Higgs P. - Bioinformatyka i ewolucja molekularna

Pau! G. Higgs res a K. Attvvood

-r

Redaktor naukowy przeldadu Krzysztof Murzyn

Z języka angielskiego

przelożyli

Krzysztof Murzyn Piotr Liguzi11ski Marcin Kurdziel

WYDAWl'-llCTWO l'-IAUl
Trnnslaicd rro111 l'aul G. Higgs, Teresa K. i\llwuod /ii11i11/im11c11ics t111rl Mo/1•c11/11r t•:v11/111i1111 l'irsl cdiliou

iJms ·tneści

1,·, 2005

by Blackwell Science Ltd a l\lackwell l'uhlishing Crnnpany This cdi1iu11 is puhlishcd by arra11gc111cnt wi\11 Bladovl'll Publishing Ltd, Oxl'md. Translaicd hy l'olish Sdt•n!ilk l'nhlishcrs l'WN \'rorn the original English languagc vcrsiun. l~csponsil>ilily or lhc accnracy o\' the lranslalion rcsls soldy willi the l'ołish Sdl.'nlilil' ł'nhlishl'l'S PWN and is not the responsihilily or Blackwcll l'nhlishing Lid.

l'rzeklad z ję1.yku angielskiego Krzysztof Murzyn (ro1.d1.ialy I. •I 7, '>. l'r1.cdrnowa. Slowniu.ckl l'iolr Lig11zi1lski trm.d1.ialy .\, g, 11. 121 Marcin !\nnlzicl (ro1.d1.ialy 2. IO. L\ i ll11da1ek 111all·111atyo.11yJ

1. Jl ewoluGja infonnalyczna w naulrn1:h bionrnclycznych 1.1. I ..'. .3. 1.1.

l'rojckl okladki i stron ty111lmvych Joanna Sobieraj \Vykuu.ysl:mo cl<'llH.'lllY graficzne oklmlki wyd:111ia :111giclskiL'gu

Przedmowa.

(1.a 1g1nh\)

( .iwallmvny- lll'/)'l'llSI : _.I l 1:tll\'l' 1l . ' 1-1, }~·l ( "-·1u1111ika i le ·I ·1"1 . . - - . ( '1.y111 _icsl hi<1i~i;:::.: ":;·;·,:;;:.'.'"Pri.L'.pusl<11i·c /.wiwki 111i1'd1.v "<'tl('l;. 1 . · - - · : · · · · - · - · · · - - ,_,., 1.1. f _·1·,-,,„111· l1-1·s·1",,,-,·,· - "' \l"f'll 1acy_111;1. c11·<>luci:1 u1"lckul:uua

1

111 Il

,,,.,,.,I )łlllld!lrl!l:ll_\'I ..

1.·1„2.f<:lvoluc". )_Jlll

,

I',

;1

I:

„ .. - · -_· _- - - - · · · P"iisl:llv)· l11u111fon11al_\'ki

'"'"

l.ilnalur:1 Zada11ia

l
Rcdaklor Danuta Kami1lska-llass ')

'I

'"

li

1'od1vu.nik :dzadc111icki do1<1wa11y pU.l'I. IV!inistra Nanki i S1lzul11iclwa Wy'i.szl'go \/

-IO 1„ C:opyriglil \i.> fur the l'olish cdilio11 hy Wydaw11iclW
I

\Var~z:iwa 200B

I<>

1

dl

'-'

3. [:wolucia molelmlarna i nnnnlylca JlOJllllacyina Wydaw11ictw
rnail: pw11< 1 npw11.cullLpl: WW\\'.pWn.pl

:LI. ( ·/.ylll .Jc>~{ t~wol11cj:i'.' .U.i\1111:wjl'. 3.3. /.111ien11o<1.· . . . . . . · · · · · · · · · · · · · ~ek wcnl·ji i· Ihl!Hl\' . 1 I/._\' · wc\\'11·111·1 '

,ti,al1111L;1111i

•11

Spis lroi;ci \li \„\. I )r;t·wa

i,,{),

'i ..'i ..'. ."i.:'i.:l. 5.5.•I. 5.'.i.5.

)~,l·nealogic1.nc i koak~~cc111.j;1

71 T'.

-.

111·1t:'i . \ · r 'llClYl'/l\t'!!O I u\rWalillll•I Il) ' J .\.'.) .. ~. Syn 111!acfi ( 1Y u F.L .: · ·, ..... . \.:i„\. Wpn>\l'
n Tl

I .i11:ratm:1 '/.ada11ia

i!. Wlmleh; ewolm;ji molclmlanmi ," ,. ·I

!

•

.

\lHH t

t

t.\\

.

,·lN/\. l·kcwo\ucpstL\\LIK,11

. .

.

.

')J ..

I I \ \\ard1.1c11Jw.o11c ium' · .. · I ;yc·i·H'h w sckwcnc)I · · ·(i Il'\ roz11yc 1 pn · ' · · ·· · I I .·I. R<>inc 1e111pn I"" 1stawie „ '. . . . ....•... .. ' ' ' ,;, \ ·\ 1'1\IVI ('\VlllUL'ji s1-kw1·1H'JI \11akk ·1.-~. I· rn e, · I v· 1sowyd1 .\.'.?.. I. '/,liczanit' prnlstawicn anHnn \:. \ · . ·, ," . . .. \·I ·wo\licp sek w' 11c.11 l ········ i ) I klill\OW:l\lll. ll\IH L Ili l . 1'd·s1c . li. l1>s'1··1 L'l\10\UC'1.111c ot 1._'1. 1 • J. • I. '.„\. l'.kstrapolacp inodc 1\11.1 "I; ';i :'/li'\ ,11'~ a111i11okwas<'>w . I.\. f\l;i1:icr1.l~ p1111Ltac.ii r/ri.111c:i ogary n L . t ' • • • • • . • • l .. LI. !Vlacil:r1.1; i>AIVl · · · · : · · · '. · · . ·; '.-. '~)~cia·n~i ~uninokw:ts{)\V · I. ~.'.?„ '/,wią11•k /. li1.ykul'ill'llliL''/.ll)'llli w1.1st I\\ . . ....... . I. U. [V\aci,;r1.c \li .OSI !tv\ . 1.itl·r;1tura '/,ad;111ia Test

'IX

~~1r11kt11ra

· · · · · · · · · · · · ·

17(>

1.arys prnhlc11111 . il.2. I l"pasow:111ic pary se\. wcncji h„~. I )opasnwanic pary Sl·kwencji metody progrn111ow:mia dy11a111icz11egu. 11.:I. I. ;\\gory1111 I dopasowanie glohaluc 1. liniową f'unkcj:\ kary za przerwy. <> '.\.'.'„ i\lgoryln1 ' dopasowanie lokalne 1. lini<>w:i fnnkcj:i kary za przerwy li„\„l. /\lgoryl111 .\ 11<>gi'il11io11a postać f'unkcji kary za przerwy i>.3.'\. i\lgoryl111 ·I ;1linicl.lla funkcja kary ;a przerwy (i„\. Wplyw sys1cn111 p1111k1acji na d<>pasowanie . . . .5.3. Najnowsze "si:wnięcia w 1ne1rn\:wh wyznaczania dopasowa1'1 wiclosckwcncyjnych

180

107 I 0') 111 I I<>

117

\2) 125

:i.-U1.Trl'.fl·ll\I. :\.·I.I. \'\Iż i'll" .\\ l 5.-1.g. l l11iPrtll . · · · · · · · · . . . . .•. :·•. \\a/V d: 111 yd 1 1»d1.i11 l>iakl. ·. · .' · · · '.).:)_.I. \{_lllil h~ti. dan:.,idi rDd1.111 h1akL

~,.

: .'.

,'Jw1s~)

17<>

\()'/

1x:1 I 8:l 186 187 188 l'JO 1')3 19J 199 201

20„1 .'05

l_.i1erat11rn

'/.:ulania

127 128

. .

\29

Ul

1:12

1:n \'.\il \.\•I t:l'i

U6 i.Hi

l"l'l,1inl11 w ha;ic danych

\(Jl)

170 17:'.


\2\

·>.-\.'.\'li'

·i.-U. 1\-\ll'S ') .. l.·I. Swiss--Pn 1I

j(,rj

11>6 I Mi 1<>7 I (>8

\():\

121

:;1.1. \'.l\!ll\I.' ' ' ' ' ... ' .• ' ' ';L'jl 1:~i1i1. ·1„\.2. S1n1kt11r;1 rl'l"onłu \\' ba1,1c dany , , ·; l \ < i<·1dlanL · · · · · · · · . . . . . j ~: .,; ; j 11 \ „ . . . Str11klt1r:1 rcknnJu w hai.il' dany« I i1..·11 t :i..\.-1. :i.:U.dl>l'.ST 'i„U1. I lll\\J >„U. 11'-!Sll '-,_.\ \',azy da11ycli sd,wL'llCji l>iakL ·1.-\. \. 11 is1ori:1

11>2

6. l\lgnrytmy wyznaczania clo1rnsowmi sr.kwr.ncji

\()()

121

). I. !'o co iwou.yć ha1,y danyd1'! · :i. s1rnkt111-:1 rL'kord1'•w \V bai.ach da11ych i .. ). ,l)azy d:uiyi:\1 s(•kwencji n11klcotydowych

·) .. !,:).

<)(>

118

5. Zasolly informacji o nonach i hiałlrnGl1

162

'i.7.:\. <';\Tl I :i.!.-\. l'DBs11111 5.~\. Inne hiologkz1w h:11.y d;1nych I .i11·r:i1ura

<)()

. ..

.\. \ .2. 1Vlrnh:l .illk1·sa ( ::111!,>1«1 . . . . . :.. : . ; .· :.:

l."i8 161

:i.I.>,,.')('()\'

kw~\:.ow u11kle1110\vyd1 . . . . .I I ·I· . ioltwji ~-;cL\\'cncji'!

1.:"1

I. I. 1vl1Hkk l:\\'oluq1 ,)l \\\t Il .1. 1.1. !)11 t:/.t'.)1.u ;.<\ pol11d11H'

1115 ltl7 1·-1') 153 155 15(>

J'l(OSITH l'RINTS . Sirnktura rdDn\11 w liazie danych l'RINTS lllocks .. 5.'i.<>. l'IONTS w reprezentacji blokowc:j 5.5.7. Profile ."i„iX l'l'arn 55.'>. clVIOTil'. 5.li. '/.\o)'.<>11c ha1.y da11yl'\1 w1.orcmv sekwencji hiakk. :i.li. I. l111nl'ro .'i.h.'.2. S1rnkt11ra rdon\11 w bazie danych l111erl'rn 5.7. lla1.y da11ych strnklur biakk 'i.I. I. \'Ilf\

h7 (i7 11') 71

\ .1.1. 1\da111 i !'wa „ ·,·.I..~. !Vlrnkl pron:s11 koaks•_·,:11cp „ · · · ,·.nowych 11H1l<1CJI .~.'.'1. l..'._u1.pr1.c~1tr1.L'Jl!OllHC si~, .. t ., ln.vch _\.'i. I. Utrwalanie si\: 11111t:1c_11 11c·11 1,1 ._

VII

p··o·I . I

I 17 1•10 1:\l

\.f\

l•Ll \:I'.\

7. Pmiszuldwaniu !Jaz da11yi;h sel(wuncji 7. I. IVl«todv wys1.11kiw:111ia podobnych scL wcncji . ·;. 1.1. Metoda Srnitha Watennana 7. 1.2. lleurys1ycz11c 111c1ody wyzn:ll'rnnia dopasow:ui loka\11ych · ·1. I .. \. 1is1 Hl ,/\ST 7. \ .:\. \'oniwuanic 111v1od 1ir1.t:sz11kiwa11ia 7 ::. Statystyka dopasow:11i (\\'teorii I 7.,).1. I>laczcgo Zil\\'J"ac;H~ sohit; głO\\'\' :~tatyslykq'.>. I ') l'rnsty przypadc:J, dopas<>wa11ia pary sekwencji ·; 2.~\. Prosty pu.ypadt~L pu.es1,ukiw:inia hnzy sekwencji 7. !.·\. l'rzyldadowc dopasowanie sl1iw . 7.:1. S1a1ys1yka dopas"11-:11i 1w prnktycc:I I .itcra111ra Zadania ')

'\bi

207

F1\STi\ i HL/\ST.

.'.07 207 212 215 -~ I I> 220 L'.O

n1 222 '.)2()

229 23.)

:;3 .. \ :~. \. \

lrnści

Bpls

I)(

VIII

1O. Metody 1irobabilistv1:zne i nauczanie maszynowe ... 8.

Mr.lody lilooenetyczne .

:'.\<>

)\.I. /,rozu111icć drzl'WH liloge11etyc1.11e li.2. Wybór sekwencji .. lL\. Macierze odległości ewolucyjnych i 111etody analizy skupisk. li ..\. I. Wy1.11ac1.anie odległości ewolucyjnych . iu.2. Metoda średnich pol:1c1.e1i . 8.3 ..l. tvletrnla prrylqa.ania s:1siadów

.'.·Ił

2·J.\

·'·l°I

10 ..\.

251 .''.i·l .'.5·1

Metoda bootstrap B.5. rv1ctody oplymalizacji du.ew i 1nctudy poszukiw:11iia drzew

H.H. Inne metody r.wiqzane /, na.jwi\~ksI:t 8.8. I. Metoda układania u.wórek .

··-· ·1 · p ota;,yI w1ary1!od11u.~l'i IO., • . ........ · · · · ·

.'.·!.\ ,1;1·1

8.·ł.

H.5.1. Kryteria ocl'ny drzew 8.5.2. l'orus1.e11ic si\' w pr1.cstr1.cni dr1.ew H.(L KrytcriHlll najwi\~k:~1.c.i wit1ryg
I O. I. /.astosmvania na11c1.:1nia 111:1s1v11mv '" I0 . . . . . . . : . . . . . . . . I O..'.. l'rnh'lbilislyc; I I . ·. L,..ll l 1
l55 2)};

11)..1.

/(}:~

lllS

.'.,<)}.

:>(,.\

11ajwi\~ks1t'·j wi:1rygud11ośl'i

wiary!~od11ości<1

.'.(>)

:'.<>7 .'.(J°/ 2hH 2N!

}LH.2. Bayesowskic 111elody filoge11elycznc

8.8.:\. Metoda Monte Carlo dla la1k11chów MarkO\Va 8.8.'1. l'rzyklad 1.astosmvania 111etody M< 'tvl( ·

10.r..

.

2'1:' [/(J

.'Tl

.itcralura

I /'.ad:111i:1

·

1~

"

.

•

.\.\!)

.1.1.1

.Ili 1·1'.>

.\.li J'.)()

_\(J(J

.\(Ji Y/11

t \

_\°/(,

1·1. Wybrane za!Jadninnia nwolucji molr.lwlanm1·' i '·malizy 11·10 !JOi!() t'fC:ZIWJ. . ' I 1.1. Struktura. i l'Wolucja l{l,lt\ . . . . . . . . . . . . . I I I I "11 · ·, · · I · · „ · · „ · · · · . . . • L 1 .1111Ln11osc ( rugorz.rdo\vcj s1nil·1urv l'N \ ' . , .· „. I I. I •J I' I·[· .· . . ' . ' I \\ ( /..!Sil' l'\\'l)lil('p ..... ()( s ,J\Vll'lllll l,1\l('j·' RN/\ · · · . .. . infonn· . . ". o stru

9. wzorce sr.l\wencyjne w rodzinach hiałeł( 'I. I. l'r1.es1.ukiwanie ha1. dauycli sekwencji wykrno.ajqcc poi.a :u1ali1.\' dopasowa1\ par :,ckwcucji 9.2.. Wyrni.enia regularne <).2. I. lklinicja wyrał.c1\ regularnych . t).2.2. Vv'yszukiwanie sekwencji na pods1awit• zada11l'go wyrai.cnia regularnego

'J.2.:l. l{cg11ly. 'J.2.'l. Libcrnl11c wyrni.cnia reg11lar11c.
.~
2'!.\

2.'!5 ',?,{_})

śladowi

rod1.i11y hiakk

'.'.'J7 2'!') \Ol .)01

lJ .. 1.1.

:im

llloki. 'J.•1.2. Wys1.ukiwa11ic sekwencji odpowiadaj:1cyd1 zada11<·11111 blokowi


:mr1 :\O(>

.\06 .\06

11.5.2. Skqd w1.i1:ly si1: ,i ( il'C'R 'i.5.·I. Dlau.c·go UPC 'R s:i i11tcrc:;nj:1cc'! }{ola bioi11forn1atyk1»w w Jiatla11iad1 (li'< 'I<

.\W~

11.5.5. Wykrywanie pndobie1\stwa sekwencji 'J.'i.(i. Wykrywanie pr1.ynal0.11ości do rodziny 11.'i.7. t\nali;.a (il>('}{ 9.5.g. l;u11kcjonalnc 1.11ac1.c11ie 1.csta\\l(,l\V 1'L'cl1 n

.\li

1

/.jH>1.1l:1wc/,ych.

"'.i'

291

Profile i pozycyjnie :.r.n'1i.nicowanc 11iacier1,e punktacji

I .itcrat11ra /,at1"11ia Tcsl

„

. . .

:1.11

}~,_-,

Zad:mia 'ksi

().,I,

.\.\(,

( ·.·~·--· raw,<. opodohie1lslwa a priori uraz a posll'riori 1 ).~ ..\. Dolmr par:1111ctrów 111ndcl 11 Wprowad1.L'llic do 11krytych n1odcli ~,1°,11:k;1:„;, ;I ;;l~·I·): IO ..\. I. 1\,11·'".ll'k Markowa i korelacje w sckll'L'llL'.iad1 .. IO .. \ 1 I 1osy t Ili<)(,. I I I I MM/. dwo111a stan:1111i ukryl\'111i 10 ..\ . .\. IJohor par:1111«tr
,11l'ral11rn

.1.n J.H1

:\OlJ .\IO .\!:\ \16 .\20

T22 .Ul

II

1 I. I .. I. ~1.iksyniah1.:1qa liC1.by sparowanych 1.asad · I 1.1 ..~. I odL'JS<.IL' hard1.icj rl'alislyom· 11 I (J Wplvw tcrn 1 ·1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ' y11a1111 d ll:l l'll'lllllcj\' sck wciicji RN;\ ..

„:

. . '"'

1 I >op.lsowyw~m1e lll(ldt~l1 cwol .:_, , ,· '·I I 1.2.1. W h.. , . llLY.Jll)' l. do da11ycl1 ckspery1111·111al11ycl1 l ··1 ) ) ~ o1 rnodt 1~1 Ilu p:ir:tl!H'lrow rzeczywiście potrz.t·hLJt·mvi „

1··;··-· 1,al aniclry1.:1qa llH1tlt.:li pods1awie1\ a111i11okwasowvcli . 1. 1..... 3. I odst:iw1c1u;1 sy11011i11Jicz.11c i nicsy11011i111ic:111e 11. \. /.astosowa11ia a11ali;.y liloi•<'IJet\'L'/.1iei · · · I 1.3. I.

Radi;1cj~1

ssaf·d'>w . .

. ·.

ll()

. \ t\,

••••

.I

·

·

.\'ri ·11111 .[()()

1 I .:\.2. Typ: wic:lokrn11<·Jrkmvcc 11 .1 .. l. l'.wolucja j:1drowc1iw I I ..\. I. l1111t• pr1.ykl:idy. I .itcr:llnra

.Jtl'\ .i(f/

1rn: 1111

12. Ewol11cj;1 nenomu I.~.

111

I. ( ic11u111y bc1j;1dr11\\'L'O\\' I':!. I. I. Ponl\v11ywa11ic ge110111<'nv -h~·;.j,;d~-(;\,:L,;.,;,.· I:?.. I.') l ltr~1lH i rcara 11 i~icja 11,l'IH.J\\' .' : . . , . 12.1 .. '. [)~1plikaLjll l!L'IH,l\\' nra1. po1.iu111y traw.kr ~~L'JH.iw l2..l.·l.WykrvlV'111icidnr·l·1·· I I · · · · · · I.?.. I .."i. SI_" .· ... · . . ' .i\~ iys y ~;i po1.10J1H'}!O transl'<'nl .!.~t'IJO\\"

11.1 1

111 li i 1.'-1

·l.'I

· d1p1sk.1 p1 up ortolog1<„·;,1iydi . . .

I.'. I .
n:; l""l:,l:l\\„ic :1n.il,i1.·)..

. . . . . . \\'~.p11l11yd1 . . . . . . ~ 1.l'łlll\\' .. Sl'k\\Tlll'ji

.I\.'

Spis treści ){

I'

( ie1HJ111y or1.1a11clli . . . . . · · · · · · · · · · · · · · · I )„~. I. Pm.'liod1r11it: n1i1ncl1
I .~.2„\. '1'ra11sk.r g~'.1H)W orga11clli do jt1dra I .:.~Jl. fVll'<:ha11i1.111v reara1ri.ac.ii )!,l'lltlw . . . · · · · · · · : · : : · · ·, · · I L25. Filngem'./,y ~vyznac1.anc na podstawie a11:ili1.y kuk.1nosc1. gcnow

I ,ilc1111ura

1:i. IVlilmunac:imrn llNll,

-15·1

urnv i om i lei

1.L I. Orny i 0111iL.i \ .\.:~. Tvci1nil,:1 badaii 111ikro1uacierzuwych I.\ .L Nor111ali1.acja danych /. ini!...rornaciL'l'Z)'. I ;,.1. \V 1.orce w danych rnikrrn11acicr/.nwych .. 1_11 •• 1.1. Vv'ykry~vanic istot 11 ych 1.111ian w po/1rn11ach ckspres.11 J

.\.-1..'.. 1\11:iliza sk11pisl.

........ ·

·

· · · · · · .· · · · .' · · ·

I \.•I..\. /\n:iliza skladowycll ;•l<"•w11ycli i rw.klad warl<>St'l osobl1wyd1 .

