالباً ما تكون غير قادرة على تحديد الأنواع ذات الصلة البعيدة.

توجد سلسلتان بسبب التباعد التسلسلي العالي. وللتغلب على هذه العقبة، قمنا بتنفيذ بحث blast يعتمد على التسلسل والبنية، يتضمن معلومات حول البنية شديدة الحفظ للبحث عن التماثل. يتم ذلك عن طريق ترجمة بنية التسلسل إلى تسلسل بروتيني كاذب مكون من 12 حرفاً.

وبذلك، أصبح أخذ عينات الأنواع الذي يبدأ بأي تسلسل مثير للاهتمام ويغطي نطاقات تصنيفية واسعة بسيطاً مثل إجراء بحث blast. ولإجراء بحث blast، يمكنك كتابة تسلسلات الاستعلام الخاصة بك في محرر التسلسلات.

إذا كان تسلسل الاستعلام الخاص بك عبارة عن تسلسل نيوكليوتيد بسيط بدون بنية، فإن خوارزمية blast n الشائعة تُستخدم للتسلسلات التي تشمل بنيتها الثانوية. تستخدم واجهة الويب خوارزمية I Ts two blast. ابدأ العملية بالنقر على blast.

بعد بضع لحظات، ستظهر نتائج بحث blast في علامة تبويب جديدة. سترى هنا علامة تبويب لكل تسلسل استعلام. وبالنقر على "إظهار المحاذات" (show alignments)، يمكنك التمرير عبر محاذات blast. وكما حدث سابقاً، يمكنك اختيار أزواج التسلسل والبنية التي تفضلها وإضافتها إلى مجمع البيانات.

خلال عملك على قاعدة بيانات ITS two، قد يمتلئ تجمع البيانات الخاص بك بالعديد من بنيات التسلسل. يمكنك الوصول إلى تجمع البيانات الخاص بك في أي وقت وعرض محتوياته. الخطوة التالية من تحليلك هي محاذاة بنيات التسلسلات المتعددة.

انقر على analyze dataset، ثم sequence and structure لإجراء محاذاة التسلسل والبنية. سيُطلب منك الآن اختيار وضع العرض الرسومي للمحاذاة. وبالنسبة لمجموعة كبيرة من التسلسلات، يوصى باختيار النسخة slim.

نظراً لأن مجموعة البيانات الخاصة بنا تحتوي على عدد قليل من هياكل التسلسل، فقد اخترنا الوضع الرسومي الكامل. بعد اكتمال الحساب، يتم إضافة المحاذاة إلى مجموعة البيانات الخاصة بك. ومن خلال تظليل أحد جانبي زوج القواعد، يتم تلقائياً تظليل الطرف المقابل له.

أخيرًا، يمكن حفظ المحاذاة بالنقر على حفظ المحاذاة. وبمجرد رضاك عن جودة محاذاة بنية التسلسل، يمكنك حساب شجرة تطورية بطريقة ربط الجيران من خلال النقر على تحليل مجموعة البيانات، ثم ربط الجيران. تظهر الشجرة الناتجة في علامة تبويب جديدة.

يمكنك تغيير مقياس الشجرة بحرية باستخدام شريط التمرير، وإعادة توجيه الشجرة بالنقر على عقدة أو ورقة اختيارية من الشجرة ثم اختيار إعادة التوجيه عند هذه العقدة. إذا كنت ترغب في إزالة تصنيف من مجموعة بياناتك، فانقر على الورقة واختر "إزالة هذه العقدة من المجموعة".

يمكنك الآن إعادة حساب المحاذاة والشجرة مع تقليل عينات الأصناف بالنقر على safe tree. كما يمكنك حفظ شجرتك التطورية بتنسيق NU. انقر على about this website ثم tools للعثور على معلومات إضافية حول الأدوات المستقلة المتاحة للبيع و pro s.

إلى جانب محاذاة Neighbor joining التي توفرها واجهة ويب قاعدة بيانات I Ts two، يمكنك الآن الوصول إلى عدة وظائف جديدة، على سبيل المثال، تحديد الأنواع بناءً على التغييرات التعويضية. في الدقائق القليلة الماضية، أردنا أن نعرض لكم بعض الحيل حول كيفية تحسين تحليلك للتطور السلالي. لقد أوضحنا لكم كيفية جمع البيانات من قاعدة بيانات I Ts two، ومحاذاتها باستخدام four cell، وأخيراً حساب الأشجار باستخدام Pro S. وفي جميع هذه الخطوات، لم نكتفِ بالنظر في التسلسل فحسب، بل في التسلسل والبنية معاً. بالتأكيد.

نأمل أن تكونوا قد استمتعتم بفيلمنا القصير وعملية بناء الشجرة المكثفة. تصبحون على خير.