База данных ITS2

Внутренний транскрибируемый спейсер 2 рибосомального гена или ITS2 является одним из наиболее важных маркеров в молекулярной систематике. Исследования последних 20 лет были сосредоточены главным образом на использовании последовательностей ITS2 для филогенетической реконструкции. Однако вторичная структура ITS2 все чаще применяется в области филогенетического анализа по ряду причин.

Анализ вторичной структуры расширяет таксономическую применимость данного маркера, в то время как быстро эволюционирующая и, следовательно, очень вариабельная последовательность ITS2 в основном подходит для филогенетического анализа на уровне видов или ниже. Добавление структурной информации позволяет одновременно проводить анализ на более высоких таксономических рангах благодаря сильно консервативной вторичной структуре ITS2, состоящей из четырех характерных элементов вторичной структуры (ess). Таким образом, результаты анализа вторичной структуры могут повысить филогенетическое разрешение, полученное на основе первичной последовательности.

Приветствую вас, дорогие коллеги, меня зовут Маттиас Вольф. Я работаю в I ts two proof уже около восьми лет. Я сотрудник кафедры биоинформатики биоцентра Вюрцбургского университета в Германии.

Сегодня мы хотели бы представить вам небольшое видео о том, как пользоваться базой данных ITS2. Здравствуйте, я — y Chu. Цель этого видео заключается в том, чтобы показать, что база данных ITS2 на самом деле является не просто хранилищем данных, но и предоставляет множество инструментов, которые позволяют улучшить ваш филогенетический анализ.

В этом видео мы хотим показать вам, как работать с этими инструментами и как объединить их в единую систему. Верно. Разграничение последовательности ITS2 может иметь решающее значение для предсказания структуры. В связи с этим был реализован веб-интерфейс для аннотации на основе скрытой марковской модели.

Для правильной аннотации ваших последовательностей ITS2 вы можете вставить их в редактор последовательностей в верхней части веб-сайта. Это продемонстрировано на примере загрузки последовательностей планов. Редактор последовательностей самостоятельно проверяет валидность ваших последовательностей ITS2 и выводит сообщения об ошибках.

Например, при использовании символов, не относящихся к PAC, после выбора соответствующей HMM можно начать процесс, нажав «annotate». Каждые 5.8 s и 28 SRNA, которые были идентифицированы программой, удаляются, в результате чего остаются правильно аннотированные последовательности I ts two, расположенные между ними. В итоге отображаются разграниченные последовательности I TS two, а также предсказанный гибрид 5.8 s и 28 S-R-R-N-A. Для подтверждения точности аннотаций HMM после аннотирования вновь сохраненных последовательностей I ts two вторичные структуры могут быть определены двумя способами.

Первичное предсказание может быть выполнено с помощью моделирования по гомологии, при котором в качестве шаблонов используется полный набор последовательностей и структур из базы данных. Чтобы предсказать структуру вашей аннотированной последовательности, нажмите «predict structure» (предсказать структуру) для двух последовательностей. Если ваша вторая последовательность может напрямую свернуться в типичную вторичную структуру, результат будет отображен незамедлительно.

Теперь вы можете выбрать один из нескольких вариантов дальнейшей обработки структуры вашей последовательности, включая ее добавление в ваш пул данных. Если вы находитесь здесь, и две последовательности не могут быть свернуты напрямую, выполняется поиск BLAST по базе данных. На resulting странице отображаются лучшие результаты BLAST, включая гомологичное моделирование для каждого пластика в качестве шаблона.

При нажатии на знак плюса отображаются подробности; вы можете выбрать интересующие вас пары «последовательность-структура» и добавить их в пул данных, используя перетаскивание или контекстное меню при щелчке правой кнопкой мыши. Второй способ заключается в ручном вводе одной или нескольких последовательностей, включая их вторичные структуры, в качестве шаблонов для переноса наиболее подходящих вторичных структур на ваши запрашиваемые последовательности. Это продемонстрировано путем загрузки примера файла для нескольких шаблонов.

Нажимая кнопку Predict best templates, вы запускаете гомологичное моделирование с настройками по умолчанию. Программа гомологичного моделирования выполнит расчет всех структур относительно всех и отобразит наилучшие комбинации запроса и шаблона. В итоговой таблице вы сможете увидеть, какие шаблоны успешно использовали свою вторичную структуру для моделирования одной или нескольких запросных последовательностей.

Снова напоминаем, что подробности результатов можно открыть, нажав на знак плюса, так как полный подход к моделированию гомологии не зависит от I TS two. Его можно использовать для предсказания вторичной структуры любой РНК при наличии гомологичной молекулы с известной структурой. Кроме того, полученные пары последовательность-структура можно добавить в пул данных с помощью перетаскивания или через контекстное меню, которое открывается щелчком правой кнопки мыши.

Помимо общей структуры, для ITS2 были описаны консервативные мотивы, такие как последовательность A-U-G-G-U, предшествующая вершине третьей спирали, и несоответствие (mismatch) в виде пирамиды в области второй спирали. Это несоответствие UU окружено двумя мотивами: один слева от спирали два, другой справа между второй и третьей спиралями с дополнительным триплетом нуклеотидов А. Преобразовывая эти мотивы последовательности в HMM, мы теперь обеспечиваем идентификацию данных мотивов в интересующих нас последовательностях.

Чтобы выполнить поиск этих мотивов, введите вашу запрашиваемую последовательность в поле поиска и выберите подходящую модель. Для демонстрации этого процесса загрузите пример файла для планов. Чтобы запустить расчеты, нажмите «Поиск мотивов».