1.L·l.·I. Techniki naucz;111·1a 111asiynoweeJ) 13.:i. l 1 rl)tcrnnika I .IS I. Rmd1.ial i idc111ylikacja liialek I \„~„'„ Kilka pr1.ykladt'1w liadai"1 prolt'.0111io.11ycll

-15·1 15'.i -15 1.1 -111-I

-1<"1 -lli'i -l(i')

-171\ ·17.\

.ff\ -175

1.\.5„\. ( ldd1.i:dywa11ia hi:ilko liialko I .~.li. '/.arz;1d:t:111ic danyrni \\' D1n:wli

I :111·r;1t 11rn

'l\-,,1 ·llJ7

IJoilalel< 111atn111alyt:1.11v . !VI. I. Polit~.Pj i lugarytrny M ..1 . Silnia. i\U. S111ny. M.-1. llonyny fvLS. Pc·n1Hllacjt· i kn1nhinacjc fvl.w11ania rt'>i.11ic1.k(1\Vt.' IV!.'l. l{m.klad dw111J1ia11mvy . M.10. Ro1Jlad 11orn1:d11y i\!. I I. J{(J1Jl:Hl l'ois;:<>1i:1. 1 IV!. I .'„ Rm.klad ,\" 1Vl. I.\. !•'1111kc.ia gallllll:I i n11.Llady ga111J1l:t I .i1i.·ra111r:1 '/,;1da11ia 'ksi

-1'!7 ·1'!8 -19') :)()()

500 501 .~IU

:1
:>08 :'ilO 512 :'i I.I

5 Il

:1 I :I

Wvlwz atlrnsów i11l!mwtowyel1 'i 18

Slownii:wl( ."\.'(•

Ku111płcksowc progra111y k~;1.talce11ia w 1.akresie bioiul'ormatyki ua poziomie magister,;kirn lub licc11cjacki1n s1aj<1 si\: cora1. hard1.icj pows1.ech11c, a pojedync1.e kursy bioinforinalyki luh hiologii ohlic1.euiowcj 1.11ajdują si1; w programie wielu specjalizacji na kierunkach ks1.lalccnia studentów uauk biologicznych. Niniejsza ksiq7.ka 1.aspukaja potrzchi,~ ist11icnia podr1:c1.nika 1.awicraj:1cego omówic11ie zagadnic11 o kl11c1.owym 1.11ac1.cni11 w hioinl'onnatycc. 'v\I ksiq7.ćc prZL'.dstawiono najcz~>ścicj stosowane rnctody ohliczcniowc orni. icli 1.as(osowania we wsp(i!C1.cśnic prowadzonych badaniach naukowych. Zawartość książki odpowiada programowi nauczania bioinformatyki 1ia poziolllie magisterskim, jaki ohowiqzujc na UniwcrsyteciL~ w Manchesterze (Anglia) oraz wyklado111 z biologii oblic1.eniowcj prowad1.onym na poziomie licencjaekirn na Uniwersytecie McMaster w Ontario (Kanada). Wiele z kluczowych 1.agadnicil hioinrornrntyki, jak np. dopasowania sekwencji, wyszukiwanie sekwencji homologicwych i konstrukcja drzew filogenetycznych, jest powi:v.anych z cwolucjq. Poznanie krnnpłt:tnych sekwencji gcnolllliw dostarczyło ogromnej ilości danych, które u111ożliwiaj;1 prowadzenie batiar\ ewolucyjnych na po1.iornie ge1H1111owyrn, i wymusiło powstanie odpowiednich metod hioinformatycwych. W ksią7.ec polo7.ono du7.y nacisk na orn(iwienie ewolucyjnych aspe.Inów bioinformatyki, umicszczaj;ic w niej treści, które nic wyst\~puj;1 w innych podręcznikach bioinformatyki. Dzkki temu ksi:J7.ka inoŻL> być równic? wykor1.ys1ywana 1rn kursach ewolucji molekularnej. Rozd:t.ialy książ.ki poświ\.'.COlll' bioinformatyce wyjaśniaj<) potrzeb~ stosowania metod oblic1.e11iowych w dobie sekwencjonowania całych genomów
Przedmowa

2

.·. · . t·ikżc 0 >is meclianii.1nów ewolucji sekwencji DN/\·, białek. _S1.czeg(>lowo populac_1<11111, ,1 , I 'r·ł I , ·tyC111C or·11 ich pr1.ykładowc ;.aslosowania. Op1sow1 c1.y11111·· ' viono mc!:v· ,.. ·. : " 1·1g·1dnicnia I. i.akresu hioin l"ormalyk I p11.cplataj<1 SI\' I ;.agad111L' W ca LJ ,s1,1i.cc. ·' ' „ . ,· . · . '· I 1 >11iie·1 sclH.'lllaCll' . . I tycncvrni cwołucp molckul;11 nc.1, co WI\1,\c 11a po ,;11.a11y111 IL 11ian11 Lo. ·' . . . ł' ksi;1iki. Materiał iawarty w k~.i;1:in· 1110111a p1 ;t'd . • „, -. · . cvrn układ rozd1.ia ow prZCl IS 1•1" 1'.11' 1 1 llld:HI rozdziali'>w w ksi:1żct•

I Rl'\volw:jil informatyczna

\~' 11a11k:arh. birnncdyczoyd1

:~. Kwasy 1111kki11owL,

hialka i. an1i11okwasy

5. /,nsoby inf'onnacji o gcuach i biall<:ach

:1. E\v\1lucjaT1in!di1llarnu ig,e.11 qtylia 1,111pu.lacyjnt1 ·

(L

Alv,oryimy wyznaczania
7. J 1 17,e~;:;.11kiwa11ie

ha:t, danych sekwencji

Przedrnowa stawić w ró:i.ncj kolcj11ości i :i.ad na z nich nil: jest.jedynie słusz11:1. Nic1-.ałci.11ic od wyboru kulcjnośL:i ro1.d1.iałów. 1.aws1.c jakiś ro1.d1.ial h1:d1.ic 1.awicrał odniesienia do któregoś z kolejnych rozdziałów. Układ rozd1.iałLi1V w ksi:1:i.cc został tak dobrany. :ihy od1.wicr cicdłał ist11icj:1cc powi;11.a11ia llli1·d1.y hioinforlllałykq i cwolucj:i 111olck11larn;1. a talci.c aby 011H1wicnic podstawowych 111ełod poprzedzało rozdziały dołycz:1cc hardziej 1.lo:i.onych zagadnic1]. Mo:i.cmy przyjwic11ie hard1.icj 1.aawansow;111ych 111ctod orni. ich pr1.ykladowych 1.aslosowaii. Wykladowcy kor1.ystajql')' 1. tej ksiqi.ki 11l;1. jq pcl11;1 swohodv w 11stałc11iu kolejności ro1.d1.iałliw, ktlira najlepiej h\·d1.ic oclpowiad:1L' prowadzonym pr1.e1. nich wykladom. J<.si<1:i.ka jest pr1.L'/.llr1.y lllll!!JI d1L·icć sa11lod1.icl11ic tworzyć 11mw 111elody a11:ili:;.y danych hiolo· giu.11ycl1. .~wiadolllc kor1p;tai1il' 1.c spccjałistyo,11cgo opm).!.rn111owa111a hioinl"ori11:11yc1. negu wylllaga prawidlowcgo 1.ro1.11111ie11ia podstaw 111afl'111;1łyo'.11ycli i sl;1lyslyG.11_vd1. na kt(irych si~· 0110 opiera. /:apcw11c wiciu 1.·1.ytclników ll'j ksiq:i.ki l>1·d1.ic st11dc11t:1111i 11:111k biologic1.11ych. kll\r1.y 1. rL·1.crw;1 on·.niaj;1 swoje ko111pclt'.llCjc m;1łe11wtyu.11c. /.tego powodu wywody 111alc111atyc1.11c sb. Nic powsłr1.ylll11jc to jednak a11łor(iw ksi:1:i.ki pr1.cd u111ics1.1.·1.;111iclll wyrni.c1i 111atcniatyc1.nych w ll'kścic. po11icwa:i. w ich pr1.ckmiani11 :;t;i11owi:1 Olll' n:t·11 cjr rn11:1wianycl1 111l'1od i>adawL·1.ycl1. Banl1.icj 1.a\vik 1.ag;id11ic11i;11.1.akrL·s11 111alc111;1tyki z11ajd11jq si1~ w wyra/.nic wyd1.iclonyd1 /. tekstu ralllkach. Ksi:1:i.ka 1.<1wi1.·r;1 niwnic:i. do datek, gd1.ie omL'>wiono podstawy 111atc111alyki, kłL,ll"l' powi11ic11 znać Lai.dy :;łu\kllł liio· i111'on11atyki. Studl'11ł0111 11ale:i.y 1.wyklc pr1.ypo111inać o ko11ico.11ości puwlar1.ani;1 i th>· skonalenia Ullliej\.'łności matc111;1tyc1.11ycli jakie nabyli w poc1.:1tkmvy111 okrt·sic sludiL'>w. a których pIV sieciowyd1. Io jcd11;1k 11iL'. stanowi 011a zwyklcj listv progrnm(lW i adrcsL'>w sicciowycli. 'J:d:ic i11f"or111acjL· 11k:gai:1 szybkiej de1.akt11ali1.a<.'ji, podo.as gdy 111l'łody i ich pwlst;1wy lco1rlyc1".1w 1101.oslaj
9. Wzon:e 1;c:kwc·11cyj11<: w rodzinach białek

I O. tvlciody prohahlis1yam: i nauct.ank nwszyuowe

'' '/.n>1.11111iak pr1.cdstawic11il' 1.:1gad11ic1'1 /, 1.:1krcs11 liioi11i"L1rn1;11yki, wl:11'/:1_j:1l· 11 ' " a11;1li1.1· .c;ekwc11cji. hiologic:1.llt' ha1.y dn11ycl1. 111c·tody ru1.p1i1.11aw:111ia 1• 1111<'\.>W. i<"l1 1.:1 stosow;111ic 11· gc11rnniu.·. prolt'o111in· i :11wli1.il' wy11ikli11· <'l;spl'l'VllH'lli""' 111ikru11i:1«i1· r1.0W)'cl1. 'l li11i1·s1.c1.c11il' liioi11for111atyki w krnlłek~:ciL· l>iologii 1.:wuli11·.vj1wj 111110Wil·11i< .·:• gad11ic1i 1. 1.<1kresu L'Woł11cji 111olck1dnrne_i. a11;ilizy lilop.t·11<·I)< .11w1 Pr:11 111tTli:111i'l1111>11 cwulu,:ji 1ia puzirnnic l·'.l'ilOllll°>\\'. 1

11. 1Ylilm1111acicm: I'.~:

L\1vl>lucja

1'.W< >I.Il< 'J;\

MOl.l'.Klll.AIZNA

0111)'

i orniki

lli'I.:\.

Przedmowa · slal''slyc 1.11 y_ eh 11ods1aw melnd wyko. ir1.ed;;tawicnic 1corc1yo.nyL· Il ' -' l'r1.vst\'P11t I . . . . . • . . •' . I io11ilo11H.1lycL. . 1• ·11·1cL' v·111vch W 1 ow, u Ia I wi •. • · . · . . n hHJcll 11os1.c·1.c<>ólnych rol.( Iz1a ri.vs1y1 · · . . . ·idailla 111 u1L·-s1.o·.rn1c 1 • ' · "' . " !'yl
~vodzi~~l{O\l\l~mia

.

·. \ I . ·111t1 l'1··1ssowi z.a 1·coo oi~ronrny wkład w twnrz.cn1e pro.· ·t·ow·1c I lll Y 1. ) •·· · 0 M· • · · >1··1011ic1llY pml1.1\1'· . '11·1i1·111·1t."ki !la 1m1.io111ie niagislerskilll na ll111wcrsytec1e w .11.11 , r· 'I JIOll ' ' ·1 . ' · > „llllle ··111111 n:111L'/.:11ll• . I I ·t 1·1L' z»1·111". ai.ow;1nic i wvczucic !H >1.wol1 y UJ . , , •oo ':111·sil'f'/.l'. Jl'go ..."... ··t t1ll' '/.:wad11ie11ia. Dzi1:k11jen1y 1Vlagnusow1 ,a1trayow1 1„1 JC,, 0 t · ··;·111ia 11:1J \1·1nl11l J is ·' ·" ·· · I l ·1 t·il'ze ' · '· „ · ' •· I·si·i ·I i ioświ 1~concj teoru 1 agory morn.• • ' · Z'\ " „ t'OWYWlllDC
CIVl/\STlm

IVl/\NCH 1•:STL0:H

Paul I liggs Terri !\ tt wood Maj 2004

Hewolucja inforunatyczna vv naukach biomedycznych

Streszczenie W tyrn rozdziali'. rozwai.an1y gwaltowny przyrost dostrpności biologicznych danych sekwencyjnych, i przyrównujerny gu do rnajqccgo n1iejsce w tyn1 sa1Hym czasie wykładniczego wzroslu S'l.yhkości dzialania ko1Hp11lt~r(>w i wielkości ich pami1~ci operacyjnej. Po lekturze tego rozdziału czytelnik powinien dysponować wiedzq o tym, dlaczego bioinformatyka odgrywa lduczow;1 rolr w zrow111ic.11in inforrnacji zawartej w sekwencjach oraz w zapcwnit:ni11 środ­ ków t~kktywncgo przcchowywa11ia i dos11~pu do i11i'i>rlllacji. Rozważaj:w wybrane historyczne aspL'idy rozwoj11 bioinformatyki, wskawjc111y na jej silne zwi:1zki z cwolucjq molclrnlarnq i genclykq popnłacyjnq. llzi1:ki temu czy1cl11ik powinien 11ic tylko zrozumieć co kryje si1: pml tenni11crn „hioinformatylrn", ale także ocenić znaczc11ic hioinfonnalyki z perspektywy innych d'!.icdzi11 nauki .

Na przelolllic XX i XXI wieku, d1.i.,;ki dy!lamio'.11emu rozwojowi programów sekwencjonowania genomów, nastqpil gwałtowny prryrost ilości dost1:p11ych danych dolyc1.:1cych sekwencji DNA. Obecnie na świecie istnicjq tr1.y podstawowe bazy danycl1 sekwencji nuk kot ydowych: "' EIVIBL-· haza danych European Molecular Biology Laboratory zarzqdzana przez Europc:an Hioinf'onuatic:s Institute (EBI) w Cambridge w /\nglii (Stoesser i in., 2003), "' Gell Bank bai.a danych zarz11dzana pr1,ez National Center of Biotcchnnlogy lnformatiun (NCBll w Maryland w Stanach Zdednoczonych (Benson i in„ 2003). „ DDBJ bai.a danych 1.arz:1dz.a11a pr1.L?. National Institute or Genclics (NIG) w Mishima w Japonii ([Vliy:miki i in„ '.WO:\). Powyżs1.L: trzy bazy danych wymic11iaj:1 si.,; przechowywanymi inl(mnacjami, d1.i.,;ki t.:zenH1 zawierajq niemal identyczny 1.hiór sekwencji. Nadr1.1xlnym celem istnienia tych haz danych jest 1.
I;_ Howolut:ja infon,natyczna .w naukach biomodycznych 6

danych. Takie podejście przyc1.ynilo si\: do poslvflll w nauce i doprnwml1.ilo do gwal!ownego w1.rostu 1.arówno wielkości, jak i wykor1.ystania baz danych. Skal\'. dynamicwego w1.rnstu ilości doslvpnych danych sekwencyjnych il11str11j:1 rys. 1.1 ora1. tab. I. I -- pokazano tu h1c1.n:1 dlugość sekwencji zgromadzonych w baz.ie danych GenBank oraz lączną licz.b\~ tych sekwencji wzgl\:dem czasu. Zauwa:.i.n1y, ;i,l'. skala na osi pionowej wykresu jest logarytrnicz.na, a krz.ywe są w przybli:.i.eniu liniami prosly111i. Owacza Io, ·i.c wielkośt:: haz.y danych GenBank rośnie w czasie w spos1ib wykladnicz.y (por. zadanie I. I). Na rysunku lini
I. I. -Gwallowny przvrosl

ilości danych

7

'l\iheh• I · I · Wm1·1 · li(osci ··I1a1.v da11ych ( icnl\'\111· · s wie latach · - · , • "

Rok

I-.i1czna

J<))Q J
l.'i .171 I) 51•1 Tl
ltJH5

Jl)g(1 I'!W/ ll)gg

198•) i'J
l'!'J'/ I (Jt)})

I - IO"

seklw.ncji

I'!'!'!

'2000 2001 2002

1-\ 0 Ic.111yc · I 1

I .i aha sek wc.11r.:_j i

(1()(i ,!•1:17 ·I 17'i .'i 700

2

l 1Jg.1

jHlSr.czególnych sekwencji w lej hai'.ie d:111yeh.

długo:;ć

li'

tJ
20 5'/lJ .1

8 -;
.l'J'i:l.\ :)) (i'27

'/8 (10g 1-1.l•l'J:' Jl:)~·~73

I

(i'1·1 021 .111 /(i) g.IJ

•1.

HJ7 gtr7

I

I g1„1 '.i70 IO JOb0.1.\ l·I '>7<1310 L? 3 l H gg3

I. I h11w pod1odzq

IO

łączna dlugo$ć !>L~kwcncji (kbp}

o I>.

llJXO

19')0

liczba sekwencji prawo Moon:'a wzrost wyldndnic1.y

2000

'.WIO

Rys. I.I. l'on'iwnanil' tempa wzrostu wielkości liazy da11ych ( ;,·11Ba11k (dane 1. tab. I J ;_ tclllJlL'lll wzrostu 1 liczb\' tra111.ys1ort'1w w procesorach kon1pulr~rów osohistyd1
łst11iejc inna, powszechnie :t.11m1a krzywa wnostu wykładnio.ego, kl\\ra jest zwią­ zana 1. praweill Mnurc'a. l\lloorc (I()({)) l.auwa·i.yl, i.t: lic·;.ha trauzystuniw w układach scalo11ych podwajała si.; średnio co roku w latach I 1):-i9 I
strony

.11ili

.~_!ll\/

I C:f~td.1d1il:/~·1r!Jilid!Jk!;t

,1\ ~;.

ltt tnl.

podwojenie lio.by tra11/.yston'iw w ukladi'.ie scalon 'lll \. " .. ·,.. , . . . hyc prz.csad/.one. l .i<'zha 1·1 ule\)'1 I . . . )_ I.( 1..is1c _1( dm go 1oki1 wyd:qc SI\' . , . · · ' ,,, P()( \\-OJL'.lllll rac1.q w l'l;f" 1 1 I· 1 · .. „ , . . " wskazrnk roc/.nego zwir•l·s·'L'11·1·1 1· „ I t. . , " . "'t - " , !lic ,,.i:-; _11.d11cgo roku, l(Z ))' 1an1.ys1oro1' '"i ·" I ' · · tego wskaJ.nika jcsl imi·lOIHIJ"l'"l t,., . _. . \ _11.„_ iowny ,-I. ( hoc1a1. wurtoś<' · , . · . "' , l JU 1ll,h1 JC:St 011:1 W\/r;J/I , · "'c--. w1clkose1 bazy ch11yc·l1 (', 13· i· . . . J • llL i11111c._1„zr1 od tt·1np;1 w1.rostu • ' ·, ( ' JLll rlll\ (por. rys. I.I 1 tuh. I„\), A co /. iia1szybszyrni na świec il' su1K·rko1111111, „ "I . . . pracownikumi (LlniwerS)'lcl 'I" , .. ,, ll, I u.in11. J.itk f)1H1garra wr:11.1.t· WSJHil. . , . , Ullll.ssu, SA) opracowal l 1·st I !NP\('!' 1- . . 1w1a porow11anic s/vhl ości t . · · I .\., dorv u111oz· 1 _ .- • 'J ' • 1,01n1n1 crnw w 1.ada11iu lllll ,,„ " ·, . - - · · · zlozrn1eii,o układu r1iw11·u'1 1· . ·i I . . c,„.i.J•lt) 111 11.1 101.w1;11vwa111u , ·. · 11i1owyl i. ,ista rank111oow·i . . . ·, .. " . ,. lerow na1kpie_j wypadaj:1cyl'11 w tvrn Jcścic 'c:-; ,__ ... ;:·"~ 11.1 d_I·!'_ :1 .it)l) :;11pcrkrn1qH1 pud adresem hLt-p. li,, - -, r. - - J I p1!11l1kow.111.i dwukrot1111· w <·1;p~11 rnkt1 „ . _- · .. 1' 1Jw · l (Jp.cOO · orq. f'.!a rvsu11kt1 I > 1„ • 1.-. ,· cst11 L llaraktcr\'i'llJ'l<'L' I·;" . · . · ---- 11 /.t' „t.111- 101111 w.v111k 1 1 ... ( ( .1.1 1.llllC ll
rok

"/.l'

Lp://t.J.lJł'.l)i

lit

•

' ' · ''"

'N"

'

I. Howoh1cja i11fonnalyczna w na11l
I.) .. Gwaltowny.ixzvrost ilo:\r.i danych 9

"I

'f;ihda I.-"·

.. 1IL/. - .. h"} tranzyston)w \V'f!l)Sl

·

w procl'surach

ko111pt1H'.n)w

osobistych wynik lesln (< illups)

Rok wprowadzenia na rynek

wzrnsl wykladniczy

l .iczha lra1w.ysloriiw IO OOO

2 250

l'J71

.11101

:;m;o ;;Ol)I> ..'.Ki>

1'!72

2 500

I '!7·1

5 ooo

ooo ooo

l'l'/8

~2')

l'J8'.'

l:W

1'>8'i

TJ)()()()

il)H<)

I 1go ()()()

I 'i').\

.\ 1()()()()0

I 'J'i7

i '.iOO OOO

l'l')')

.'.cl ooo()()()

:'.()()()

·12

1001)

(----

100

ooo ooo

I.

19<).j

lilachi SR2201/102'1 Fujitsu l'lu111erical Wind Tunnel 19%

:2000 rok

20tM

l\ys. 1.2. Wydajnnśc' ohlinc11iowa najszybszych na świecie supcrkornputcniw, klc\rc w wy11ikach testu IJN. l'i\('K osi:1gnrly najlqis1.y wynik ((illops). Da11c pochmlz:1 ze strony http://www. t:op!iOO. orq

I \

'i':d>l'la

_, 1

l)rn·1)w11;1111L •

l'lll

I

)i\

\\l'/Xustu

ilm;ci d;inycli

rfri,11ego

Wskai.nik

„ ·

lernpa wzrostu i !ości cla11ych r

Typ danych

. n·1111' (!:1cwa' ( n'll

li Hl)~Ć sckWt'.IH.:ji)

li". . . I. \'I· (l\t'!. 1,1 •

'

..

.

li"\11'/.VSlllrt)\\I) . t ·roW llt:SI I .li'll'1\Cl\J '11pt~rLtlllliHI l , } ·' 1 .. 1.1 (ii<'J.ha rek ordo w I llB I ~

)f/.t'.Sllit'\lll:l lid L

'·I

,;1ruk11t1.l J

.. . . ·I Wl'IH:jonil\VilBJ l \ic1,ha /St \ ·

ll'l)\,ariotyl:znyd1 I

typu

ut·1101now

·.

,

.

podwojenia '/' (lata)

Wskal.nik roct,Jll~go

p11yros111 ilości danych N

0,480

l;l·l

l,il2

0,:13:2

'.!,()')

I,.\')

l,!J.I I

\,'):\

0.'.20lJ

3,'.\

I.~ :1

O,ól»I

1

I

orgam1.1HO\\

l .''

l1it)i11l't1n11;111cs

g1'\lllllliC:;

,

Czas

0,518

1,1'\

I .<18

o.sin

I, Ig

IJ;O

0.'ihl)

I.'.?.'.-:>.

0,')%

0.70

Il, 188

.\,(l8 '>. ~\()

I.'77 .c.71 1,.'.1 1.07

0,071

··li ~L' h
c\11111•yW:tl\ltl. I

, .

:i.emy jednak polegać wylqc1.nic na kornpule.rnch i przestać rnyśkć. Jeśli zbyt11io przywiq:i.e111y si1: do istniej;1cych od dawn:1 metod ohlic1.eniowych, wc1.eśnie.i c1.y p1)źniej doświadczymy ogranic1.L~11 natury spr1.rtowej. Ci:igle potrzeba ludi.i, poniewa:i. tylko ludzie potrafi
I. newol1H;ja inforrnalyc;wu w naul
10

. IHlW.ycl1 L"oenomów hc1.1'• ądrowe6w • jesl• obecnie 1.adaniem niemal rutynowym. v\I lahclllC • . . i I .'-I /.a warto historyczne dane wskazu,1ące na posl<;p w ,ilro1ck lach s~k wcnc,1rn1owan1a 1 , v z· z·1zn·1czcnicm oc11011Hlv " ' ' ' . kilku 11rzclomowych ' . momcnlow. . , Po opubl1kowa111u 'gc110111u · „ · ·l"t '"'"/, . 1OWIC \V 7()() I roku moż.cmy 11owicdzicć. ze wkroo.yhsmy w „er<; postgenornow<) . '' . , . , li) ~, szyblw rośnie liczba calkowicie poY.nanych gcnomow hci'.J
Tahda JA. 1lisloria progra111ów s<'kwencjonowania geno111(1w

Archcowcc

f{ok

O

1<)<)'.i

Uaklerie ·•

J;1drowce O

Ważne

wydar1.rnie

pic1ws1.y g1·11on1 bakteryjny:

l/<11'111011hi/11s

illf/if{'J/;'.UI' ()

[l)%

picrws1.y

gcH0111

:irchcowca: 1ill'tl1r111ot·o1··

1·11sj111111t1sc/Jii

11il'rw~:;.y j;1tln1wy
pierws1.y jqdrowy org;111i1.111 wielnko11H'1r

Jt)!JH

kowy: ( 't1t'1torht1/1ditis t'll',t!tl!IS

llJ')!)

pierwszy

2000

gc110111r!lśli1111y:1\ml>id"f'Sis //,(I.

lilllll/

2001

')

3

2002

(,

9

o

2

200.l (dn

lipca)

111

l:1c1.11ic

pierwsze wydanie ludzkiego

gl'11011u1

[<)

W 11 inicj~;:r,ym podr\.~Ci'.lliku poloż.0110 nacisk 11;1 :r.wiq1.ck llli\~d:r.y hioinl'orlllatylq ,,\ Cv '"Vriluc'111 11lolckularn;1. Dostvpno.~ć kon1plctnil' zsekwcncjonowanych 1..:e110111ów ma . . . „ l • z11·1czcnie dh badai] ewoluev1· nycli. Po rai'. j)ll'l'Ws1.y 11101.cmv i'.al'i',qc porowll 0o ronll , ' J. , / . ' ~ . " "' , ' nic 1Hlj.cdy11czl' ocny. ak cale zestawy gcnow 11 ruznycli orga111zmow. l'o mz nyw.ic . . b . . . .. I I : , . •rZY lllOi.cmy tc:i. zau.q(· badać procesy. kt(1rc stcrup1 prY.ch1eg1crn cwoluq1 ca yc 1 piu i "
'

,

.

l

1):r.it:ki dost\:pności ko1 npld nic 1,sck W\'11cjrnH'.wa11ycli ~'.L'IH lllH 1\1' powstnla odą' Ima dysz11·111·1 o.e110111ika • <(;('Homnłrn od11os1 sic do• hada11 . 11a11kowych dot.vcvp 1"111<1 li·1
1.2. Gnnomikn i toolmilli wysokoprwp11slowo

li

w roY.woju technologii sekwe11cjonowania 1.bicgly si1· w czasie z pojawil'11ic 111 ,, 11 . 1H1 wycli, wysokopri'.cpustmvycl1 technik eksperylllcntal11ycl1. Jcdnq z najważ.11icjsY.yl'i1 te go typu technik jest eksperyllll'.llt mikrolllacierzowy, kil'iry poi'. wala 1rn jl'.dnoc:r.esny 110 miar poY.iomu ekspresji (tj. stt;ż.cnia lllRNA) tysi1:q ge1H'iw w komórce. PrY.ykladowo dl; 1 droi.di.y. Su<'cham11tyl'<'S <'<'l'l'l'isiue. których genom jest ko111plct11ic z.st:kw~·11cjonowanv. moi.e111y umieścić sondy dla ich ws1.ystkich gcmiw 11:1 jed11ylll chipie 111ikronwcin:r.y. Moż.c111y 11astęp11ic badać. w jaki sposr'>h :r.111ia11y w warnnlrnch hodowli krn1H)1rk 11;1i stan konH)1-ck 1.ail'i.11y od lii:r.y cyklu kolllrirkowcgo wplywaj1111a pui'.iumy ckspn·s.ii tych gcn<'iw. Krn11pkt11ic :r.sl'kwenljrn1owa11c genomy zmicniaj:1 z.ate111 sposlih prowadzc11i:1 bad:u] ckspt~ry111e11tal11ych i pozwalaj;111a rni'.wai.anic zagad11ic1i, kt6rych l1ad:111ic 11it' by Io wcześniej 1noż.liwe. · · „

1

l1111y111 wai.11y111 polc-111 bada1i. gd1.ic s:1 wykor1.ystyw;111c wysolrnpr:r.cp11slowc IL'•·h11i ki eksperymentalne. jest pn1komilrn. ksi lo na11ka ohcj11111j;1ca hada11i:1 prnlL'l>11111. o.v li kompletnego zestawu l1ialek w ko11Hircc. ( ll(\w11y111i 1t·cl111ikami ckspc1·y111cntal111'111i. które :r.11ajduj:1 tu i'.astosowa11iL'. sq dw11wy111i;1rowa l'lcklrul'orc1.a i.clow:1 w.ykol'!.ysl ~w;1 11<1 do roz.dzialu wiciu nii.nyl:li białek w ckstrakcil· ko1rn\rkowyn1 oraz spckirn111ciri:; 111;1 sowa wykori'.ystywa11a do ide11lylikowa11ia hialek na podstawie ich 111as c:r.qsll'l':t.kowych. Ponownil· zwróćmy uwagi:, i.L: dos1rp11ośl' ko111pk111.ic :rsekwl:11tjo11mva11ycli 1:c11rn;Hiw ma i lulaj pri'.cogr<>llllll: 1.11ac:rc11ic. po11il'\va:i 111asy cz:1stL'Cl.l;owc hialck •11.11:w:r.U11c i\\')' kor:r,yst:111ie111 spcktro11w1rii 111asowcj 1110,t•.:1 hyr:: hc1.pośrcd11io poniw11yw;111l· du 111:1.'; czqslL'c:r.kowych liialck. kll'>rych wyslqpic11ie jcsl oczekiwalll: 11:1 pnd:.t;;wiL· przc\\'idv wa11cgo w gcnon1iL' pulo:i.cnia udpowit:dnich olw:1rtvch rn111ck rnluv111. v\/ysokopri'.l'JlUSIOWl' techniki ckspcry111c11tal11c .dostan::r.aj:} O/!,l'l„llllll:j iloc;L·i danych. co slanowi nic lada wy:r.wanic dla hiuinl'ornialyk(>w. W jaki sposób 1.achowywltiowc· s:1 kluc:r.mw dln zapewnienia posti;p11 w badaniach ck:;peryrncn1:tl11ych i gd1.iL: algoryt111y ma;. ll'L'lllliki ckspery111c11tal11e Sw opulilikowanyd1 w ol;n·:;lonvL·h lalach. ktcir<' :r.:1 wicraj:1 :r.adanc slowa w tytule. liście ltasel l.l11czowych lub :·;1n·szc·1.l:11i1>. f'-1:1 rvs11nl.11 I.~ pr1.cdstawill110 lici'.h\· op11hlikow:111ych :1rlyL11lów (nara:;l:1j:11·1i tld 11 1;;1 1«11.11.) '"!111•.„i:) cych si1· do kilku jl111ic·s" (/'l'llOlllika) or:11.. .liioi11i'ur111:1tic«·:„ ( liioi1ilnr lllalyka) rośnie 11iL'111al 1v ly111 sa111y111 IL:lllpie. \.I/ obu p1·1.yp:1dk:wh w:.k:1i11iki rnu11•'!·'" pr:r.yrnst11 S rnku. „.l'rn1c·o111ic.„" 1p1·„tn>111il.:1) '" Sl\lst111kowo 11owa tl1.iL·d1.i11;1 hada11, st;id hrak jakichkolwiek :1r1yk1illi11· "'Jll:'"ii l'l'J:: I() ku. ('1.as podwojc11i:1 wy11osi tu o.·; rnld1 to 11ajs1.yhs1.)1 11·1.rw:t oh:.1T\\'tll\·:1111 11:"'"' d:111y"h 1.chr:111ych \\' 1:111. I .. l. I ,i,·:r.lia (l(lwol:iJ\ do :,luw:1 „111in11:11r:1v" \ 111i!.1"111:1< in; 1

\.:J. Glym jin;\ bioinformatyka?

1. Bowolticja inlorrnalyr.zna w nau\rncl1 biomoclycznych

13

naukowych w kolejnych lalach (podana w milionach artykułów). Aktywność naukowa dokladnicj liu.ha publikacji naukowych) rośnie również w sposób wykladnic1.y, co oznacza, i.e ahy nadqi.ać za postępem w 11m1ce nale:i.y czytać cora1. wi\~cej publikacji. Prz.chicg krz.ywej jest nicrnal dokładnie wykladnicz.y 1. czasem podwojenia 9,g roku. .Stąd wniosek, że krzywe od11os1.qCL: si\~ do szc1.ególowych zagadnie11 cechuje wzrost ;,decydowanie hard1.iej gwaltowny 11ii. w przypadku ogólnej wied1.y naukowej. W tym momencie czytelnik powinien być pod wystarczaj<\CO silnym wrażeniem istoty 1.agad11iL·1\ rnuawia11ych w tej ksi
V

\(Hiii

lllll

" )(·»

)(

Iii

·><

\t}i){)

jl)\).1

. . , ' . \, ''·ho H1blikowanych od 19HI ruku do pndanego nlkll. w k~óltys. L.I. I .<1<:1.11:1 l1ulia :111y!.t1l\l\\ 11.111 .o\\)L I . » >hl'ślo11c slowa. Dane· p<>chodz;1 I. 111· . 1· • . I .. ·I 11 11 ·;owych l11h ·;t1\•s1.n.c11111 wys \ Jlll.J
·t:

1 il I } ) : / / \;/( 1:; . Hl

i \H, l '.-;

. · \' '

.
luh

l1l lp://i:1i1». i:1il'.!1nwl<"

'l''·''"m

Jlioi11/im1111tvlw j!'sl i11t!'rdyscy11/i1111ml{ d::icdc:i11r1 //({llki ohl'.i1111(il/Clf wvkor::y.1·11111ie 1111·/od o/llic::c11io1lyd1 do /)({d1111i11 d1111rclt /Jiologic·;,11ycli.

. . · · ·. ' .. , I ... „ .r .rosltl poz.oslajl' w dui.ylll stopniu 11·1clinion»\1·111e1. .g 1v;1.l.t1 >·1lv1 I Il' 110:\\\\;1~· 11::'.'1:: ~'.l~v !~,';·:;, ~~ :tii.nych znac;.eniach. Podcz;1s gdy nie1n;~I W\' \H•111cw<11. :„ iiwo 1 ' . · · I ·1 · „ vvcli ('111" 1111. · · . ·. . „,, I I l)l)(J roku dotycz.Lu11.1 spi .. u ··I· „ '< I , >h1i dotyczy . „ .. " „ ·li hl ·ich zde.cydowana Wlv ,s1.osc m \\' ' 1·n111rr111· c/c!'trodcs), W po!.ll!LJS/.yc ' ' · . „ , T· m w1roslu · . . » », l)N/\ W\'korzystywanych w badaniu cksprcs.11 gcnow. c1 11 I · · rn1k10111,1uc1/.\ . · · wy111·1„ .. . »,„ DN \ · . ·t · · ll'lll w11:kszc 111z ,,1 to .,,, 1·ys1111lrn · · wvkor1.ysta111a n11kro111.1uc11.y . I .JLS I.cl . . , . , , . ·" (. ·hvencja) jak . I ic~ln ·1rl vkul(iw odwołujących si1: ;,arowno do slow.1 „stq11cncc se' . -. ·I'·, . '. · : .' .:. ·,. , . eh 1 .l'.Sl z.naci.nit: wii·ks;,a od liczby lycłl wykor1.ysl11Jąl'yc l l ll„d.ll.ib.tst (!>.11„1 d.111y 1·<1.l'.\·\''•'';,.,111vd1 (lici.ha la rośnie jednak n.rniej gwaltow111.Gl:..,Dawolm· słowo / wczt·~;nit:j , ' J !<)l) I -001 . ,11,·1 s11olcu.ności naukowej stały s11: w latach . . „ ·-·~ iw 1,. 1)()ka·1, 11 j<\, jak wai.11yn11 1 I : · ·, do ich pr1l's1ukiwa11ia. 1,1c1.1n1 ary„

,

: ,: ,:;:;:,,:::~~: ::':'"(·;~,;::~;:L::::::e,:;:~~:::;:~ :~E:,::::~:;:~,,~!~~:::~:: ',;~:~,t~·/1 1il\~,:~y,~,~il~~~:y~~~~~:~

0 · ·li· ' , • • • . • przeb1co \I /.ywe1 Ill.t 1 · • ,, 11ycl1 lt:rrni1H)W 0 co 1iaJ1 11111 c.1 ri.w 1 wie ,osu . · ;·"" · \ roht) Filooenetyka 11· I · ·zy ·lloci-ri czas podwo1e!l1a JCc:l dosyc dlug.1 L . ' · L~ , · r;ik1cr wy, ,11 lllL. ·-, c . , , 1" . . il·, ,,,·1·11'>re·111ierwsze 1)llblikacje na podstawie badan · I· 111 · ··1·w1dv•cvp1n.111.H '. ' · 1c·st \VI.)'. 1.·t I ' „' ' ·„" » ' „. ·i. o hlk.:1 dl'kad artykuły wykor1.ys1ujqcl' dostt;p111"rlolt>!1,w1.11vcli popi 1.u 1 "1J•l \\ ci„ts' ' . · : , · . . I· , ·t·ltllich I .' ,.„I. : , . ,· . Vv\suki plwc!liL: prowadzone badania olH.:.111111.i:1 analtZ\: wv1nac1.:1111<1 ( r»<.ew I <•;'.l'. . . , : . . : „. : 1· '. nr;wiklanie 11il'kl(>rvd1 kon1rod11i.vl'i1 1.hiur<>\'<' sckwc·11cp, d·1.11:L1 c1":n111,1c„t lllll/. l\\L . . Wl'l.',„vj11yl'i1 :1sp<:ktJ>r(il.'!. krzywyl·h ocl11os1.qcycll _s11· du ok1cshlll)Ch , I I ;diranyl:li w i11dcksic cytmvan I t1i.l1wycli» 1.11:1jd11jc o:i<; n>wnic·i. l:1c1.n:1 lici. ><1 arty rn ow

7

.-,„.

l'oniewai. hioinl'or111atyka ci<1gk jesl wzgl\:dnic nową d1.icdzi11q nauki, cz.t;sto ludi.ie slawiaj
Cidyhy ta dcłi11iLcja uk:11.ala sit; 1.hyt krótka i 1.hyt og/>lna, to proponujemy nieco hardzil'j rn1.l1udowanq: llioi11/(1m111t.1•/ii1 jl'.s/ i11tcrdy.1·1y11li11amą d::frd::i1111111111ki olwi1111(jącl{: o m::11•1ij 1111'/0i/ o/Jlic:.:1·11im1·w·lt s/117.ąrw·lt do /)({d1111ia stmk1111)'. Ji111k1ji i 1•11•0/lllji ge111)11'. /Jiufrk i 1·u/vclt g1•11m111i11>, "' m::ll'1ij ll/l'/111/ 11',\'kor::ysty11•1111vcli do ::.urz.ą1h1111i11 i m1uli:'.y i1(/i1m1m:ii /Jiologic:;111'.i gro111ud::o//l:i 11· 1ok11 /1odmi ge110111ic:;11yclt orm'. />w/111i J>ro11•11r/:'.011yclt ~ ::11s10.1·m1•n11ii•111 11·ysokoprzc1111s11111•y1·lt fl•1·/111ik cksper\'1111•111u/11vclt. Jeśli taka dl'linicja jest ci:1gle zbyt ogólna, czytelnik powm1e11 uważnie prz.yjrzeć sil? spisowi treści tej ksiqi.ki i 1.wrl\cić uwag\: 11a wymienione lam zagadnienia, klóre (11aszyrn zdaniem) okn:ślajq is1011; hioinl'onnalyki.

-~JL 2'.wiądci między gem~tyką [~·woim::j~] mcD~Q~lmimTtą

l[ffa:z

ill(][miar.yjm],

hi(Dinfonmaly~c~1

1.4.1. Trnchę historii.„. Cienelyka populacyj11;1 ohcj11111jc badania 1.rnic1111ości gctłllW w populacji. Fu11da1m·111al11c z11ac1.enil' w gcnl'lycc populacyjnej odgrywaj;11.agad11ie11ia doboru naluralnego, nH1lacji ora1. dryfu gc11l'lyc1,11L't10. /\ltl'malywne warianty te(!.o samego genn naz.ywamv allelami. Podsta~vy l~oret)10.1ll' cg1:11e1yki pl;pulacyj1ll'j w-d11;:ej rnicr;e \~1 ykor1.ystujL~ si;: do inlcr-

14

I. Howol11cja informatyczna w m1111
prctacji danych ckspcryn1cnlalnych dolyc:r.<1cych ro:r.kladu c:r.1'.slości wysln>owania alleli oraz do analizy :r.achowm1 ro:r.wa:i.ancj grupy organi:r.m(>W (np. wy:r.nac:r.anic dcktywncj wielkości populacji, schcmal(lW 1nigracji, stopnia wyst1~powania chowu wsobnego). Genetyka populacyjna ma siat us dobrze ugruntowanej dzicd:r.iny nauki, a jej podstawy :r.uslaly stwor:r.011c przez Ronalda Fischera oraz Sewałla Wrighta w pierwsi.ej połowic XX wicku. Podstawy te wyprzcdzajq w c:r.asie erę generowania i analizy danych sekWL'.ncyjnych. Mrcj pr:r.edn1iote111 hada1i s;1 c1.:1stec:r.ki, a celem sdiaraktcry1.owanie 111ccha11i1.11H\w 111ulacji i selekcji :r.ad1od1.:1cyeh na pozirn11ic sekwencji. Istnieje wiele genów. k!t\rc zostały 1.sek wencjonowanc dla du:i.ej lic:r.hy gatu11k(1w. To o'!.nao.a 1.wykk, i.L'. dysponujemy rcprc/.L'lllalyw11y111 pr'!.ykladem pojcdync'/cgo gc11u dla ka:i.tkgn 1. galu11k(>1v. Zaledwit; dla kilku galunk\\w jest doslc;pna obszerna i11forrnacja o wcwn:1tr1.galt1nkowym zrt'1:i.nicowaniu 11a po:r.irnnie sL·kwcncji genomu (np. ludi.ie i 111us1.ka owocowa). Zatem w ewolucji 111olekularnej nacisk klad1.ie si1· na prowad:r.cni\; pon'iwnawczych a11ali1. c:r.;1sleczek mię­ dzy n'>:i.nymi gatunkami. natomiast genetyka populacyjna zajmuje si1: :r.wykle badaniem 1.n\:i.nicowania gene!yezncgo u osobników lego samego galunku. Za narod:r.iny ewolucji molekularnej jako 11owcj d1.ied1.iny nauki ci.asami u:r.naje sic; opublikowanie artykułu /',ucke.rkandla i Pauli11ga (I ()(15 ). ·nun po r:v. pierwszy wykorzystano SL'.kwcncjL' hiall'k do konslrukcji drzewa filogcnetyc:r.11cgo, eo sprawiło, i.c wiele os\\h :r.ac1.1:lo postr:r.egać sekwencje w kategoriach ilościowych. W roku (l)(15 sformulowano prawo Moore· a, a kompulery 1.aez1~ly odgrywać islolnq ml\'. w bmlaniach naukowych. W istocie biologia molekularna 1.yskala na wml:r.e w naukach hiologic:r.11yd1 w lym sa1ny111 czasie, gdy komputery staw;lly się wai.nc w wyn1iar1.c spolcc1.ny111. rv'loi.c111y n'iw11ic:i. argumenloWaL', :i.e i !Hll.'/.:\IL'k hiuinfornialyki dalujc :;i\; 11a rok I <)(15. l'icrws1.c wydanie ksi;1:i.ki 1\//((.1· ()/' f'mtl'ill Se1111e11ce nnd Stm1·11m' opracowanej pr:r.e1. l\ilargarcl Dayholl pojawiło si~: w wc·rsji drukowanej w I l)(i'.i roku. At/us sial sil'. p(ii.nicj podstaw;1, 11a której zb11dowa110 hai.~' danych PSD-l'IR zawic:rajw::1 sekwencje hiall'k (Wu i i11., 2U02J. Wydaje si~· j,·d11ak. :i.t' laka i11terprclacja stanowi 11adui.ycic. Ter111i11 „hioinfon11alyka" nie hyl u:i.ywa11y w l:liach s1.cśt'.'dziL:si:11ych XX wicku i, /. wyj:1lLicn1 kilku pionierów. bioinfonnalyka niL' liyla wtedy aklyw11:1 d1.ied1.i11:1 hada1'1. Bioinrornn11ylw -;.ac:r.»lo postr1.cg:1L' jako odr1:b1n1 dyscyplin\'. nauki dopiero b:ml1.o niedawno. l\yl<• lo wy11ikiern rndz:icc:go si1: pr1.ekonania, :i.ew celu badania u1~ro11u1ycli ilości udosli,:p11ianych hiologic!.l1ych danych sckwcncj11ych potrzeba wysuL'L' L:kL1yw11ych technik ohlic:r.c.niowy\'11. Jeśli n1oi.11a powiedzie(, :i.<: biologia 111okkularn:1 narodziła si1: w lylll s:11ny111 c:r.asie. co i11rormatyka, Io a11;tlogio.nie 1no'i.11a ~;twierdzi(, 'it• hioinrurnwtyka na-