Два мотива I Ts были аннотированы и выделены в ваших искомых последовательностях. Одним из способов получения двух пар структур последовательностей I Ts из базы данных I Ts является функция поиска. Она позволяет пользователю искать структуры последовательностей либо по названию таксона, либо по идентификатору GenBank.

Чтобы найти структуру последовательности по идентификатору GenBank, введите GI в поле поиска и нажмите кнопку поиска. Список результатов появится в новой вкладке. Вы можете просмотреть подробную информацию о структуре последовательности, нажав на кнопку «показать детали».

Кроме того, вы можете отобразить последовательности S-направлений для всех найденных совпадений во вкладке, нажав «показать структуру последовательности» путем перетаскивания или через контекстное меню при щелчке правой кнопкой мыши; выбранные структуры последовательностей можно добавить в пул данных. Помимо поиска пар «структура последовательности» по gi, вы можете ввести название таксона в поле поиска, которое поддерживается появляющимся окном живого поиска. После появления новой вкладки со списком всех совпадений вам станут доступны те же функции, что и прежде.

Например, добавление выбранных элементов в пул данных с помощью перетаскивания. Вторым способом извлечения пар «последовательность — структура» из базы данных является функция просмотра. Здесь текстовые данные расположены в отсортированном виде.

Согласно базе данных таксономии NCBI, доступ к данным осуществляется через древовидную структуру в левой части веб-сайта. Нажав на знак плюса, можно раскрыть уровень вложенности ниже.

При нажатии на название таксона в новой вкладке открываются все структуры последовательностей и пары данного таксона. Помимо поиска последовательностей и структур по идентификаторам банка CEM или информации о видах, база данных I Ts two также предоставляет возможность поиска с помощью blast. Однако стандартные процедуры blast зачастую не способны идентифицировать отдаленно родственные объекты.

Используются две последовательности из-за высокой степени их дивергенции. Чтобы преодолеть это препятствие, мы внедрили поиск BLAST на основе последовательности и структуры, который включает информацию о высококонсервативной структуре для гомологического поиска. Это осуществляется путем преобразования структурной последовательности в псевдобелковую последовательность из 12 букв.

Таким образом, отбор видов, который начинается с любой интересующей последовательности и охватывает широкие таксономические диапазоны, стал таким же простым, как поиск BLAST. Чтобы выполнить поиск BLAST, вы можете ввести ваши искомые последовательности в редактор последовательностей.

Если ваша запрашиваемая последовательность представляет собой обычную нуклеотидную последовательность без структуры, для последовательностей, включающих их вторичные структуры, используется стандартный алгоритм blast n. Веб-интерфейс использует алгоритм I Ts two blast. Чтобы начать процесс, нажмите blast.

Спустя несколько мгновений результаты поиска BLAST будут отображены на новой вкладке. Здесь представлена отдельная вкладка для каждой поисковой последовательности. Нажав кнопку «show alignments», вы сможете просмотреть выравнивания. Как и прежде, вы можете выбрать подходящие пары последовательность-структура и добавить их в пул данных.

В процессе работы с базой данных ITS two ваш пул данных может наполниться несколькими последовательностями структур. Вы можете получить доступ к пулу данных в любое время и просмотреть его содержимое. Следующим этапом вашего анализа является множественное выравнивание структур последовательностей.

Нажмите «analyze dataset», затем «sequence and structure», чтобы выполнить выравнивание последовательности и структуры. Теперь вам будет предложено выбрать графический режим выравнивания. Для большого набора последовательностей рекомендуется выбрать компактную версию (slim version).

Поскольку наш пул данных содержит лишь несколько структур последовательностей, мы выбираем полный графический режим. После завершения расчета выравнивание добавляется в ваш пул данных. Выделяя одну сторону базовой пары, вы автоматически выделяете и ее соответствующую сторону.

Наконец, выравнивание можно сохранить, нажав на кнопку safe alignment. Когда качество выравнивания структуры ваших последовательностей вас удовлетворит, вы сможете построить филогенетическое дерево методом объединения соседей (neighbor joining), нажав analyze data set, а затем neighbor. Полученное дерево отобразится в новой вкладке.

Вы можете свободно изменять масштаб дерева с помощью полосы прокрутки, а также изменять корневой узел дерева, нажав на любой узел или лист дерева и выбрав соответствующую команду переустановки корня в этом узле. Если вы хотите удалить таксон из вашего пула данных, нажмите на лист и выберите «Удалить этот узел из пула».

Теперь вы можете пересчитать выравнивание и построить дерево с сокращенным набором таксонов, нажав на кнопку safe tree. Вы можете сохранить свое филогенетическое дерево в формате NU. Нажмите на раздел about this website, а затем на tools, чтобы найти дополнительную информацию о доступных для покупки автономных инструментах для пользователей версии pro.

Помимо функции выравнивания методом присоединения соседей (Neighbor joining), которая также доступна в веб-интерфейсе базы данных ITS2, теперь вам доступны несколько новых функций, например, ограничение видов на основе компенсаторных изменений. В заключительной части мы хотели бы показать вам несколько приемов по улучшению вашего филогенетического анализа. Мы продемонстрировали, как собирать данные из базы данных ITS2, выравнивать их с помощью Fourcell и, наконец, рассчитывать деревья с помощью ProS. На всех этих этапах мы учитывали не только последовательность, но и структуру.

Надеемся, вам понравился наш небольшой фильм и трудоемкий процесс построения дерева. Спокойной ночи.