IA. Zwi:1zki

między

qe11clyk;\ populacyjm\, nwolw;j;1 molnkulm1i:1 oraz 1Jioi11fo1 malyl«1

1,.,)

rodziła . , „ . 1110111·1 . . . . I·się w . tym samylll c1.asiL'., eo l11tcr · ne·t · 'I'•co1clyc11l!L' sohi, 1 ·· · 111cn1e )JO 1og1c1.nyeh hai. d·uiych s +iv, . . .I 1 · · ·. .· • · e wyo Jraz1c 1sl . . . · ' · · · c' · Ullypiyc 1 )L'/. l11lernelu 1 . I . J· I1 1 1 o wiele 111n1e1 prz)1d· 1 . I .·, • •. . „:r.yslalllc . , .t m, IO\~ iem 1 ,01 z lnz th11ycil I '.u I0 l n.i' . Y.Y)y one wll'd\'. · ' · ' ))' J)' og1a111c1.onL' wyl:IL'/.-nic do grupy tych użylkowllil·ów . ir~ I· 1 ·Y \ 1og:1 poczlow:1 otrl"JllllJ"I ·tl 1 1· . ' ' 1'\ · . wydama ha:r. dallych. Wyobnźlll)' S( .. t , . . · . ·.> • • • ' 11a 11.aqe 1 11owc· · ' · • l 1)IC Cil I OSIH\CY z L'/'l"el 11 ·( . I go miesiqca pudel z danymi /\rnos B· . . ·I . ' · : "·'. s os t oslarc1.auych ka:i.dc-. , .i11oc I ze s-;wa1C'1rsk1epo i11slyl 11 t I .. 1· · · · '. · ·,„ (!lairoeh, 2000) podał :ie w ,,,, r . , · . li 110111 orlllalyki 19 ' '. ,,,, u 1\li O\VC/.es11a WL'rSJ'I lllłosl 'l)ll" ,· . . danych gcn(>w hyla dosl'lrtTtll'l . 'i 1 "' · \. l.tlle.J przez 111ch ha1.y . .. . . . . • " , 11 •1. - l1ys 1\Il'( 1mel. . . 1 Jak wyohd·tloby I, · ::· " '. zie danych nowych sek WL'nci·i .eś li 1 . , ·11 _ . r t po11owa111c w b;1 · . · · '· 1 " lll Y10 1iy JlOL'l.ly clcklru111c111c·1 0 ". ! „ ., ty1111110111e11ciL' picrwsiy ·iulor t·· 1„„.- 1„. · . · . 1.11. 11lu11cl11: ()W . I. . ·. • L.J ,s1.11.\I 1.aczy11a SI\' czul- slarv i nic1Hil11cl1 ny. /.iwnym z )Je!~1c111 okolic·'1l\lS'L·1· " I)0\VIL'lll · · w. I<)(· c . I N' ,, ' ' 111·\!\l·,·1 ,,J SI\' w roku Jl)~\5. pełen pozy1yw11c1· cncroii 11i „ 11·. I . . . . . u l\hll . wdl1_1go polc111, · · · · · · :-· s.i ,ot Y p10°1:1111ow 111ctl·u111 110 I i" · d1.1a 1ac 11<1 (1wc1.eś11ic dosti;irn"t·lt h'1111pt1 · , „ , 1I t·1lli'\'j .. '"llHll'Y ('lll" · "/1 ' · . · · ' orc 1li.Il .> · \'!1111aly 1 I()}\() ktoś ).yC1.liwy pok'i!'ll rnu . i"il · . .. · ' c" ic1111 n11111•s) . •, roku . · - . 11·· ' ' 1 spo~,o)111ywa 1 ' " SI\' r1'C111coo Il · I · · loloczncoo czyli ysil-i ;\ t . · . · · - · ,, talllpll alura slolok11. '" ' · 111 · · ·' · 11 01 pa1111~'.la Io wydarzenie do" I li • I. , I : . . . mys1.k1 wraz/, ro1.1H1c11Ticn1 )Jl.'"1111"1 . . . "\( i.i L. )„l yz ;.at?.;!l 111yw;w · ·· · · "' • swoieJ rn;pnwy I< 1·1 · ·1 · ,· p. · · · niego świadornośc', :i.c llicnnl c"tl" .,. ·. · · • __

· 1.yc1. iwa osoba W)'1asnil;1 · ·' lI·\„ (I.I.I c1.en1e 1crn1im\w ! Jl' I 1· N, . „ , „ . . . . ' '" • ._ "LU ., •v '', 1.11<1 . · ' , clsc.ipc. kilka11asc1e 1111csi\'.CY j>Ó/n' .·I „ . • · siało SI\'. dla autora di.i·ihnicin l'lll"I (>I . · 'Cl ,rn 'l.ysl.1111\' 1. lnlcrnetu ' . ' • ' ) H>Wy111. )L'ClllC \'() llCIYIVl''l(' I " " ' I . . s1cc1 sprawia :i.e w „ 1cv ln1 '(>I· . .. ' · '" · >1i.u11-:1 w 1 1.1:1'a111u 111 • . ' L ,o 1Wie<1 I.ro 1lll".

1.4.2. !Ewolucyjne podstawy bioinffmmaty!d Jak wc1.eśnicj wspolll11ia110, hioinf'onnal drn to ,. . . , . . . . , . , .. tyczy hioi11ron11atvki tu do c:r "'(>., ·1 .) llU\\.l d1.1.uJ1.111.i h.ida11 ..'i kom ks1q:l.ka do . . · · .L,„ JCS 11.tlli polr1.eh1n w1ed!'I ·1· . „ ·I . . l;il(Jch pik cwoluc1"1 molL·l·t1i·11·11· -. I ' . " os .i1s1.yL l 1.agad1m·111:1d1. · . ' ' • d 1 1•e11ety \,.p.i I vw.inc w odcrw·111111 0 I . I „ „ " · · .. . . ' lo,1esl 1.arnies:r.o.aiie niciwtl ·, . · < ewo llcJI · ,)(W1enl1.c11ic ' 11 1" 11.\ 1)'lll !J(l( 1l'\'L'i'lll 1(li L'W li ,-· . ' · · · , . \ ucp i my row11w1. pozwoliliśrnv sobie zacytowaL' ·e lul'IJ. '/ .· . , . · ·1 '. · · 1owoc 1ow, 1d01c wkrolcc st·n · ". · I · · · nak lroch~'. 1.111od"fikm1"1'· 1 "f'. , I .. 1· . '. • i.1 SI\ ,1asnc, c 1c1clihyśmy je jed . J ''·--"IL 11 )Jo111 01111alyn: 111c 111· ·. „ ·, T · ... w oderwaniu od cwolt1L'J„1" l't>''ll''l„ I ·11 . I .i SL 11„u, .JLS i Jl:,1 io1.patrywa1w · " '· <1.111v <1 ·1 pr1y h I · I1• · · · · .Jed11:1 z podslawm~_l'ch i 11·11·c,1·s:1··1· .· '.'I . ._ '• \ ow. 'o1c 111.asad1nap1t:ik:i1.111i:n11·. • '· ·· ·· LJ s usow·111ych 11ro ··cit · . I · · 1. wy1.1rnc1.cnie dolYlS\l\'"11'1 11·11· s .,·. „, I • . . ce 11 11- 110111 orn1;1I Yt'<' jcsl "'" '.c,we1w11 'r'I)' J ··· · „ · · wycli wykorzys111·t· si'. . '. , , '.. . .< i>p<1sowywa11111 sckwc·11q1 ;1rninokw:iso. . · .' .I · \ S) sl1111 p1111k1;1cp. t;iki jak np. 111:1l'icr; 1'1\M „ 1 ·. . . 1 ny poszcze1•óln"L'h l"'S''t ·11111·111 )\1\1:\SllWl't'li J·. : , „ , "Ili..• !<\ . (1op:1sowa111;1 . ' ., } ~·'·' / 1·tl111. I ('''"'i· ' . ll'S1.la1111. !'akie sys1e111v 1>u11l 1· .„ I . „ . , ' 11 ,„.11nv1111 uh 11111v111• ' · 'dl.Jl WYWO\ /;I SI\: I. llHHkli r'W lu·,· , ·J \". · . Pllll((Owe s;1przy1.11awa1w1nn I .,„ I. . . . u C\Jll)< I. :1ysok1c '""11_1 ' I' . ' . li I I CS/. dlll l I IUk \V'lSOW\'\'li I I ' . I . !He Jt:d11;1 Ila druo;1 IV loku cwolw"i s I . .. . •,. .' , 'o1c li eg;1_1;i 1vv111i:1 w_c sq przy1.naw:;1;c 11·1ro111 r··s·'i ,-.1 .' \' ',we11q1 b1alka. f"li:-:ki« luh 11_j„11111<: '"·"11_1· 1>1•11'.1" (' · · L. ,_ .11111110 ,w;i:.:owvch klorl' "' . . ·. ·. , .. .l(ly dopasowywujellly sekwc11cjc RN/\ „. ' " · ,, ·„ . "'' ;.i_1111t 111-.i111 łi.11d>t1 r:;.;1dl-.1•. rl.\'1;i d1111'." '· . '. \ ,rn1st i1~.ityw11a or:11. z leg.u. ·>.t: w lyt·h l'rag111(·111:wli ::1111kl>.1n·.

I. Huwolucja informalyi:zna w 11aul
. I „ s i·1row·111c ohscrwow:111c podstawi1.:nia ma-;'.dii« ,,t11HiWi:1daj:1<"' ::ulm: 11ary :r.asa< s.1.· ł.·. , '. . .lol·l:1dll'1cl1 do11asowa1·1 sekwencji . . . , .„ . 1 ;.alt:Ill wy1.11.1lJ.c.1l1L. 1 ' , -' „ . . l'l «ii:1r:1L1<'1 1,lllll!'< IL"ll ).Ili). 1 ' ·. . . . • " . vollll"Ji sekwe11q1 na po1.1on11t: 1 \ ·'/,arn\v110 . li I' .,1 wyniaoa 1.101.11m1L 111.1 L v " · · " I , " . · 1 1 '1 l a 1Htl l 1 ,, J1h.

„/

I

{'!

•

111ulck11larny111. . L'/L'"OS . . ()WY 1)j,\l\L „ •. s ·l·w1.:nci·i bioloPic:r.ncj, picrws1«1 . I. '."I> .1. L \ -. '" . Kic:dy chn:rny l Iowiec /.ll'L ·'I · · ·:.„ .' " «- . : ·I· , -·i I tóre s:1 do niej po• -. • • • . , . i „ 1·. ie w haz1e danych ta 1dc 1l se' wenc.1 . ' . .. • n:":;.q c1.yn11osc.1.1.Jt.sl W) s1.11 "111 . . l . , . v·111i motyw·u11i sckwencyp1yrn1, klo, 'I ".· „ "'lll JCSll'SlllY /alll CIL'.SOv' ' . . dohnc:. \·V s1.c1.c·;.•.o 11m.c I 1 1·\" . · · · : . . - , bi·dcl Wynika to slwL i.e wa:r.111.: 1'l 1Ot 11·111 \- ' '· · · · ·lnr·tl 1ery1u Pl ca 1 r« :-:: 1::ilnw ko11s1:rw:11ywrn: 1 ' ' ' - · :. , W bazach 1 L·wolucji l I s ·I we nep S:j 1ad1owywa111 w 1()dl .. I. r /. n1'i.11ych \H>wo1ow r:1gine11 > . c ;·' )Sl:l'I·: 1;1~iNTS i lnll:rl'rn qmr. roi.di„ 5), w:ri.ne, d:111y«li rnd1.111 ill:iil'L. t:1Lwll 1.ik I j,( , . :· „ I ·I· iovnn<' na 1mdstawic an:tlizow:111ych . . . llVW"'«'l·wcllCYJllLS•)lL.lll ' „ ::il111i: Lo11s1.·rw:1ty\·'..'il< 1111 . '" ' : '. .. ·tyw·iiic do Jlr!.ypisywania sckwcncp . ·I „ .„ I "i kl· ·1 11asl«pn1c- wy 1,rn i.ys ' · . 'i< •p:1::< .w:111 " , . . . . ·t t t·1 ·1 homoloi·•h Sek wc11cic na:r.ywa. :" . \\'Ul<.. li. li·r ,„, wy 1' ,l . cciL·111 ,,,,, u , ,,·· · . d<> o\..rc:;lonyc 11 r<•L 11.1ii. ' 111 „ 0 . -· 11 11 ·1: . · . . 1 .· iiuodk'i lj jeśli 1.wią1.ki lllł\'.· 1 . . . T WY\'ftldf'i sw m wspo nu•.o . • · . · . 1 111v- l11>111oloi.•,1t·1.11y. 1111 " · : SI\' . \v. to 1,11 11rzvczynq . '.ewo liic"ii - <';•·sto . - J<'.s. I . :.. ·. . J\V'llll'l · .„ . - IL'.gll, ' 11i111i :::) WVlllkil'lll Il.' l 10/.lllU ' 1« ~'I .- or1111il' W)'Sl\:p11j1· je.dell ko11scrwatyW· I ·1l 1L'i1 lll'tlL·k w ()dl s Olll I ·-· . . . I „ 'i.« w ::1' I'WL'lll'jl w .·;z) s ' . ' .· "11«· „ .I . llooic111e . .Jeśli 1Hotyw _ie.sł harc /.ll , ·,. I" I 1: 1..vs 1 vslk1« lL> h1.1 "' s.1 H•llH "' · · . . . · · 11v 111\ll)'\v .1c:.1 .id. · \ · "· \)OW"t·il' widokrot111c 1 111c1.alc:r.111c „ . . . . .. . ,„ 'i. w toku ewo 111cp 111og 1 01 1 ·' ' . . i.1t'ltl.i. i:·:l1lll.'.I" :.1„111„.i . .L . • l I ll«1l""O nie1w,1kle w:rim· jest odrti·i.n1t:111c przy. I I. li ·I 1 (i'('T\V''•"'l'lhtpt . ' .,., ... -' ·1 . 1 1v ru111yc 1 >1a ,:11. • „ '" • . .. I· .. , 'IH"li od lllldobic11stw wy111 'aF1' · '" . ' I " li ·d·1cvl'l1 W)'lll 1 ,1u11 ,011WL1l-.L . 11adk»W)'L' Il p••< I<1 I1w11:; \, I '_ ·. . . . . I' . „ I. ·1 l·l·111\1.ch rodzin hiakk /,111icr1.a za. " 1 ·iq·i1-e1 ,01.wn1 M · ' . · . · · . 1 .„ 101.1 «yt·lt /. pr1.chwg11 cwouc.11 ie . '.. :_' „ I· .iwych hornolol',tiw d1.i1:ki dokonywarnu . I I lw1·1n1·1 wvk1yw.11H.1 p1.1WL I. „ I. „ 1,·111 w I\ll'rt111 ,11 11 a · · · ·„.„ : . . . . I· .. / Jadkowvrni i r/.L'L'l.ywistyini pod1111t:11l1:ird1.i,·j jL:d110/.nao.11ych n11.ro1.111cn llll\ t 1.y P1I.) I stw:1111i w s1:kwc11cjach. . .. , , . I· ich •:truktur l>i:tlck. C"l.\'.Slo obserwuje si\'., 'i.c i'odoll11.: SjHlslrzc:r.c111:1 dutyci"1 IJ,1/. l ,lll) ·1 „ . • ·how·ui·i "lruktur<;. Przykładowo . I. Ił· l lll'l.l'l sto"Uilkowo l 1o 111.c 1„1c . ' ' " d:ii<'k<> spo I:r<>Wlli!lllC i1a ,: "' . .·' I 1·1 ·1l1)1c'1·1!"1t• ,„1111e w dwl'd1 bialkach, · · I j' · 1 · r uszy > 111rn2. ' ' · ·" liu.. 1•:1 i wz;.',10l1H'. polo;.elll<.' ie is l11cp slr11kt111 \' l i . I ' ' .I"" _" ·• . . , .. ·hvcn.:i'i drnncny le po zwrn1<;. ·vl'li . \ll>\· "' ' J • d1q.lik:1c1:i' l:h• ''.' :111w' '' ' I l.. : ·11i·1 wi·.1ryood11ych 1.as(1\l1iw inl'onna'l\'l'idll' /<'W CC 11 \V\ll/.l. • · . t« • \ · · · /.:1w::1.1· 11:1 1«I.V 1111c·c· 11:1 ' . ' .. . . „ , •· . l111l1L'll'tl'h Lo11it:L"/.lll'. jest do )i'C ··1i" ::1·Lw1 lll'J'.l'·I> l>i:ikk. ich struklt1r1.c P';'.t:st111 lllltJ I t . . . . · · · I · 'iii' t'\l't li!"'"11 I> i: dcl\. /I'! J/lllllll'lll<: 111<«. 1:1111/.I 11 < . „

•

.

> '[

i"

"„.

„

„

•

·1.11. Zwii\7.ki

miętlzy

11e1111tyl(iJ

populacyjną

owoh1cj;1 rnololmla111:1 oraz hioinfonnalylq

'17

W oslal11id1 lalach hada11ia ewolucyjne stały si\?' również moi.li we do pr:t.cprowad1,;1„ nia na po1.iomic całych genolll(lW. Jeśli chcerny porównywać genomy dwóch gatunków, to uu.ywiścic nale'i.y spylać, kltir1.: /. genów wysl<;puj11 w obu gatunkach. Odpowie(!;, na takie: pylanil' mo'i.e hyl' 1.askakuj:1co trudna. Dla każdego :t. gen6w u jednego gatunku 11alci.y ustalić c/.y istnieje gt:u do niego holllologic'/.lly u drugiego galuuku. Wykrywanie prnlohic11slwa sekwencji pochodzących 1. ró'i.nyl'.11 galunków mo'i.c być trudne 1. powodu licznych zmian ewolucyjnych, które 1.aszly od chwili rozdi.iclcnia się linii c\.vol11cyjnycl1 gatunków. Vv'i\~kszość gcuonHiw 1.awiera lic1.nc otwarte ra1nki odczytu, ktt'lrc s:111wa'i.a11e 1.a geny, ak dla kttirych nic moi.na 1.nald.ć podobnych sekwencji u innych galunk(lW. Stanowi Io dow(Jd 1.artiwno ogranic1.1.:1i obecnie stosowanych metod, jak i stopnia 1.rt'l'i.nicowania sekwc:ncji powstałego w loku cwol11cji rnolekularnej. Nawet jeśli jcstcś111y w stanie wykryc' podobic1\slwo, to dccy1.ja o tym, które geny sq homologic1.11c, po/.ostajl' ci:1glc Irmina. Wiek genomów 1.awicra rod1.iny 1.duplikowanych genów, klór,: c1.1.·sto n\'i.ni;1 si\'. nic'.CO pcl11irn1q l'unkcjq luh miejscami ekspresji w organi1.rnic. Spokrew11io11e t'.Woli1cyjnie Sc'.kwc11cjt: :t. jednego organizmu, kllirych linie ewolucyjne rozcs1.ly si\'. w wyniku duplikacji gc1111, S<) 1ia1.ywa11e paralogami, w odró'i.nicni11 od on·lołog<'iw, ktt'lrych wysti;powanic u niż11ych orga11i'/.ll1ów jest wynikit:1n ro:t.d1.ielcnia si\~ gatunków, czyli spcejac,ji. Duplikacja 1J107.e 1.aclwdzić nie1.a!Gż11ie \V rM.nych liniach ,·wnl11cyj11ych, stqd pojedynczy gen u jednego 1. gat1111IJlw mo'i.e być homologic1.ny do całej rml1.iny grntiw 11 innych gatunków. J\ltcrnatyw11ic, jeśli duplikacja naslqpila 11 wsp1il1l<:go przodka. wtedy oba gatunki powinny mieć kopi<; kai.dcgo c1.lonka rml1.i11y gent\w o ile oczywiście pewne geny nie 1.ostaly usunięte w loku ewolucji w jednym lub drngim gatunku. Kolejny111 1.agadnicniL'.m do rozważenia. s1.c1.ególuie w przypadku baklnii, jest 1.dolnośc' pozyskiwania pri.l'./. gcnnrny nowych gent'iw na drod/.c po1.iornego trnm:fl'rn DN/\ 1. niespokrewnionych gatunków. Port'iw11anie sekwencji mo'i.e wledy 11icpodwa'i.al11ie wska1,ać na istnienie homologii mi1:d1.y genarni orga11i:r.mów, ktw w ohtThic grup gatunków i 1.rn1.umienic, w jaki spos'i.nicowania sekwencji w populacjach, a lakżc 111cd1:111i1.1ntiw rn1.pr1.estr1.clliania si\~ nowych wariant(>\v sekwt:ncji w populacjach. Po 11rucho111ie11iu prngr:11nu kolllp11lerowcgo 1. 1.:11niarcm pr1.cprmvad1.cllia molekularnej a11ali1.y lilogcnctyc/.ncj, nm'i.c:my postawić pri.ykladowe pytanie, c1.y określona sekwencja 1. ufowieka jc:;t hardziej podohn:1 do odpowiedniej sekwencji /, s1.yrnp:111sa lub goryla. Naló.y pr1.y tym parnii;tać, 'i.e sdc\~(cr;cjc·\tt;·1\1,lpgły zn\~.nicowaniu w wyniku //

'i'

•

'

'1J1,,~1«:'

: I. nowolucja infor111alycz11a w naukach ilio111odycznycll

10

utrwalenia si\'. nowych warianlów sekwencji w odpowiednich populacjach . .lcdnoczc.foic nic powinniśmy zapominać, i.c 1.1ianL'. warianty sekwencji rcpre1.cntuj;1 pojcdync:t.L'. osobniki 1. populacji. Istniej;\ pewne d:t.icdziny bioinfor111atyki. kt(\rc są bc1.pośrednio związane z gcnciyką populaeyjm1 u.łowicka. Gro111adzimy obecnie ogronl!HJ ilość informacji o zmienności sekwencji gcn(>w w populacji ludzkiej, s1.e1.ególnie dla· przypadków, kiedy zmienność ta wiąże si\~ /. chorobami d1.icdzicznymi. Niektóre z dokumentowanych 1.mian 111og:1 być dui.c, jak 1ia przykład delecje cz1:ści genu lub chro111oso111u, inne natomiast 111ogq mil'.Ć charakter polimorli1.1nu pojcdym:1.ego nukkolydu (ang. singli' 111wleoridc 110/i11w171!tis111. SNP, wym. snip), ktL1ry przejawia sii,; wysti,;powaniem rói.nych nuklcotyd(lw 1ia określonej po:t.ycji w sekwencji genu. Bazy danych SNP i11ogą zawierać nil'.l.wyklc istotne dla 111cdycyny i przcrnyslu rarnwccutyc1.11c1_io inrormacjc. w l'ar111akogc11on1icc bada si1~ 1.wi:11.ck 111i\~d1.y tyn1, w jaki sposób rói.ni pacjL'.IKi rcagujq na pr:t.chicg określonej kuracji l'armakologicrncj a warianlcm posiadanych pr1.c1. nich alleli. Badania lt:go typu sq prowad1.one 1. 11ad1.iej<1. i.c kmac.il: fonnakologiu.n:1 111oi.na dopasować do pro li lu genetycznego pacjenta. Wicie wai.nych chon)h nic jest jednak powrn.lowa1w pr1.u. pojcdync1.y gL:1i. Dlatego istotne jest :t.ro:t.llll!icnic w jaki sposób l<1u.ny L'idd rlli.nic na pw.ycjad1 w sekwencjach wiciu genów wplywa iw podatność określonych pacjcnltiw na n1i.norodnc schorzenia, a rnzw6j technik ohlio.cniowych zwiqzanycli 1. zar1.;1dzanil'.111 danymi dotyc1.;1cyrni SN!' ora1. ich analiz:1 stanowi wai.nc pole :t.ast1Jsmva1ł hi o i 11 l'onnat yk i.

Ulorntura·

Uternturn J\vise, .I.('. I lJlJ•I. Aloll'c11/ar il/arkers. Na111ra/ lli.\'/on', on,/ /•:l'Olulion. New York: ( ·1i„pinan and I lali. · llnirocl1. 1\. 2000..'iercndipity in bioinfonllalics: Tlw 1ribnh1ions or ·1 Swis i· · r · . · .·. I . ting 1i1ncs. /Jioit~/(>nJ1<1fi('s, łlł: ·IB--(FI. ' ' ' ' '~ lłlllll Ollll.tliu.in t 11ougl1 cxc1 llcnso11. I ).i\., Karsch-Mizrachi . .J„ l .ip111<1n. I l..I„ ( )stl'll. .I„ and Whcdcr. I l.l .. "/.Otl.\. < irnBank. Nucie i« J\t'ids lfr.1·eon-h, 31: 2..l- 7.

Cnrp<'I. I'., Scrnat, I'.,< ionzy, .I.. and Kahn. I> ..WOO. l'rol lo1n a11rl l'1·1il )1,111 .( ·( ,·. ·1·lHl Is ror pro!ei11 du111;1i11 analy.ids :md wliole gcno111e co1npariso11s. N11c/eic 1\1'ids Nc'.V<'t111.·J,, 2g: .J(l'/ ~9. lit 1· p: I I pn"!'"". t ou I 011::•·. :i n 1-;1 . r: 1:/ 1•JJJ
„,,,, .

Miyaz:1ki, S .. Sugawara.11.. Ni\ Il„lali:llik or.l:ipan (illlll.I) in \~·li .. N11cleic 1\cids Nes<'r1Jd1, J I: 1.l I h. Moni<'. (i.I'.. llJ(i:i. ('ra1n1ni11g 1norc co111poll<'llls 011!<1 inl<')'.r"lcd circ 11 i1s.

F/,-,·1ni1Jii·s.

Jl!i~)I: 11•1 I"/.

Si"•'SSrT. (i„ Baker. 'Y./., van dcn Hnick. i\ .. < «nci" !'"stor. !VI.. J<„n 1 . ( ·.. l
,„

Nr'.1·1·111d1.

31: l'/-22.

.

1

..

Wu. (:.I I.. I l11a11g, I I., 1\nni11sk i. I .„ ( ·„strn-·1\lvc<1r. J .. ('hen. Y.. I lu.'/../... I .cd In'. R.S .. I .t•wis !\ ( · M<'W\''" ',I.\~.. Il:: Stll.l'k, !Ul., 't:'ugita. i\ .. Vinay:1ka, C.I\.. Ych, 1..1 .. , Zlliln,1; . .I„ ;1111i 1i„ri;'cr. „oo.. ._ I hl l 10".-111 111101111.111011 lscsou1n·: 1\11 1111l'.gr<1ll'd public l"l'.SOlllCI' or 1'1111ctional :111111il;ilio11 ol prull'lllS, 1\!ttc/('/(' !\('fds Nest'(IJi ·h. JO: 35 '/. 11 t I p: //1 i.i L . qt '() 1 je! r •\\.'11. 1:1 !t ! /.

w«::

,()"''."\!:

!

/,uckcrLa11dl, E„ arni P:iuling, L. llJ()'.). l·:vol111ionary divcrgl'lll't' and nnl\'l'lg{·1w1· in 11rutcim;. 111 V Hn·su11. ;ind 11..1. Vogel (l'ds. ). 1'.'1·oh•i11g ( ;""''·'' 1111,/ l'r<1l<'i11s. pp. . New Yu1L ;\«;idcniic l'rcs: ..

Podsumowanie llo:ic hiologiu.nej inf'or111acji dotycz:1ccj st·kwc11cji rośnie w ternpil' wykladniczylll. Metody obliu.c11iowc odgrywaj:} coraz wi~kszq roli; w naukach biulogio.11yd1. Ku11ic'.O.llYlll :;lajc si1: rozw
ohl'cnic wiclotua kon1pklnic zsekwcncjouowany1ni ge1101na1ni, sZC/,l'p.t\lnic haktcryj11yn1l.

wi1:c 111oi.c1Hy 1.acz:ić rorn1ulowat' pyta11ia 11atury cwol11cyj111·j 11a p111.irn11i1.' gc111111mwy111. W tej ksiqi.cc szczcglilnq uwa1;11 pr1.ywi111.11j1.'lll)' wlaś11ie do cwol11cyj11yd1 aspd:t(1w hioi11rm111atyki.

I. I.

Allali1.a krzywych w~klad11io.cgo pu.yrnslu ilości danyd1 :;tanowi dohr;1 ok<1;j •. 1 <1hy pr:t.ypolllmcc sobie pewne podstawowc'. /.agadnicllia /. 111:1tc111atyki IH;d
-

NU)

No L'.Xp(rl ).

No oz1rnc1.a tu w:1rtość N (I) w chwili poc1.
11r1.yros.tu danych 1.dl'fi11imvaliś111y j;il;u wiclkośL:_ o 1:1<·,r:i N iii·ii·ks;.: 1 n1ku. a 1.atc·111 N(! I Il cxp(r l. Nu!

Jeśli r1.cc1.ywihl·ir' ilośt' tlanvch rnś11ic w sp\1sóh wvkl<1d 11 ic1.y, t() , 11 SUJlL:k

jest /.<1ws1.v jc·d11ak0\;'Y· 11ic1;1ic).11ic od c1.as11.

11·

j:iki; 11 .''.tl

::In

11 ·.i·i.n:wi:llll\.

. 1. nowolucjn informatyczna

w naul
/\ltcrnatyw11y111 sposohclll wyrai.cuia wykladuic1.cgo pn·.yrostu

ilości

danych je;;(

1.ak:imi.~ć

Kolcjnq wy1.11ac1.a11<1 przez nas wiclkościq był czas podwojenia T. Do obłic1.enia '/' wy111aga111y, aby ilość danych po ci.asie'/' była dwukrntuie wivksm od poc1.qtkowcj ilości da11yd1: N('!' l

No

U.2.

St<1d 1"/' 1112. a 1.alL'Jll '/' = 1112/r. k.\li co.< 1: pr1.L'l !stawionego wywodu 11ic jest oc1.ywistL.'., to 1.11ak. i.e c1.ytelnik powi 11ie11 od::wic/.vć swoj:1 wicd1.1: o l'u11kcjach wykladnio.ych i logaryt111ach. l'o11HlCll<' w ty1ll ~du Jll;,gq byt'.· wsk:r1.rai. 1.2 do :;por1.qdzenia własnych wykresów. i'ia wykresach podanych w 1y111 rw.d1.iale N pr1.edstawiono jako runkcjv czasu. a :;kala osi pionowej jest logaryt111iczna. D1.ivki temu otr1.yurnjcrny l'unkcji; lntNl

Lt

! ..!.

c ...

lntNul ·l·rl.

a 11a1:hyk11ic· prostej jest n°>WllL' r. łuny1n sposohclll pr1nlstawicnia tych danych jest ohlic;.L'.llic 1.a po111LH.' w1.rnst11 /. 1.adauia 1.J rnoglohy dac' si1: obronić w pr1.ypaclku rm.palrywania wzrostu wiclko.~ci populacji królikc.)W (dysponuj:1cych nicogrnniC1.011y111 doslq1c1n do poi.ywienia). kdnak brakuje jakil'l1kolwick powml(iw, dla kt(iryd1 wielkość h;r,1.y dauycli ( ienBallk luli lici.ha tra1r1.yslor1\w w procesorach

Zadania

21

powinna zwi<;kszać si<; w spos
N(/)=;\ + 81, N {I) c= At" (dla wartości k ró:i.nych od I), N{I) c= 1\ + B In(!).

W ka:i.dyrn przypadku !I, JJ i k s:i stałymi, które wyznacza się, uw1.gli;duiaj<1c dopasowania odpowicduich funkcji do posiadauych danych. Spróbuj pr1.eprowad1.ić dopasowanie dauych 1. tab. I. I i I .'2, stosujqc jeden z powyi.szych modeli. C1.y prawd<] jest, że rnodcl w1.rostu wykladniczcgo najlepiej opisuje charakter /.mian w auałizowanych danych? W jaki sposób naló.aloby spor1.:1dzić wykres, na którym puukty pomiarowe b~~d:1 ukladać si1: w linii prostej przy zaloi.eniu, :i.c mamy 1.biór danych, których 1.micnność opisujL: jeden;, omawianych modeli?

· 2.1. St111kl\11a kwaoów 11111
zast;1piona pu.cz uracyl (li · · ·1 ") li·· l .. . ': . " . . , tys. ~.L 1,1cy 111a struk1ur1: pudohn;1 do struklur' I i111i ny, .1 1oz111c<1 polega na braku grupy 111 etylowc·1 (Cl I ) 1 , „. ·t, .. . . , ) ) . . . ,·, , . , .. „ . . . . , · .1 1 c1„1s LLl.cc 111.icvlu. Dodalkowo tslnttJe l~lllp.1 z,is,id azotowych o 111e1.11acznie innc 1· slrultttl" , . . : . I l.L., n.1zyw.111yclt 1as·1rh1n1 . z111or) i ,owa11ym1, klon; wys1ępuj<1 '.v nicktórvch l"1Jacl1 l"''lSic·r·z·:I. l'N \ '/., . ' I, \ . (.' . ·' .,,,, .. „ ' ' I 'IS'!( " I 1 .• 11azywa111y puryna1ni na10111i·1st (' T i l I ·. ·I ·1 · "" .1 ' „ I I I. , . , ,• , . ', , p11ynm yna1n1 . l'odstnwow;i jcdnost· k.1 111r u cow.1 k w,isow nukle111owych sq imklcotud\' Nili I . 1 , I ·I- I· 1. .· . · . I · ·' · · ' co \ l s' dl .t s11,· / cr1slcc11· 1 zasaLy azotowc1, cukru oraz reszty fosl'oranowe 1-. DltioośL' hil:. 1,,., 1.1 1.\\''ISl . . ": ·' ., : • . • • t:-- • , < I lłlł 1 '- 1l'lllO\VC'· go wy1.11„uny w postau liczby nuklcotyd('lw w lat1cuchu l''til-IL'( I\' I . . , i· ' ·. , · , · . , · ' ' · l . l \' lllOf!,,J \1')'St\'1lOWl\l' '" ·.Olll\llcc 111c tylko w lon111c lancuchów kwasr'1w nukll'i!Hl\\l"cli l'i·z· \'1-l·i·I · . I" \TP(· I· ·· · . .· .1 • · ' '
„.,.

.

· .

·· '

t

---·---~-----~~----· Streszczenie W rm'.<11.iak tym pr1.cdstawia111y podstawowe i111'or111acjc o chc111ie1.11ych i lizyc1.11yd1 wla:;ciwo· kwasów 11uklcinuwych i bialck ····- I\~ czvść polecamy przede wszyslkin1 czytclnikun1 11icpnsiadajqcy111 szczegółowej wiedzy z zakresu biochcn1ii i biologii. W rozdziale 0111tiwio110 r(>wnió. procesy transkrypcji, olm'1hki Ri'I;\, translacji i syntezy białka. Na pr1.ykladzic właści­ wości an1inokwasów 1.ostaly przcdstawiu11c dwie, CZ\'sto wykorzystvwanc w hioinf'ornrntycc. statystyczne ll'.chniki analizy danych: analiza skladowych glównych i analiza skupisk. ściach

\

t,

,· /:j\:J\.wysl~:p11jc11ajc1.1,'.:icicjw l'orn1ic podwojncj ltl'lisy, klrlf':ijc.<.;111tr1v1111•w:111:1 d1il· k1111.11..111101n wodrnowy1n po1n1ęd1y 1n1"11ni /'l"'ld ;\ 1· T „. <"1 · : · · · s· uloio11c · ·•. · · " '.' ·"" Uldl. li tiys . .'„2J. l.:111u1d1v ··I. · .t'.ityinwimlcglc 1 s:) dokladn1c ko111pk1nc11tarnc w1.o.lv1h:111 siebie 1·t1 ·...\ w.1cdny111 łancucll!I lqc1.y si<,~ 1. Tw druoim . ( • l')<'/" st.\', /, (.I. 1.':.I/._\'\__ ;l( ()\\'(); · ' ' ;( ' t--. ' (1 < · '} • 11 1 5 '--C--C-'l'-C l\-'J'-3 I 3 '--G··C·J\. c T--J\ ')I

{)

()

adt·t1i11a

--·----~.,.,-·-----------~--·~---·

()

I

li

('li,

W komórkach istniej;i dwa typy kwasów nukleinowych o kluczowy1u znaczeniu: kwas deoksyrybonukleinowy (ang. dco.ryri/J111111dcic ucid, DNA) uraz kwas rybonukleinowy (ang. ri/Jo1111clcic acid, RNAJ. Strukturę chemiczną jcdnoniciowcgo l~NJ\ przcdstawio110 na rys. 2. l. Szkielet c1.ąstcczki jest i.budowany 1. reszt rybozy (cukier pięciow~·glowy) polqc'l.011yd1 pr1.cz grupy f'osl'oranowc w liniowy latirnch. Na rysunku 2. I przedstawiono l'ragment s1.kidctu cz;1stcczki RN!\ dla dwóch nukleotyd(Jw. J\lomy rybm.y standardowo sq nu111crowanc od I do 5. W rybo/,ie grupy fosforanowe s;1 pr1.yl.gla w la11cuchu jest wvgicl 5. Na drugim krnlcu la1łcuclm, 1ia1.ywany111 krniccm T, ostalni111 atomem węglajesl W\:gicl 3. Ogólnie jest pr1.yjęte podawanie symboli nuklcotyd('iw w sekWL'.ncji kwasów nukleinowych od ko1]c;1 5' do ko1irn .r, po11iewai. w ty1u kierunku jest pu.c1war1.ana inl'onnacja !.~L:nl'lyc1.11a. DNI\ nii.ni si~: od Rf'\IJ\ wyst1:powa11icrn w szkielecie cz;istcczki ck:oksyryliozy 1.a111iast rybozy. R('1i.11ica po111iędzy cz;1stcczkallli rybozy i deoksyrybozy pok:ga na tym, i.c, przy w1:glu '2 w ryhoziL' jest grupa hydroksylowa. a n;1 lej samej pozycji w dcoksyrybm.ic 1na111y wodlir ( 11 ). Kai.da c1.qstce1.ka cukru jcsl pol;10.ona 1. l'l.<1steczk:11.asady <11.lltowcj. W I )f'\I/\ wys11.:puj;1 cztery typy 1.asad azotowych: ade11irn1 (1\), ty111i11a (]'), guanina \(I) i cyto1.yna (CL S1rukt111v 1.asad a1.lltmvych pr1.L·dslawiu110 11;1 rys. 2.'.)„ W RN;\ ty111i11a jcsl

~~':"""" ()

fosforan , .

L

I I

()--- I'~·

Ol I

/

(' 11

li

\

'uracyl

.

(cu!d.\T,)

()

li

()

li

"'j

Il 'N

I

()

1'.U:llliłrn

li.

li

li

ry\)(11.:1

li

li I N

\

)··

,,//

li

N

),

li

Rys. 2. L S1ruf;1ura lf>sl(inrkrn szki!'fc111 cz:1slLT1.ki RN:\

Wego

t

(I/

Rys. 2.2. Sirukt11ra 1.asad ll'd1od1·1"\'<'l1 „. ·I f·irl 1·>f'I I \ ·' ' . '' ,, ' • wodorowych w pnracli AT i

uracylu

('(i·): Pl'll'd:.t;1\\ i<1110

.

·

UL\/ \\'!q/;!l·l

nlw11i1·/ :--.lnd.1111~·

·

;!. Kwasy 11111\luinowo, l1i<1il
-('

(i

\I

(;

-('

(' tI

(J

!\

(.
li

1\, t J <. <;i\

('{\('("

(;

1\ t

li

i\ (, (i (.

I I I I

<, <.

I I I I I

(~ , ( i ;\ < i ( ' (i 1\ (;

II(i('(j(i

( t' (

11

11


(i

1\ ('

{

(i

I

25

twor1.one w reakcji atrn11t1 111. grupy aminowej jed11ego arninokwasu z grup
t i\

11 11

(ni

!i ('

(h)

li

li

li it i

I

N li

("

I I(

'11,N

-('

() 11

,/

I .... ('

'·o

I 1\1

("

11 1\ \t'<;<'\

,O

li

I(,

Hys. 2.5. S1rnk111ra chcrnio.1w aminokwasu (al i la1icucha hialka (b). Wiq1.a11ia (ll'ply) 1. rotacji wiq1.a1\ wok1\I wiq1.a1i przy a1rn11ach W\')!.i:i
s:i ptaskic i s1.1y11w:. Elaslyl"l.m1ś1 1 la1kucha wynika (wsknl'.alll' strzalka111i)

;1111yl.ndrn1 Rys. 2A. S1ruktt1ra drugorz~~dowa ala11innwl·go

ll'idać' polo"i.cnil' anty-

~t.vs. !„.\. SdH·inatyl'l-ll
11!1,I!\ 1-:sc/wri.11iu 1·0/i

lisv I >1·11\

kodonu ur:11. 1uiejsn: do!qczcnia :11ninokwast1

I )wa l:11i1;uchv ską.cajq si\' wok\il siebie. twor1.:1c powszccllllil' 1.1ta11<1 struktur\' podwi1j111-j lic·lisy 0:11.rytV/:lllill /.asad prnlli\:d1.y kr{1tkillli i"rap_llll'Jlta111i kOlllpielllelll;1rllVCil rnkinków /.jednej sekwencji. l'rrykladmvo tra11sportuj:1cy RN!\ (tRN!\) twor1.y :;trul\t111v pr1cslr1.e11;1:1 pr~yprn11inaj:1c:1 liść· lwniCJ.yny. W L"1.qst1.·c1.cc tRN/\ wyst1:puj:1 ,· 1.krv rrag1111.'.11ty, \\' których drn;ilod1.i do parowania 1H1kil'oty(kl\v (ramiona) oraz tr1.y rr:li.?J;ic 11 tv 11 :;truktur1.c spinki do wlost'1w (rys. 2.·ll. Rcguly twor1.cnia si1: par zasad i\· iu~;\ ,:;q ,, wiek hardI.ic:.i elastyc1.rn: nii. w przypadku Dl'\J/\. l'odstawowynti parami ::: 1 p:1ry ( j(' ()r:t/. /\I I ( kt<'ira odpowiada par1.c ;\')' \V DN/\), jednak rnoi.liWL'. jest w~~ ::t\'j)llwanic· p:11·y
i'•>d:.1;iw
IH 1L::vlow:1. W rn-;twor:tcli wod11ych grupy te 1uog:1 ulcgaL; joniI.acji, tw1>c/.11yclt, ktLirc· 01.nao·.0110 1ir1.e1. R 11a rys ..~.5(a). /\10111 d
Struktury che111iezne aminokwas<)w poka1.ano na rys. 2.6. Dla ka).dcgo z arninokwas<'iw podano trzyliterowy skrót ora1. standardowy jednoliterowy symbol. Bialko mo).na pr1.edstawić w postaci sekwencji symboli, co jest bardzo praktycrnc w p1?.ypadku grornad1.cnia i anali1.y da11ych z użyciem komputera. l'r1.ykladowo zapis Ml\JllQl „•;l(y HVSKIJIC F L.LE: F'LQDVL.PDYFAP\ii/NR J,J\ J(f;I,PDI,V/\S II KFP Dl\ VKi<:IVJPI,LDSSKL.l\C:YRQ I< n~prezenlujc

SL'.kwencj1: f"ragmentu r1.cczywistego białka. 'J'er111inalne cz1:ści białka s;1 nazywane N--koi1ce111 i C-k011cem ponicwa). majq wolne grupy, odpowiednio, Nil; i COO . Sek wencj1: białek prry.ji;to podawać od N--krnica do C--kofica, co odpowia
26

2. l\wasy nukh:inowo, bialka i arni11olw1a:;y

kwas a.spargi11owy

·Cl1;1

11 1 "I''·

(I ys) (I\)

arginina

kwas gl11tarni11owy'

Cli· (C'll2}1

/

lizyna

'Nil.i

(/\i;p) (I J)

(J\rgi i I·! I

((ilu) (I') ()( )("

·.Cl I··· Cli,

hi:·aytly1w (I lis)(l 1) trypltJl'an (Trpl (IV)

111 t'-l

lll'UlralnL'. niqn1larne

IVIU/.'/il
(·11···Cll:1

1 ',

1 ·11····

Cif:,

\'I I

11

li.:nyl11a\1111i11:i (l'heJ (l'l

<'l'vn.1 Y1

( )( )("

(}( )('

.'>L'ry11;1

tdin'na

(< il)•1 (I i I

(SL'r) C·;I ()( )(.

()()('

I l.11'1

''•

Uli

11,N' alanina (:\la)

/

ou<·

cn1

walina

('!

•,

(\lal) ( \/)

l'll··Cll;,

()( )(.

1

.Cli,

,

li

i1Sp<11;\/!111:!

( 1\sn) I !•I J

iznh.:w·yna

·11 ····Cl .,I

(lit') (li

'·

'Cli\

()()("

c o

Cli:i

/

1

ln:onina (litr) li)

(:1H·i( .....

(I\)

( )()('

/ ( )( )(.

/ Cl! :i.

11 1 N'., Cll--Cll:,

<'li „(Cll.d:•

c li ()

Nil,

Na pla11s1.y 2. I (a) la1łcud1 hialk11 pr1.L·d~lmvio11ojako 1>11rpurow;1 ws11:gv. W pu.yk1:1 dowy111 hi;ilk11 poka:r.:111y111 11a lej pl:111s1.y wida1' dwa c'1:1r:iklt'rys1.vc1.1H' l'lc111,·111y ;:1ruk lury drugor1.1:dowej białek. Wiek l'rag111c11l1iw hi:ilka pr1.yj1nu.je slruk111r~· L·:w. helisy 11'. Struki ura lid isy .icsl si ahi I i /.OWa11a pr1.cz wiq:r:111 iii wodorowe· I worzont· 111 irdzy al OlllL'I 11 tlenu }!!lipy brhoksylowL-j w wi:11.aniu peplyduwy111 i ·kj n:s1.1y :1 :1lo11w111 :110111 gnq1v a1niduwcj w wi:1i'.a11iu pcptydowy111 ,i-lej n:s11y. )!di'.ic j pr1yj111ujc w:irlu.•;ci ud i I do i I 5. Opis:111e wiq;,;111ia wodorowL' s:1 w pr1.yhliicni11 n'iwnolL'!'k do dlup,il'j o::i li,· lisy. (!rupy llOL'/.lll' a1ni11okwa. ;tiw s;1 l"\J/.llliL'S/.l'l.UllL' proslopadk du osi liel . B:ml1.ivj szczcg111owc inforniaLjL· o ;;truklur1.c przc·slr/L'lllH'j białek moi.na 1.11alL·/c' 111.i11. w ksi;iin: Crcigh1011;1 ( I l)
11.\uta111i11a

(l.c1;)(I.) '- vski11;1

1\ \·s) Il')

Cl 1.

I ,

·, \"I I

(('li,),,

( )()(

,.(

,.

" coo 1'

()( )('

nh.:lio11i11<1 (i\,kl)(~I)

!'Ili,' ( .

ILC

pruli nu (l'rn) (l'J

Inny111 ckn1c11lc111 slrnk111ry drugor1.;:dowcj l1i:ilka. k11iry widać n:1 plans1.y. jcsr ar kusz /i. Przebieg odcinka 1:11\cuclw pcplydowcgo w konl'onnacji ark11s1.;1 ;-: pr1.cds1awio110 slr1.alkami skicrowany111i od N ko1ica d1l C krn\c:1. 1\rkusz /i sk l:1da .\i\'/. 1ilvtich luli wivks:rcj liczby \)(.k'ink1)w la1icud11i11· wysl\'llUj:1cych obok :;it•hi<' w 111·ic11la1'ji niw1H1 lcglcj lub a11tyniw11olcgkj. l,;11ic11cliy w ko1J!(1r111acji ark11sz;1 /i s:1 111r1y111yw:111L· r:11.c111 pr1.c1. wiq1.a11ia wodorowe pumi1·d1.y alrn11a111i I k1111 grupy k:trhuksylowcj w wi:11.:i11i11 pcplydowy111 jnlnego odci11ka la1icuclia a a1u111c·111 :11.0111 grupy ;11niduwcj w wi;11.:111i11 pL'.plyduwy111 drngiegu odci11ka l:11k11clia.

(1i1u I(())

ictll'\'IHI

()()('

11,w

poka1.a110 odd1.ialywanie prnni~'d1.y Ct.iallrn przy oka1ji ()!llawia11ia pron·s11 1ranslacji i syntezy białek. l'r1.cdsta\vio11a pl:111s1.a dohr1.e iluslrujc ln\jwy1ni:1rowc slrukl!lry zan\wno RNA, jak i hialek. Dla 1.apcw11ienia pr!.l'jrt.yslości ry;;11nku nil· 1.;11.naczo110 na 11i1ll poloi.cnia WS/.yslkicli ato11Jów. Strukl11ra 0'111 czqstco.ek zoslala poka1.:11w w spo sr1.eslr/.l'lllH.'j L:1;1slcczki lP N;\ r:1111io11a 111aj:1 pw:1;1( kn\ikic'h odcinków podwt\jncj lit'lisy.

1

(·11·· Cit,

11,r"i

2.2. Struktura hialul1

Na plans1„v 2. I (b) pokazano struktur\' pr1.<·s1r1.c·1111;1 di1m'l't1 hiall.:1 rqm.·so1-;1 /111 zwiqZilllL'),'.U do llNA. OpL'l\lll l;tklu:r.uwy 11 l·.'.l'c/il'ri<'liiu <'<1/i .<;kl:1d;i :,i," 1. >.1':.l:1wt1 1'.<' nt\w, ki1.y. Ki1·dv l'l'jJ1\:s11r 1.wi;11-a11y 1. Df\1;\, geny upero1111 sq wylqc1.ll!1c (11ic ull'p_aj;1 lra11skrypcjil. :·)vlu:1cj:1 1:1 ma 111i1:jsce 1ir1.y liraku lak101.y 11' 111cdi11m liodmvla11y1n. lźqH'L'sur fu„ :'1:111m·:i 11r1vl l:1d hialka l'<>Zl'Ol.11:ij;IL'L'/.!O i wi:1i.;1n·,''.U si\' du krnil,1d111j ;:,·kll'L'lltji I lf'I.\. !:i:dku lu zdolne du rn1.pu1.11awa11ia 11dci11k:1 sL·kw1·11c'ji 11· dw1111i<·iowcj ··1.: 1::lt'10" I li"!:\ . .J,-i,-11 1.dol11o:~ci wiq1.a11ia si;· 1. 1.asad;1111i :11.01owy111i 1111klt'ulyduw ck:;prn11111·:1111111i d11w11t111.:1 dui.ej hru1.dy DN/\. \Vi:11a11ie si\' [li:ilck do Df\11\ _jc·sl 11:1i.11y111 111«d1:111ii1l1<'111 l.u1111„li ckspn„„ji wicli1 )!.Cll\.IW, po1.11·aL1_j;1cy111 11:1 wyl:.1c1:lllil' i ,,·lq,·1.110 i'.•'11\\ii •\ kun1(lrkacii i lkrn1kacl1, Pla11s1.c :2. I (a) i (ii) d:1j:i wyoh1ai.c11ie 1> w1.gl•;d11y<'11 r111.111i:ir;1cli hi:ild. 1I.11 ;1:.p1·· 1111 1 klei11owycl1. Bialko na pl;111s1y .l(aJjL'sl 1l111d()11';111,· /. :i-l:i :i111i1>ul._1\:1:.1•1v. ,." sL111
2. l\wnsy nul\leinowu, lJialka i aminokwasy

niewil·le 1vi\'CL:j ni i. średnia dla białek głohułarnycl1. tRN/\ jest l.budowam: 1. 72 11uklc01y(h\w. Wi1:kszo:;(" o.:1stt:c1.ek RN/\ jest znacząeo dłui.sza. Śn;tłniea helisy ,y Io około O„'i n111. prnlc:t.as gdy średnica pmłw(ij11cj lwłisy kwasu nukleinowego Io okoln 2 1n11.

2.3. Contralny
29

(n) (b)

kodo11

prn111otor

intnmy

p1)limeral'.a lcniiinntor t(Ni\

egzony

(c)

(d)

5'

\\')'{llt1:ia11y

htnit'i\' 1.;1.•;ada. z11a11:1 prnl na1.w:1 CL'.lltl"alncg\J dogrnal11 biologii rnołckułnrncj. lll\·>wi;1ca ll tyi11. ·;.1· i1il"ori11:1cja ).!,Lo11L:tyo.11a j\'.•;t przekaiywa11<1 od DN/\ do RN/\, a nasl1:pnil' do hi;1lt:k. l'rnct.:s pr;.epi:;ywania I \N/\ na l~N;\ 11~r1.ywa1ny transkrypcją. a prnn:s przepi:;yw:lllia i11forn1acji 1.awartl;j w RN/\ 11<1 białka 11a1.ywarny lnmslacją Synle1.<1 RN/\ tll prl.l'.pi:;:lllic (lr:mskrypcja) SL:kwc11cji PN/\ na ten sa111 .i1:1.yk nukkotydów. a synteza hi:dl;a Io ll1111iac/.t:llic (translacja) .i1:1.yka illlkleotyd6w na jp.yk ami11okwas(>w. I lN;\ w koill(ircT wyst1·puj\· w postaci hard;.o dl11gid1 nici. Na pr1.yklml genomy wi 1 ·L::1.ości hakt1.·rii s:i kolistymi mlci11ka1ni DN;\ o długości kilku milion(iw par 1.asad. l I l11d1i ;.'L'.110111 j,·sl \H H l1.i1_:h rny na '23 pary cliromosnm(ivv o dlugościach z 1.akrcsu ml 19 dt> '·IO milio1iuw p;11 lN/\ wwierające i111'orn1acjl' potr1":illlL' do 11\Wlll'/,L'.lli;i l~N/\ i białek na:r.ywallly genami. Traw;krypcja to proces syntezy l~l,!i\ n;i 1natryL·y I >N1\. Typuwy f'rag1nrnt ()(lpowiadaj:1cy genmvi (luh kilku wysl1:pują­ \'Yi11 p11 ,;ohit: g<.'IHllll) iill'\f;\ gc1111. najc:r.\'Ś\·ic.~j man1y n:i 1nyśli nić kod11jąq. gdy?, _jc'sl lo laka sarna sekwencja, 1:il. sdw„111.·ja !<1''11\. kh.1ra h\'.dzil' p1ii.11icj pr·1.etlurnacnina na sekwei1cj\'. hialk:i. ( '1.:1:.tr·u.l.a P"lirnl'ra·1.y l~N;\ Jll"/,l_·suw:1 si\' w1.dlui. iiici illalrycowej 11d ko11ca 3' do ! <>ill.''/11:1w;11i;1 pr!.L'.'/ polinll'ra:r.1: RN/\ 11azywa111y pnmwtm·cm. l'r1.yklado1V<> 11 /'.'.1!'/1,.,.ic/1i11 coli wi1·ks1
"/.il

t (li Hl 1)(1() t•i„

tHlllllll"
kp;

hl'iiLai.)'

J I)()()

J'I l/ll',:.1·11.

l/!l"!l/'· 1/11111. l.

//11111. \.

l:i;lcucli

.

białka

Rys. 2.7, Czl<'rv k lucwwe 11rocesv . . .• le) lr;msliwi;1 (d) rqilikacja I >Ni\

IJ1·,,

I . c 1c1111cznc: (a) lranskr11c1·a (b) l "l k . . · o l
duj<1ce sil_?, odpowiednio, okolo I() i \'i 11 i·f • I' · .. li' C.O[ Vl OW ))l'Zed llll • · . · · · ·SL'. I1ypcp Ix1da11. kt
„

Nić RN;\ J1ri'cJJl·,„ 1 .. 1. i·'( )(I LIJ•lll'l\O " . I. . nvn "N• · .„ 11<1 z ra ""' 11wntu ·DN1\ 11alko Je ·t . . · . . 1 "- h (ang. 1111-.1·s1'll"<'I' RN1\ f'N \) W . . . ~ . . . s 11.izywa11a mlonuacy1·11

, · '' , • Ill ' I p1 occs1e t „ I „ 1 I · ·· cz1:sc1 podnml1.ia/11. rnRN;\ \"yl· „ . .' . . • · i.ins ac.1 . \.lory opisano w dals"l.c/· . . , ,011.ystuw s e )'lhi . ·. 1 1icz.1włrowc!iW składa si\'; Sl'i· \·\·, . . „ !· I... ·.:' ' ~ll,t 1Iyq'. (1o synlc;.y hialka. mRNJ\ . · · · · ·' encp ,()( lłj<)L'l') /'IW • „ " . · . f' . nym Illafk11. rn_·a;. kn)tkid1 o1/c1'11f·,. . I . I ... " iel<1J•lle.J in o1T11acie o syntely1.ow·1,()W llll' \()( \lj'/C)'l'h (• , ' , _ knncach )' i .l'. ll'J'l' 1 I" I" „ ·' .mg. 11111ru11sfufl'd reoion l!TPJ , k · .„ . ' () O( llll ' 1 sek we nep k11irc s· ·, , . ·' ' · ' Ilw tvch w 11r(l .•. ·. „ Jl 1_ „ . \\ .Jest /J,11dz1e.1 1./01.ona (ry~;. 2.7(h)) li ·J LLSiL 11.ins ''YPL'JI 11 ~st s, t, . . . . Ili go lllRN;\ (pre-mR N·"\) Po 1·1·11· ,· 1:1 .. .. ) n cty;r.owana c:r.ąslec1.lrn prekursornwe-· Il RN , . \ ' 11 il]()( V I 'll'J'll'h „ • ·1 I . I J\. Dojc-j ko1ica :)'jest pr1.y/qcz.a11:1 t;,;v· : .. l.':'.'s„ct:l.
•

•

'

•

·L

•

2. l
:Jl

Conlralny lio01nal lliolouii molokularnoj

:io

nego nukleotydu U oraz białkowego krnnpleksu wi<1i.<1cego CJ'.:tpL'.CJ.IW. Do krnlca 3' jest dołączany li.w. ogon poli-A, a.yli odcinek składający się·;. około 200 nukleotyd1\w A. Do ogonów poi i -A wiqi.<1 si1-: pewne białka, t1.w. białka wi<1i.qce poi i ·A. WidL: rnRNA charakteryzuje si\'. stosunkowo krótkilll ei.asem p(iltrwania w ko1n<'1rce (r1":du kilku rninut) ze W'/,gl\:du na to, i.e są rw.kladane pr'/,e/. en1.y1ny zwane nuklea1.arni. Nuklca1.y to białka, które tną nici RNA na pojedyncze nukleotydy. Ich aktywność 1noi.c polegać na odcinaniu pojedynczych nukleotyd1'1w /. krnlca nici (cg1.on11klca1.y) lub lÓ. ci1~ci11 nici RNA na kr(1ts1.c odcinki (cmlonukleazyJ. Białka wi<1i.ącc si1~ do e1.<1stcc1.ki 1nRf\I/\. s1.a.cg1\lnie do jej tern1inalnych c1.1:ści, spmvalniaj<1 procL:s degradacji ni RNA pu.c1. nukleazy. R(ii.nice prn11it,:d1.y białkami wiąi.ącyn1i pos1.c1.cg(>lne typy rnRNA sl;1n\l\Vi<1 wi1:c istot11y rncd1ani1.1n kontroli czasu półtrwania mRNA. l'oniewai. ci.as p1'1ltrwania c1.;1slec1.ki rnRNA pozostaje w bc1.pośredni1n 1.wiq1.ku 1. lie1.hq cykli translacji, w kt1\rych bicr11' ona ud1.ial, 1.llliL:nnoś1' białek wi<1i.<1cycłl 1nRNA sla11owi 1ncchani1.1n kontroli ilości sy11tety1.mvai1cgo białka. Najbard1.icj istotne modyfikacje potrnnslacyjne dotye1.<1 nic tyle krnin\w. co raczej wewn~'.tr1.nyd1 rrng1ncnlÓW C'/,<\S(L'C/.k i prckursorowego n1I~ f\IA. Sek wcncjc gen<\ w ją­ drowd>W skladaj:i.nicniu od eg1.011ów, introny (1.a1.nact.one na rys. 2.7(h) odwróconymi literami V) nic koduj<\ sekwencji białka. Introny sq usuwane 1. prelrnrsorowcgo 111RN/\ w trakcie obr(1bki polnmslacyjnej, a co 1.a tym idzie dojr1.ale mRNA nic 1.awicra intron(>w. 1<.01\cc egzonów i'.najdującyd1 si1: po ohu stronach usuwanego intronu s:1 lqo.one \V pojedync'/,<1. ci<1glą nić. Proces ten u;v.ywamy składaniem mRNA (ang. s11!ici11g). Skladanie mRNA jest wykonywane przez tzw. spliceosom (ang. s11lin'oso111e) -· kompleks e1.ąstec1.ek RNA i bialck. Spliceosrnn potrafi rozpować sekwencje sygnałowe w prckursorowyrn mRN/\, wskazujące poloi.enie granicy intron/egzon, i na podstawie tej informacji wyci<\Ć intron. Podobnie jak sek wencjc promotornwe, sekwencje sygnałowe dla miejsc składania sq stosunkowo krótkie. Co wi1:cej, sekwencje le mogq si\'. mic;dzy sohq nii.nic'. Precyzyjne ustalenie poloi.enia granicy intron/eg1.on w sekwencji genu jest więc trudnym '/.adanicm w hioinfonnatyce. Najwyra'/.nicj nic pr1.es1.kad1.a to spliccosornom skutect.11ic rad1.iC- sobie 1. tym problemen1. Introny wycinane pr1.c1. spliccosomy na1.ywa111y intronami spliceosornalnymi. Sta11owi;1 one gl()wm1 frakcje; intronów w gcnornacli wi1~ks1.ości mga11i1.1rn\w i.ywych. lstniL'..i:J taki.c introny, które wyci11aj:1 się 1. sekwencji prekur:mrowego mRNA samodzielnie, tj. hel. udziału spliceoso11111. Takie introny, choć i11tcrL:sującc sallll' w sobie, wystqiuj<\ stosunkowo r;,adko. Geny jądrowców C1.ęslo 1.awieraj<1 1.askakujw:o wide in· lro11(1w geny 1.awiL:1«1j<1cc I O c1.y 20 intronów nic naki.<1 do wyj;1tków. f\lalomiasl wi\:ks1.ość genów hoj<1drowc6w nic 1.awicra i11trn11ów. Pocłlod1.c11ic inlrorniw ora1. ich 1'1111kcja hiologicwa, ()ile \V ogóle pclnirki. gd1.ic 1.:1chrnl1.i proces translacji.

2.3.3. •
Druga zasada Pierwsza 1.:ismln

'f'r/JTi:1 /.HS
li li

('

i\

(;

('

i\

(i

l'hl' (! „)

Ser (SJ

Tyr1YJ

( ')'S (('I

li

l'hl' (l .. )

Sn(SJ

'l)T ('\')

('ys (( ')

('

l.t'tl (I.)

.':er (SJ

ST()I'

ST
,\

i.L'll (I,)

Ser (S)

ST
Trp (W)

(;

l.1·11 (I.i

l'rn (i 'I

I lis (l I J

i\rg

(I~ 1

li

l.L'tl

(l.J

l'ro ( l'I

I lis il I i

i\rg IR J

('

l,1·11

(f,)

l'rn (I')

( iltt (C)J

i\rg ( Rl

t\

LL't1 I I .)

l'rn (I' J

( iltt (())

Mg (I{)

<•

lk(li

Titr ITI

1\s11 (NI

s„r (S1

tl

lk (I)

Tltr(T)

i\stt ( i'l I

Sn i Si

('

Ile (I)

Tlll'ffl

l.ys (I<)

J\rg (R I

:\

Ml'l(M)

Thr('l'J

l.ys

Arg(RJ

(;

Val I V I

;\la

(I\)

;\;qi (l))

(iły

({i)

li

Val iVl

;\la(!\)

1\sp(ll)

(ily(<•i

(.

(I<)

Val I V I

i\la(!\)

<0!11 (1„1

(i(v(I;)

.·\

Val(\/)

;\la it\l

(il li (I'.)

(ily (( •1

1;

Tabel\~ 2.1 prc1.e11lujqq kml •.~e11ctye111v I· . ·I . . • . . zawiera c1.w<\rl0· kod\>JJ(;JI\' 111· " . t·I . .· .. poc zie ono n.i t ;",""'''- !. kiorv<'li k;1>.d:i ' · .IJ•I' Vl l na plt'l'\VS/V ·I I , I · Na przykład ws1.ystkic kodo11v ;;ostaci I J('f\J '("; ~· .1 ,1.~1>c l po1._1T1;1cli le ;;;11n" i.a;:adv. zasad) kud11i'1 scr\111, (", ') \'i· I . ,..< 1.11 IC'/.t'lil•l.I" d1•wol11;1 l "1.l<'l''"li . ' ' . \ . , J L ! . '\ll~l'C'/.WOrt'.kkodo11(1V ·"···! . pozycjach le S'llll<' r1s·1dy I I . . I . > IJl.IJ•li.11;1('!.:1111 pi1v111idv111" kodowany 11r1c1 .IL'l·1 1" 1' . lJ(' ,' ··:1,y111c li' i wocl1 pr1.yp:1dk:1d1 a111i111•kw:1:: l"::t • . . . . .1 l I 'OL Ol J. '( ' I rp ' ;\ l I(: I\ i '1. , 11 1, y:dv11y111 . ;1111111<„ :

;~:~!. · conlralnY

k w;i'.;i·in koduw;iiiylll iiri.ci. tri.y k(ldony. '/. kolei l .cu. Ser. i /\rg s~1 l~()()owa'.1e przez '.:J.l''.;(: k(l( l(llll iw. pu.)1 L"/,yrn 11 a ka'i.d:i s1.l·1sł k\~ sk h1~la SI\'. _1cdna G.work '.1„ 1~1 .i1'. j'.'.drn'. ii:ir:i krnlo1H'iw. w obu \Jl'l'.ypadkaclt 111 ajqcych na dwoch p1erws1.ych jlO/.yL.J•lch _ie .s.'.11~~ /.:isady. Tri.y kmlony nic kodujq aininokwasu. lee/. rcprczcntu.1~1 sygnal stop (tc1111rn,1c.11 tra11'.:kry1K:jil. . . · . , . „ 1 1. : . (;dy w latach szcśćd/.iL'.Siqtyclt ubiegłego stukc1a. pm.na no k'.id gcncłyc_i.n) .„m\ c1z,1111, ·ie j .~ 011 1111 iwlTsalnv. li.IL wspl11ny dla wszystkich gatunkow. Ohcc!lle w1,1domo, · " · . 1 », I s1·rnd·irdowv kod llL'nc·tyG.llY nie jest w pel111 u111wcrsalny, /.t· 1.apn.:Ic11t1iw:111v w 1,1 1. ·-· · ' • . ,.. • · . I· I · . I I . . ·I K(ld ll'll .jest stosowany w. 111crnal \VS/.ysl ,l'llpajc·.diiokrniH.>rLmvychj:idrmvc1\w. w skład kll)rcj wchod/.:i~: 11 a stosunkowo po7.ll)'lll t?tap1e t:wolt1cp. w.. t,y111 1.111c.1„u'. 11'.11: · · I . . . -. · .. l"il·t ·;·l. I od ocm·t,ic/llY 1cst d'fwlony p1zc/. \VS/.ystk1c 111.y 1:.l1>llllt',1C:/.:I 11 lSt?l\\:l<,1-1 Jl S 1 • ' · · ' '" · · .> • • . • .• ; ,„ • !Ytl tnil'. i .1"1drmvcT.l a /.all'lll 11111s1al \li! .powsl.ic ~ p11.ul 10· . · . ·i ( I! I Il ll' Il V '/, \'l' I ~I 1 i.l Il :t '() 11 ' . __ 1. . ' '\ ( ' · " · ·• i"l'il l'"/l'l'ii d\lllll'lt ()•.:talni wsp(1!11v pr/.()(\ck ws1.ys1k1l'l1 wspolo.csnych l I/.11.'. 11'111\'ill SI\. J I · · · · · · ' · ' !'llllll 'i.yc·i;i 111 usial wi•:<.: wykor1.ys1ywaL' st:11111<1rdowy kod gcm·tycJ.ll)'. . ( lclv w 2001 rnku oglos/.ono /.akrnic:1.cnic sekwe11cjonowama genrnrn1 c1.low1eka, · I.li SI·.Ol li ,,·ic·li 111 '. .1s\l\\"".'\l informowano o poi.11a11111 „kodu . ge11dyc/.negoI 11 r/eka'/ll w \VI(' ' ·~t', . , . i·i.lmviL·ka". \\via to oc/.ywista pornylka. howielll kod gencłyczny c/.low1cka .znany l:y I \() l·it 1 W")()()\ roku onloszo110 1111/.ll
1 1

„

,

•

kllkj1ll' \() lai.

I

tloomat hiolooii nmlol(lllarnoj

c-C:-U

LRNJ\

-G-·C-1\-

mRNA

33

Zauważrny. i.e ()C;\ to kodrn1 alaniny. Organi/.lll)' żywe zawierają zestawy tRNA dla wszystkich w tRN/\-Ala z antykmlonem UGC. 5 1. antykodonem GCG i 25 z antykodonem J\CiC. W przeciwictistwic do genrnmiw .i<1drowych, wi1:ks/.0ŚĆ genomów mitocho11drialnych zawil:ra jedyniL' 2:2 geny tRNA, kt(1re ro/.))()/.najq jcdnak pełny /.es ta w kodonów. W tym przypadku każda C/.wórka kodonów rnaj;1cych na dwóch pierwszych pozycjach te same zasady rnoi.c być rozpoznana przez jeden rod:1.aj tRNA. Parowanie /.asad na trzcci1:.~j pt}· zycji :111tykodo11u jest wyj;11kowo chwiejne (ci.asem mówimy wr\'.C/. o hipcrchwiejności ). Na przyklad IR NA-1\ la z antykodonem U( iC rm.pm.najc. wszystkie kodony postaci CiCN. tRNA pclni rol\.: czqs1cczki poŚrL~dnic:1.<1cej f'rag111ent /.awierajqcy antykodon lą­ czy siv /. mRNA. podczas gdy przcciwłcgly fragment tRNA h1czy si1: :1. wydlu'i.anym lrn1cuche111 polipeptydowym.'/. kai.dym typem tRNA jest związany Cll/.ym /.wany syntetazą :tlllinoacylo-tRNA, kltiry pr/.yl:1c/.a do krn\ca .\' C/.:1stcczki mNA odpowiadajqL:y jej aminokwas. C/.qstcczka c1t/.ymu i odpowiadaj<1ca .ki czqstcc/.ka tRNA ,.rozpol.llajq si\'." d1.i~ki ich specyficznym ksztallm11 oraz zachodzącym mi\:dzy nimi oddzialywaniom. Na planszy :7.. 1(a)1.apn'/L.:ntmvano oddl'.ialywanic syntcta/.y glutaniinylo-tRNA oraz tRNA gluta1niny. Syn1e1.a białka '/.al'lmdzi w rvl10srn11aclJ. H.yhosom to 111olckularna rnas/.yna skladaj:1ca si1: 1. t'f.w. du'i.t'.i i nrnkj po:ljcd110;;1ki (rq;re/.c111mva11e przez dwie clip~y na schcmaciL: z rys. 2.7(c)l. l I bakterii mała podjednoslka zawiera rybosomalne RNA (rRNA) malej podjednostki (a11g. S11u1/I S11/!U11i1 Nv/Jo.1·1111ui/ HN1\, SSU rRNJ\) i okolo 20 hialek ryhoso111:tl11ych. SSI I rl~N;\ sklada si\: /.około 1500 n11klcotydów. Du'i.a podjednostka „ „..•

.„

I · . .. „ S"llt<"I'' \·iiicucha 11lli11L'lil)1dmve:!,O hialka na podstawie inl'orma1 • · rn11s aqa 111 \11L1' •. " • " · "' ' · ·· " • • • „ " „ ..• „ \ j .· ,, „ .·1 . 1. 'lll'J„I 111 !{1\J'\ ''.Jl'l.;\\V:lll, ,, W 11ron'SI<' ' t\'lll ' /.asadmczq 10\1: odg1y\V.IJ•J . .L1„lslec1.< ··24 1 11 „,,,,.,. · l'tl'\ (t!'N•\) <.:trultun· cr1slt'c/.1'k 1RN1\ 1irzcds1aw1llllO n.i 1ys. · 1r;i11sp1ir1111a1T1>.o "\: ' ' ·" ' ·· ·' · · . . „ · li' wci . „„1 · ·I ('. 11 Tov /.a::ad\/ /.11ajd11.1•1ce si1: w 1xn1rałncj c:1.1:sc1 sekwc11CJ1 srm ,o : I I) I 'il) s" „. ' ' '. } S\ll. IJI .i do wlos(l\\') IWO!''/.:} IZW. antykot\lll.. , I sc,\\CI 'I· I ' JCJ'l '(' ·1 l () 11\·1·d I ) ·""ll'tll' tlll'/l' .' 111 'I I I IL''., . . , , ' . . ' [ • »..· 1·• . . · . . , . 1 .\ t 1 tl{Ni\ 1\la. 1·1vli tRNA dla :tl;111111y. W cz11st1'czce ll:J ,11i Y I"'·', .„1.1w11J1i.1 11.1 1 „„ --· 1 · .,. \ don .I · t I I. l I('( '(t'/)1t·11"1c w kiL'l'tlllkll od krn'1ca 5· do ko1ica ·' ). I 11ty 1W · · "' · . . . . " .. S' do I,u1 11111·111 11.:s 101 „.i . ' 11 len 11111i.l' ;.01.p1i1.11:111·a1'.sck wc11cj1,: ( j( ';\ ( po11uw111l'. c1.yta,i:ic w kll'r11llkt1 o< ,om,1. 1

„

.

0

L1 llll'
,\.

l:

2. l\wasy 11ul
;.mvicra rRN/\ dui.cj podjednostki (ang. !.or,i;e S11/>U11i1 lfr/Josonwl lw sq wi1·ks1.c ··-sekwencje obu głównych rod1.ajów l'l.<)Slcc1.L'.k rRNA s:1 dl11i.s1.c, a ponadlo obydwie podjednostki rybosomów sklad:~ją si1: z większL:j liczby bialek. . . Na rysunku 2.7(c) pokazano mccha11iz111 synlc1.y białka. Ryboso111 Wlrych niL' rm.po1.11ajc i.adcn typ tRNA. (Idy ryhoso111 11apnllrn krnlo11 slop. białko zwallL' c>.y1111ikic111 uwalniajqcyrn (ang. re/cll.\'<'./it<'lor) wiąi.L' si\: do 1niejsca wi:11.:111ia tRNA \\I ryl;osrnniL'.. Bialko Io powoduje uwol11ic11ic ·1.syllll'lyzmvanq•.u la1icuch:1 polipeplydowc!~ll '/, rvbosu111u. '1s1ni~jL'. taki.L'. kodon start. AUCi, który w kod1.ic gc·11clyo.11y111 rcpre1.l:nluje metionin\:. l~yhosom ro1.poc1.yna syntez\' białka, poc1.11ws1.y od pierws1.c·go z11ak1.io11cgo kodonu 1\lJG. Kodon len znajduje si\: v.i 11iL:wielkiej odległości od 111icjsca '/.Wi<1za· nia rybosomu. W bakteryjnym mRNA blisko ko1\ca 5' znajduje si1: konserwatywna sckw~ncja około 8 nukleotydów zwana sekwencją Shi11c-Dałgarn10. Sekwencja ta jest kuniplc1nenlarna do l'rag111c11tu sekwencji SSU rRN1\ z m:dcj podjednostki rybosomu. Wiw.:111ic rybosomu do mRNA wynika 1. odd1.ialywania po111i1·d1.y sdwe11cj:1 ShincDalgarno a komplerncntarnym do niej l'rag111c111e111 SSl I rRNA. Pierwsza C1.:1steczka 1RNA biorqca udział w sy111c1.ie jest 1iazyvv:ma inicjatorowym rMct jest IRNA. Jest 10 spccjal11y typ tRNA-Met. w kl\iry111 n1ctio11i11a 1.wi;11.a11a du Ri'-11\ 1.awil'ra grup\) /t)l'll!Ylow:1. /\111i11okwas fMct jest wprowad1.any do la1kucha puli1wplydowego tylko wtcd~. gdy kodon /\UU jl:Sl kodo11c111 slarl. 1'01.ostale koduny J\\ I( i w scbv,·11cji genu wpn;wad1.aj:1 do la1'icucha pul ipeptydowego /'.wy/de o.qskc;.ki [Vkl. . W cia1~u uslatnich kilku lal uzyskano lr(ijwymiarowc· struklury krysl:tł1u.11e rybo· , solllll (11p . ,Y11supov i in„ 200 I). S1<;11owilo Io ~lu;,.y krok w kicr1111ku pu1.11a11ia 111echani; ;.iiH'>IV d1.i:d:111ia ryhosornu. Ryhoso111 pełni rolv katali1.alorn w prol'<.'.c;ic twor1.e11i:1 w1ązan IH:ptydowy,·!1. l'oc1.qtkowo uwai.ano. i.L'. rf{N;\ sla11owi jedynie pewnego rodzaju rusz. l\ 111 ·a11ie. na kltirym s:1 ro1.111ies1.czo11c hialk:1 ryhosomal1ll'. ora1. /,(' lo wlas111L' ak1y 1:· 11 u,:,: kalalilyo.1w białek ryhosornal11ycli u11H>i.liwia ,;y11tc·1.1· hiakk. 'v\lspt'iłu.L'SIH'. badania \\'ska1.uj:1jcd1101.11ac1.11ic, i.c rRf'i;\ pclni 1.as<1d11iu.:1 mit,: w pruc\·;;iL' bl:tłityo.nym o.dpowicdzial11v111 1.a synlo.1: hialck. l'r1.L"/. analogii: do poj1:cia <'111.ym. m.11:1c·1.aj;1cc'1~0 budko () wla
" 2.:J. co11lralny dogmat lliolo[lii molnlmlarnej

2.3.5. Domlw. Aby don1krn1ć cykl pr1.eplyw11 inron11acji hiologicwci. ko111ec1.11e .1est 0111ow1e111c procesu syntezy I )N/\. Podzial kurnt'>rkmvy 01.11:1c1.a kai.dorazowo rcplikacil: I )f\11\. \\I ur~a11i1.11i:icli 1vic·luko111órkow~ch k:1i.da ko111N;\ jl'Sl niei.hi·dm· 1.v kai.d<·j ko111orcc, w ktorq 1.acliod1.:1 1m>CL'.sy transkrypcji i tra11slacji. l'on;idio l)f\Ji\ 1.;iwic·ra d1.icdziczn:1 i11f'on11acj\~ 1~c11ctyc1.11:1. a ly1n sa111y111 jego n.·plikacj: 1 slajc sii· nil·i.li\'dii; 1 do reprodukcji. · Replikacja DNI\ jcsl prnccsc111 scrniko11scrwalyw11y111. ( >1.11:1(·;.;1 Io, i"· podwNA dajl' (J\lc1.:11d dw\)111 podwicnic1 w pmhv/.11io11:1 jlO\VSlaje W puslaL·i knitkich rr:l!l,l;ll'llill\V ' zwanych frag111e11lan1i Okazaki.

l'ołi111er;11.:1 DN;\ Ili polr:ili dodaw;1ć kokjnc 1111klcotyd.1· do sy11\cl.\'/. kr\'1lkic· ,<;c kwc11c1L' ( lld· 1ys. · · -· 1 7( I · · · przery11.;my1111) · sy11lclyzow:111c · . . RN/\ . \) 1.a1.11ac1.rn1c 1·1rn:11111 pr1c·1 .Jcdn:i z poli111era1. RN1\. lzw. pry111:1!.\'. Proces sy111c1.y I >N;\ inicjm1;11H'j sl:1rlcr:11ni 1.11 ;1 lazł zaslusowanic· w w:ii.11ej tccl111icc l:ibor:i101yj11,'j l:111c11clH;11«·i r<';tkcii puli 111 n:t/.\' (a11g.110/il11er11.11· cllili11 /'i'i11·1io11. l'CR) (pur. r:11nk:i )„ I). . . .-"o 1.synkly1.ow:111i11 l'rng111c11t\iw nici opk;u.:ik1 s:1 lwo11011L' /Jl'/.l'/. liga1\' I )f,1/\. /.:m1w110 puli1m·r;i1.;i 1 . L1.ik 1pol1111l'ra1.a DN,\ Jll 1nog;1usuwać1111kk1ilydy / l.u1i<-:1.r ;,(•l,11·„ 1l!· ·i. „ il" 11 i,· 1 P'IS 11 . . '' J:l om· Li\> lliL·i w1orcmv<'.i· J,·st Io li.li'. proces korck('ji lil 1·d('iw ((u·11,/in.r:I.

:Hi

11 • l
nmvurn < 'l'll'.lll

·~. tm~Cl.IGllOWJ\ BEl\l
n~aLcji 11( 'h~

·

· d11/.l'J · · jest wvkollalllt'

·

· I >y I\O]lll„ licz

· · I·.tnL, ·1 sl'hvrncji :1„H ' ,\ , .

· ·w 1HL~w1elk1m · · .· st\J.LIHU. . ,: . · z.,,mq 1iillkowanq .

11v111 ro'f.l\\'tff/,L~ wvs1~:pu.1c

DN/\ w ' picrwot. ) kt
sd\wencg~ wyku1zysltlL . . 11H1zna . „

,

"I \ 1111 · ·sekwe11c1011ow;111H.' DNI\. llo pizcw. wil·lu ru:l11vch ·badaniach L'.kspery1ncnla Inyc It, Id·I" de·I 1 _i.1 , , -. .„ · .wst · · -1.n.i.101nosc .· '' (·11niJlilikmvancj N1czb1:< na _Jest_ 1 ąowadl.l'llia ·rt:akcji p( 'I\ 111t~ kn11H~t:z1w . . sckwencp. . : . , , , . 1,·,, · · •..·r·l·ll'<'JJc'.J·,· ,1 11,,,,.1 1 1-i·rilLich odcinkriw. lla11k1qacych z obu stil.Hl ".k11r llC.J\. 11a101nias1 rna.10111<\Sl' . · I I·" 11 . plilikmva11<1. ( hkinl.i tc p<'lniq ro IV st;1rtno\\'. ,.'f,· 1 fJ
•

------------· .\'

lal

„.„.„.. „„.„...„.„ ..„-1 ·· ...1....„„„„„„ .....„„.„.„„.„... '.i'

.;•

Sd~wi·ncja I )!'>L:\ iawicrnjqca an1plilit.1)wa11y ndcinck jest denat11n.)W<1.11a P~ 1 Jlr1.e1._ p1'1/\ · ·"I';„·1 T( 111 .. kJ 11·11wa pochodzi m 1 !IV s:1 SVlllC'l\''f.DW<\llC /.Wo 1·1111craz.a 'f'1111 .i"" • ' w _wysok1c1 · -. tc111pe1a11111.c, ... _ . „ sto„ . , li;iktc:rii• tcn11olih1r.·j •

c• •

'

•

,

•

•

•

••

2.f\. Wla:ioiwości fizy1<01;lwmi1:zne n111inokwns1\w I ich znnczcnin w proi;esio zwijanla.\Jlalni<

37

omawianych procesów 111a nawet hardziej fundarnL·ntalt1;1 inlcrprclację. Bi;tlka nic mogą być synlclyzowane bez DN/\, ponieważ nic przechowują oue koniecznej do tego celu inf(muacji genetycznej. DN!\ 1nożc przenosić informacje gcnctycznq, lecz nic może pclnić funkcji katalitycznych niczbi;dnych do metabolizmu komórki, jak również nic może ult:gnć replikacji bez udziału białek. fVlallly lu w pewnym sensie do czynienia z zagadnicnien1 ,,jnjka i kury": „Co hylo pierwsze, DN!\ czy bialka'?". Obecnie wiciu badaczy s:id:t.i, że zarówno białka, jak i DN!\ poprzedzily czqslcezki RNJ\ oraz że w historii świnia ożywionego był nkrcs, w kl
•

2.Lt Właś~iwości fizy~mchemiczm~ amino~cwasów i ich zmaGzi:mie w 1nocesie zwijm1ia białek

" .. - , 11,s·I„ · " IHJZ.)'<"Jc •;ow;1111.' ·I 11· cyL\al'!J· ril'11;11111·acp„ lll'-IA. S,11 tu> "11.11,i.1 .. • od ktorvch - _ pol1111c1az..1 101pm zim. \.\Jli<'Z•; 11i<'i .\)l'il\. i'ia 1y111 l'.i
nowl' nici

\'

.')' t<<•''"'ru.„„....„.„ .... L-„„-„„ ____ „„ ____......____ „ .I' „„„„.„„„„„„________ . ']-----------~------\:

~·

· · ·1 \,P · 111·. L· i'<>k1'11y cvld sv11tL'1.y Pt>ws111ll' 11ici ~·•I IHH1ow111L' dl'nalurt)\Vane, po l „ :1.ym Il.is \ . ~ .'. .·. nil'i ko111ple. : · -- · · '"'·le J"l/)' prud11ktow Jlll'llt:11·111•ch. ('yL\" th'.11a111racji i sy111cz.y]) N /\ s:i pr11Vl.11z.111c. • · · W m1csza111111<' · · 1.11ajd11jq. si1· or\r·inl-.i I )i'li\ wi<1/.qcc si1' do startcniw:

„

(c)

S

1

\' ·--....„.. „„„„„„„„„„...„„„.„„„ ...„ t!ll:m\J :i'

„. ,"

· do pol1111na1.y · l'Ni\ · "11·1 'vV t't''/.ttllacit-. w porow11a11111 ' · • 11° 1·11 nci, ·' DN/\. charak11,;ryzujc . · -. siy . ''. ' lltl"IY I „ ' ptou:su Lilk;1 11i·dów wi<'iko:;ci wir,:ks1.<1dokl<1L11osc1;i sy · · lllCI · Bl1·<.ly ..' _-_..rep. 1l1,)'.ll'Z.llVl'lt 1nakrnr·1.:1:;lcc1.kt:k sl,ll .

11

Jak ws1Hin111ia110 w podrod1„ I. I, dla wielu bialck określono cbpcry1ncn1al11c s1ruk1ury tr<\jwymiarnwc. Problem pr1..cwidywa11ia lakich struktur na podstawie sekwencji białku, porni1110 wielu lal had:nl, wci;1:i. nie 1.oslał w pełni rozwi:vany. Pewne metody prwwidywania struktury białek Z(>Slanq orrniwione w rozd1... I O, w kontekście metod n>1.po1.nawania wwre('iw. W ninicjszy111 pmlrn1..d1.iak przedswwimy niektóre spośród tych właściwo­ ści lizykochernic1..11yd1 aminokwas
białek.

kdnq 1. wa:i.nicjs1.ych wlaściwości aminokwasów jest ich wielkość. S1ruk1ura białek jest stosunkowo 1.warla, a pos1.c1.egie; waczniL'. obji;lo.~ciami. Obj\~lość najwi~·kszego :1111i11okwasu 1ryploli.111u --- jest okolo .\4 r:m1 wi1.~ks1.a od

2. l
3B

IJiall~a

i a111i11okwa:;y

2/1. WlaściwośGI fizyl<0cho111lcz110 a1ninokwasów i icl1 Zllitt:zrn1io w procl)sin 1wija11ia liiall)k

objc,:tości najmniejszego aminokwasu, Ci'.yli glicyny. Dodatkowe inrormacjL'. o.mldi'.ialy-

W<;niach van der Waalsa i

ohjc,:tościach

aminokwas(lW

( ! 9l)3 ). Poniewai. i'.wijanie białek zachodzi

v,1

są dost~·p11e

w pracy Crc1ghlona

wodi'.i~, objc,:lość aminokwasu n1w.11a tak-

określić poprzez osi'.acowanie pri'.yroslU objc,:tośc1 rni'.tworu w wyniku roi'.pUSi'.Ci'.e1;u~

i.e

w nim

aminokwasu. Jest

to

li'.w. ohj~tość cząstkowa (ang. 11orl.iol J10/11mc). Ohwtose1

cząstkowe sq ściśle skorelowane z objc,:tościami wyznaci'.onym1 i',a pomoq promieni

van der Waalsa i w związku i'. tym nic uwzgl\~dniono ich w lah.

2.2.

Zin11nennan, Eliei'.er i Silllha ( 1Wl8) opublikowali dane'. 1w tc111;1t kilk11 kolcj11ycli

właściwości arninokwai.;1iw, istotnych w procesie 1.wija11ia białek. /.an1iasł rni'.Wa:i.ac' objętość aminokwasu, Autorzy poslu:i.yli sil,'. pojt,'.l'iL'.111 tęgośr (;111g. /J/l/ki111'.1'.1') 1.definiowa· 11 ym jako stosunek objętości la11cucha hoci'.llego do jego długości. '!~'.gość ;1n1i11okwasu

, 1;yraża więc średnic

~.L'. mian,~ polarnośl'i

'lhhda 2.2. Wt,1:,c 1wosc1 f1zyknchl'1111cz11c .i111111ok wasow. \! 01>j;10.~ć, wyznaczona na pudslawi.c pro1 lllil'lll v.m dt•i Waals.i alon11\w tA 1 (l'1e1ghlun, llJialka lraci kontakt;. wml:1 (l{osc' i in„ llJWi).

;ie

poll' powieri'.clllli pri',ckroju lm\cucha bocznego.

aminokwasów zawarto w tab.

sili: skladajq sit,'

i\la11ina

!\la

J\

11 •)

I'

(l')

I I ,)O

0,00

11,00

1,8

l,(J

I I.\

0.7·1

·1,5

12,\

2-11

O.fr!

158

(),(>.\

Ili

Si\S

1\rginina

/\rµ

l·IB

I· 1.28

)'2,00

10.7(1

/\s1Jar:1gi11a

;\sn

N

lJ(J

12,2g

:ux

5.-11

Kwas asparagintiwy

/\sp

Il

'li

I I .(18

.\.(),7()

2.77

\,5

151

.?.,5

1·10

OJ>'.'. (),
18'!

0.<>2

Cyslc·ina

( 'ys

('

8(>

l.\,-1(1

1.-18

5,05

(il111a111ina

( iln

()

11•1

1-1„l:'i

:l,.'i\

5,(i5

IO'J

Kwas gl111:1111inowy

(ilu

I~

1.l,57

-19,90

.1,:22

( ilicyna

Cily

(j

'.\;IO

0,00

5,<>7

I.O

I lis1ydyna

I lis

li

l'.\.(1')

.'il,60

7,5'>

1,0

lwll'11cyn:1

I le

I

21 ;IO

O, U

(J,O':'

:1.1

l.l'llC)'na

l.<'11

I.

21,·IO

0,13

Lizyna

l.ys

K

I :'i.71

Melionina

Mel

M

1(1,25

I

1x:1

o.C>2

85 l'>•I

0,72 0,78

I g:z

O,HH

I r;o

0.1\'.i

•l'J.50

.1.'!

X.X

".'.I I

0,)2

.·n

l,'I

'.\,·I

204

0,8)

l'enyloalanina

Piw

I'

19,80

0„15

'.',8

:u

) 18

cum

!'roli na

l'ro

p

17„1."\

1.58

1,(1

(),.'

l•U

O,frl

Seryna

Scr

s

'J„17

I ,(17

(),};

0.(1

12:'

O.(>(i

Treonina

Tlir

T

l\"/7

l,(i(1

0,7

I,'.'

l•l(i

0,70

Trp

w

I(>.\

'.'.IF/

.2,10

(),<)

j ll

2'.i'!

O,Wi

Tvr

y

111

18,03

I ,(11

Tryp101':!11 ·1~vn)1.y11:1

Walina

V:il

V

10'1

.~IS/

u •t.:1

O.I\ li.Il\

(Jdchyknic sla11dard111Vt'.

O,"/

22'>

l'leklrostałyczn:1, kł1irq :1111i odkglości IO A. Na wypadkow;i

a111i11okwas1\w. Au1or1.y ohlici'.yli silL;

siła pochodi'.qca od ładunku at11inokw;1s1t (dla a111i11ukwas1iw /. t1ie1.cro-

W)'lll ladunkie1n na la1kuchu hoc1.11ym) ora1.

siła

pochod1.:1ca od

dipolowL'J'.O

ładu n k11 dekl ryo.ncgo (w I ycli a111 i nok was;1ch. w k I (irycli

taki wyslq1ujc) je:.;( 1.11ac:r.ni1· wi1·ks/.y od wklad11 1.wi:11:111cgo /. 111111iw1ll«tll di-

polowym. W efekcie indeks polarno:;ci w:vra:l.nic odn1i.11i;1 :1111inokwasy n;ll;idnw;111c od aminokwasów ohllj\'tnych dckl1')'Ci'.llic. Indeks

polarności

nic rn:r.r(1i.nia jedn:ik :1t11ill(lkw:1.·;(lw 11;il:1do11·a11yl"11 dod:1111io (1d

polar1mść.

lych n:1ladowa11ycl1 ujl'1nnic

ohyd wa typy a111i11ok was(l11· 111aj:1 wysuk:\

Wartościq

a1nit1okwasy 1.c w:r.gl1·du na 1.11:1k l:1dutil:u jc:;t pl. ,·:r.yli

poi'.walaj;iq

rn:r.roi.11ić

warto.~l' pH punkłu i1.ol'!eklryczncgn ;1t11i11ohvast1. pl :1111inokw:ts(iw k w:1suwycli (!\sp 111icści si\' w 1.akresic .:2-J. Oznaci'.a Io. :i.l' a111inokw;1sy Il:. 11:1 skt1il'kju11i1,;tcji grnp COOi I do ( '()() , h1·d:\ ujc111niL: naładowane w neutrnl11yt11 pl I. 1\hy prl.t'Stlll<\Ć punki i Cilu)

równowagi jonii'.acji i

zniwl'lować

ujetnny ladu11ck, a111i11okwasy n:tk'.:i.;lluhy

1111iieścil'

w kwasowym roztworze. pl a111 i nok w asów 1.asadowych ( Arg. Lys i I I i:-. l jl'sl w i<;kszc

są ol,oj\'lllL' clcklryo.11ic'. mieści si\' w 1.akrcsie )„(L pl jest wi\'l'. pri'.ydatn:1111iar:1 kw:isuwości :tn1i11okwapuzwalaj:1cą rnzróżniL' l;11icuchy lmez11c dudalnio n;tlad
od 7. La11cuchy boczne po1.oslalych ;11ninok was(l\v w hi:dka>:l1 Ich pl

S
W procesie i'.wijania hiall'k hard1.o w:1:i.t1q rol,· pc~l11i 1•fd\i iiydn·ofolilmvy. kitirv po wslajc ze Wi'.glc,:dt111a niclypowe cechy wody jako ro1.pusi'.c·:r.alnik:1. Wod;1 11• posl;wi ,·id,. lej wykazuje wyr;i;,11c uporz;itlkowanic 11a fl
0,7(J

Ru1.p11s1.ci'.L~llic lll'

l"l's:r.ły

wią"!.;111i:t

wodoru\\'('.

w wodi'.ic i1111ych suhs1a11cji prowad:r.i do 1.:ihttr:r.n1i:t ll'.j :;lrnklury.

alllinokwasowc, w odn'ii.nicniu od ;11ni11okwas(l\\' 11icpolarnych.

tno,1~;1

ł'olar

IW
2,(i

1(1()

0)\(1

wiązania

I.I

175

0,7·1

ll1t\' 111olck11l:1rn:1wodyw111nicjs1.y111 slop11itt 11i:i. :Jllli110!..w:1::y 11iq>lll:t1"111'. M(iwi111\'. ;i,·

•I-I

0,11

wodorowe i'.

c1.ąstec:r.ka111i

wody. Dl:11ego :11nitH1k w:1sv pol:mll' 1:tl>11u.aj:1::lt1t!..

:1111it1okwasy 11icpolarnc S<\ hydrnf"ohmv1" Ul u1.tiacza. i.c „1111ikaj:1" I .1:1

111rn11<~t1łu

(tj. od 11iert'>wnomicrnego rni'.lo:i.cnia l;1dunk11 l'ickłryc1.t1t'go na Ci'.;1stn·i'.l'C a111i1iok wasu ). Sili,' wypadkow:\ (dla wygody w jcd11os1kaL·h fH"/.L'skalow:111ycl1) przyj1rn1jt· si1· /.:1 iml«k.-; polarn
ładunek

Il

Warło.~ci 1 1 ,gości

Zirnmen11at1. Eliei'.er i Sitnha ( 19118) wprowad1.ili lak·

nok was oddzialywujl' na oloci'.l'nic 1.najd11j;icT si\'. w

pochodz:1cy od niezerowego

pl

V

2.2.

nato111ias1 o a1ninokwasach polarnych 1rniwi111y.

•lll<'

krn11:1L1111. l\"1d:1.

i.« s:1 hydrnlilo1w. ;•dvi „l11l1i:1'" ''""'\'

Rcs1.ly hydrol"ohowe wysl\'l'ttj<\ :;wyki,· wnv11qlt"/ c:r.qslcuLi l1i;\lk:1. ;·d:;i·· 11ud:1 111• t!(I ciL'ra. '/,kolei res1.ly hydrofilowe :r.najduj<\ si\' t1:t powicr:;d111i hi:ilk:1. gd;.i,· 1t1:1i:1 Lu1ll:tLI Sstosunck objt,.~toś<:i la1kt1cha IH1c1.11t·gu arni11okw:1st1 do je.gu dl11gu~:t·i, h~·d~1cy 111iar:i pula pr;.ekn~ju t: 11 icucha l>ou.ncgo i wykur1.yslyw:111y pr1.y anali;ie upakowani:'. a111in0Lwas<'111· 11· l>iall;ach (111·:~.1·1 1 . 1/11111.).

I. Wod:\. Takie J"\ll.111ics:r.1·1.cnic :1111i11okw:i.1;ow (lll/.w:tl;i 1.111i11i11i;tliz<111·:ic c·:w1 11:11wini\'lcj L·:r.:1stcc1.ki.

·, .\\l'>>i""I

:'. l
h.ylc i I )(1oli1tk (I 'Jg:~) 1.aproponowali skal~'. hydrol'olmwości au1i11okwas(iw. Zdeli11iuw;ili liydrol'ohliwo:;l:: jako s·1.acu11lww:1 n)i,niq· prnuięd'f.y cucrgi:i swobodn:1 amiuok w:1c;i1 w hydrol'ohmvyrn środowisku w111:lrza hialka a jego cnc:rgiq swohodn:1 w środuwi­ sL11 wodny111. I >od:1lnia wartość rói.11icy energii swobodnych wska'f.uje, i.e aminokwas jest liydrnl'llhmvy pr1.e111ics1.e1.cnie aminokwasu'/. wn1;lrza hialka do środowiska wodnego wy111:1g:1 11;1klad11 t.•ncrgii swohmlnej. /\llc:rnatyw11a skala hydrol'obownści 1.oslah11.apropl1J1l111':111:1 w pr;1ey H11gclm;1na. Stcil1.<1 i Clold111:lll:t (I t)g(i). /\ulor1.y skupili si\'. pr1.edc w:,/.ystki111 na lii:tlkaclt hlrnmwych. W11<,'lr1.c dwuwarstwy lipidowej jest hydrol'olmwe, wypl'111iaj:1 je• gl\\wnic W\'.),;Jowodmowc !:11icuchy lipidowe. /\utorzy OS/,acowali naLlad l'1tl'l'gii swohod11cj 11ie'f.h\:dny d() usu11iiycia aminokwasu'/. wni;1r1.a dwuwarslwy li11idnWl',j i wprmv;1d1.e11ia go do środowiska wod11cµ,o. vVy1nil'nio11c 111iary hydrol"ohowo""i :;:1 du :;i"l'i" '/.hlii.rn1e. kl'!. 11il' idl'11lyc1.11e. Wartości obydwu 1uiar z:1warlo w lali. 2.'.2. i·.llkjll') l'CCIJq :.t:11mwi pr/l'slanki; wspinaj;1c;1 ll''f\' o wplywic ckklt1 ltydrofohowcgn 11a 11atyw11q st111Ltur1· lii;ilkn.

'Jlri;r.m:ll~ii:t.acja '11\Yhllśa~i'!Jlmści amiumkw~nsórw

za

~mmm~~~

rnmtm.llv

mrn~izv

s!dmlowych

[]łówunych

\\! 1'
ld.ularnej. klmc Lai.dy hioinl'orrnatyk powiniL'll 1.11ać. W dalsi.ej c1.iyści rm.d'f.i:du omówi111y wyhr:t1ll' prnsil: 111elody a11:ili1.y da11ycli. Me1ody le znajdt1jq '!.astosowanic w wielu ni)1J1/ch 1.agad11ic11iad1 bioi11f"rnma1yc1.11yd1. W ninicjszylll rozdziale zust:111q one 0111óll'ill11,: w k()nt,·l;ś,·ic· :111ali'f.y da11yd1 do1yc1.;icyclt wlaściwości arninokwastiw. \V t:ilicli 2._'. 1c;;tawio110 osiL:m nii.nyclt wlaściwości li1.ykochc111icznych poszczc:>.ol11ycli ;1111i11ok\\'ilS()\V (w matcrialaL'lt /.nicllowych s:1 dostępne dane o wielu i1111ych wl:i:;ciww;ciach lizykochc111ic'f.11ych tych c'/.;1stek ). Jednym '/.e spnsolH)w pr'!.edstawicnia i1ilorn1acji 1. tabeli w hardziej pr1.ejrzy:;tl·j l'orrnie jest narysowanie dwuwy111iarowcgo di.rat1111, na klliry111 :t111i1mkwasy h\'d'! rq1rc1.c:11towa11e za JHlllHll'
~~ 5. Wizualizacja wlaściwm\cl a111il1ol
rnntody analizysl
4'1

I SO

ow

l<>O

1·111

MOlPl

llll

()<:J L

oV

1011

Nq O.'!'

Oil

oc

op So O/\

oo pl

IO

Rys. 2.H. Rl.)/.klad ;11ni11okwt1s()w 111·1,y 11względnie11iu ohj\'lości ci'.qsleczki i pu11klu pl (obie te wl;iściwości lizykochl·111w1.11c sq uw:1i.am· 1.a istotne z puukt11 widze11ia roli hioloj!icznej au 1innkwasul

ló.q hard'/.o bi isk o IV! i V). 1\1ni11ok wasy te rnoi.11a by rozd'!.icl ić, 1.ast~·puj:ic pl pr'l.e'/. jedn:i miar ltydrolobowose1. Jednak na takim diagrnrnie :11ninokwasy kwasowe i zasadowe b~dq ll'i.aly blisko siebie', ponicwai. s;i one hydrofilowe (maj;i ujemne wartości miar hydrofobowości J. Widzimy wi~'.C, że calościowe pr1.edstawie11ie .informacji '/. tab. '.2.2 wymaga '/.aslosow;mia metody pozwalaj:1cej odw1.orować wszystkie osiem .właściwości za pornoc:1 dwt'ich zrniennyclJ, które można by nastvpnie umie.~cić na osiach dwuwymiarowego c~iagra11H1. Odw'!.orowanie !akie można zrealizować 'I.a pomocą analizy składowych glownych (ang. 11ri11cipo/ cm11po11c111 {///(tfysis, PCA). Przyjmij.my, i.e dane wejściowe zebrano w macierzy o wymiarach N x p, np. tak jak w lab. 2.2'. Ltc1.ba wierszy N Io zarazem liczba obiektów w 1.bior1.e danych (w hit:ż;icyrn zagad111e111u N =-..: 20 aminokwasów), a liczba kolumn J> jest równa lici.hic zaohserwow:11,1ycl! cech tych ohiekt(iw (lulaj P = H). Kai.dy wiersz macier1.y danych moi.na traktowac :Jako wspolr1.1:dne punktu w /'-wymiarowej pr1.cslr1.eni. Zhil)r danvclt to w pewnym srns1e chmma takich punkt6w. Metoda PCA pr1.cksztalc:1 wejściow;1-clm1ur~: punkl;iw P'.iprz.e/. .Je.I ~)r/.csk:tlowa11ie i pr1.csuni1:cie do pocz
LX;;

()j

2. Kwasy 1111illni11own, lliall
42

Wartości średnic i odchylenia standardowe omawianych właściwości aminokwasów !.ll'!.\'.dnych

_(){ij__ ~ij

:~.'.i. Wiwaliwcja wlmiciwo:\ci a111inokwasów za po111oc<1 nwlmly analizy skl;](Jowycll tilównycli

głównej, a wi1:c pod waru11kic111, :f.e

)_:i_ "'"i!.'/,

O. W pudolrny spo:,lib 1noi. 11 ;1skonstru-

0\Va~ dalsze sklado;ve gl1'iw11c., za ka:f.dyrn rai.em maksyn1ali1.uj:1c w;iriancj\: pri.y ;,;iclio-· wa111u orlogo11al11osc1 m1we1 skladowcj gll1wncj do składowych g](lw11ycli skonstruowa·· nych popl'!.ed1110. BardziL'j s1.o.ególowy opis sposobu oblic1.a11ia wartości ";" 1,11 :ijdujl'

si<; w rn1m'C 2.2.

·

·

Il i)

()"

.i

Macier1. warlości ::.;; opisuje odchylenia pos!.l:zególnych warlości cech ml odpowiadaj:1cycl1 irn wartości średnich. z dclinicji średnia wartość w ka:f.dcj kolu11111ie 111ac1cr1.y ~~;; jest r<'iwna O, odchylcllic sta 11 dardl;Wc 1.aś jest r(1wne I. Takie pr1.cskalowa11ie danych wejściowych pm~oduje, :f.e wartości cech obiektów stajq si<; ponhv11ywal11c. a tym s;11nyrn r(>wnoce1111c 1. pu11ktu wid1.c11ia dalsi.ej anali1.y danych. I<.olcjny111etapc111 l'C/\jcst konstrukcja 1.bioru wcktoniw ''.i (P;1. "i·" ''.11· · · · "Jt•) określajqcego kinunki składowych !!,i(JWl1Ycil. j)Jugości tych wcktor(1w s;1 r(1Wlll'. I. L"/,yli ,dla kai.dcg11 wektora .i niaii;y :{,, p·),, ·,c·: J. Ponadto sq '.rnc para1ni mlogrnialt1l', tj. 2.., 1, 11;1, ";1. :.·: O dla i i~ ; . Ka:f.dy z wekton'>w _1est komh111ac_p1 l11110W
L"i'·=:;,.· /,

llklad wsp1>lrzi;dnycli y powstaje w wy 11 iku rotacji ukladu wsJHilr1.\?d11ycl1 ;: (rys.:•..<)).

,., (t')

(a)

1

BAIVilCI\

2.2.

METODA /\NAUZY Sł
DALs2:r: szcn.:m}n

l\01.wai,1uy ( /~ >( /' J··wy1ninrow:11n:Kier1. danych. I >la 1nacier1.y tl'.i 111oil'lllY wv;iiaczyl' ( /' ·, /') wy 111iarnw:1 rnac1erz \\'Spt'1k1.y1111iktJw korelacji cech,< ';1,. l~lt·1nenty tej 11 1;icil'r;y w.vzi.i:ic;,; 1111 y ;:i pil rnoc:1 rów11a11ia ·

<';1.

I '\ ' Nn nl L_J (X11 I

'

/1/,)

i

\Varl.oŚc.i w~1H>k1.ynnik(l\V krn\·l:il)i s:1 ;;1\\'~./.t' 1. pr;('{lzi:du od

I dn I. (id\' ( ·11

o.

!Il llhl\\'i

.1-tn I k-t;i l'l'cl1:1 s;1 dodal1110 ~kort'lo\\'tillt'. c1.}·li W}'k:11.11j:1 u1w 1t-11d1·1J!·i\' do n'1wi1<ą'/.l'~l1t':!il pr1.yj111mvania wywkicli 1111> ni,J,id1 w:1rlo(,,·i. (idy ! '11. O, to 111011·i111y. ie .I 1: 1 i /, la 1·cc:li:i ··"'! u.1c11~111t• sko~l·low:int> .:i w1rc gdy Jl'dn:i 1. l·cdi pr1.yjrnujc du).t· wartuŚt'i. fvlo~na p(~ka;,ać, i.t' wt~l.,;:1ory 1 .wska1.11j:1n· kicnmki osi skladnwy 11·li .~iltlwnyd1. ll/· ~;q wt'L!ur:illli w!asnylll1 111ac1er1.y korclac.11. a w1rc spel11injq 1aki.11ość: my.

l.L'

i"'·' ,;,„,i

L~

1\i('jJ,

),11P11!,

dl;1 JH„'w.11yt:li slalycl1 A. 11 • /,\Va11yd1 wartw'.t·i;111li wla~.ny111i, \Vt'Llur picr\\'s/.t'.i sLl:idi1W('j gh'l\\'!Wj

X,

--\

'"

Rys. 2.'l. SclH:111atyo.11a ilustracja anali1.y sklad01vych gl(iwnych. (a) Urygi11:1l11y 1.hi1'ir d:1nycl1. tb) /.hiór danych pr1.csLalowany ; wyśr0tlkmvany w1.gli:dcni poc1.:1tk11 ukladu wsp1ilr4·tlnych. (c J /,hi(1r danych po rol ac.ii na sk Indowe glt°>Wlll'

(;~·11g. 1:r~1tCl/>lJ/ '.·m111:01Te111. ł'( 'J {(i wektor wlasny odpuwiadajqcy 11:1,iwi~·kszcj warto~;ci w!:istll'j. !~u kpw I ( tHlpuw1~11Jap1 wckloro111 wl:1Sll\'lll lll'Or1.:1dLml':111y1n \\'l'dlug 111alcj:1cyt'l1 w:111w
\Vari:11H.j;1 punkl~)w w1.dlui.11-tcj skl:uluwLj gkiwnc.i.k~l nlwna

N

l'o lra11s!'ur111acji dysponujuny /' wspólrz1'd11yrni, z kt1irych jl'dy11it; dwil' 111ożn:'. 11w1.gl1:d11ic na dwuwymiarowy 111 wykresie. l Jklad wsplilr1.<;d11y('h _,. 11101.1'111y ,1cd11ak 1.dt"li11iuwać w laki sposób, aby jak 11 ajwii:ks1a C'l.\'.ŚĆ ro1.r1.111u pu11kltiw 1.11:;tai<1. odwzorowa11a \V piL:1ws1.ych kilku wsplilri.\'dtiycli. 'vV 1y111 celu wartości P11. duhi,'ra s11: tak, ab~ 1.111aksy111:ili1.uwaL' wari:mcj\: pu 11 kl\'1w w1.dl11i. osi picrws1.l'.i skl:1dmwj gi(Jw11c,1. czyli zn1aks_y111ałi1owa( warlośc.' ~ ) __:; r,' 1. (/.
11

I \ ' ., ' \ ' N L...JL1L.-1 i .i /,

fi

.... I'

111-.1.1

„. '

111"·.11,

11

i('.i wart11;;t·i ~\·l:i:, 11 ej:

. '\i___,(' I '111. (..,1,11111, /.

.

'

,i,111·; 11.

/,,,.

\Vari,arn.j:i \\'1dl11i. k;:~i.dcj /t' w~.p1)lr;\'lln,vd1 pu11Lto\\' . \\'}'llo~.1 I. ;1 .'>l;!d .'.lllll:in·(. !l:i \\';!! 1:11 ]( 1,1 ws1.)olrl\'d!l)YIJ jl'sl ru\\'ll:t /'. '/rni:rna ukl;11!11 \\'~,pnlr11, d11yd1 11<1 uLLid /:1d;111\' I 11, t'i'.'.l Lid11\\'1· :~!( 1\1 '..'l'..Jt"•I n·i~\'llt1w;ri.11;1 ru!acji .1biu111 pt111kH'1\\' . l 1 1111i~·\\ 11H:Hj;11ł!< ;11111·11i:1.111·1.'111u 11111ild11\\. q 11. 1.~·m~' \\:1_11osl...uwat:. i.1· c;ilkowit;1 waria11cj;1 \\' pr1t'slr/('11i :J,lad~i\\ \'1·11 j'.lnw11>1·l1 pl~/1J' t;qc ru'.\ 11. 1 I· (/.~·se calkowih.'j w:1ria11c,ii p11nld1.J\V, k1t.1r:1 ;o::t;1.k Pdw:ro1u\\;n1:1 '" 1ii 1·nv'./\'l'll 11\1 iwli ·J!:id,1 \\'~'t'l.1 gl 1 '~w11yd1, jl·:;t \\ i\'C nl\\'IJ;1 1l l I X_i I; /'.\V p1\·/1·11IU\\';111v1H p1 '"vl l:1dlil· · ;11111~,(· l;i j1" ! n'11• q: 1 il'. •·17 I ._,() ' "'Il'" li , ·1
~Hc·nvotncgn

,1al~ na rys.

ru1.u.11111 p1111k1<)w. 1'0 dowod1i ~,l'IJ.',o\\·110./,Vt·ii I'<'\\'

\\'\'Llt".i1' i«!-11<

! 1{

•

(l·d.

it· li ;: 1 !)1 1 t

ii

2. Kw:wy nuk\olnowu,

2,6. f\nallza !>l<11pisk aml11okwa~ll'iw. na potlslawio lc11. wlaściwości lizykocliomicznyiih

' to1. ra'l·t 11, ,'' sil'l1ic 11 · orvi.~i 11 ;ti 11 ej, os111iowy1niarnwej pr1t.·str1.c111.' Wynika /.t I" l/ost·ilc · · ' ",''/l'Śl' ·.:· wv1nia-, •. · l·lmvd1111t•o>sc1wu1un1 ·' · I· . " , (l.·1· tist·i1nic ,.1,.,.;,:· !'( ·:) · daje rn\\' ·' „„. · 111cw1elk1 wklad do . odkglm.u , · ·porn11Alzy " •. , HJJJid;ulli. '/,;itclJJ w1.orc<:. 111>s·,·.rwmval\t' w danych wylrn;śln11ych 11a dia1•,ra1H11: l'C, .lak1c ·'.a·. 1 ua;''.'" ;;li .11p1s . ·I. \.i \ >111 il\ l<.>11• , ..... "·111·1·n1J!1• . 't~ . dobn . 'lll odw1.orowai1ie111 w1.orc1"w ohccnycl1 w danych o1y1.11i.iln1ch. \/

li

\'

1,011

()J\

o.:: I

(),\/

li

O.I\

I.OO

(J,:l()

(),();;

I'

pl

11·1

11·2

O.OX ll.·l•I

St\S

Ft\

0,1(1

(),<)Il

O,P\

()..\2

ll,6'1

O;l'.l

I'

ll,.'.I

Il„'.()

1,0()

o.n

(),()')

ll,X5

0,2
o„~'

pl

I),\/

o.ox

O,.'./

I.OO

'0,20

0.27

O„lh

O,P\

Il.li:<

11„1.1

0.(>/

ll,.'.O

I.OO

O,X'.i

O, IX

O.I!>

Il,>.:

tl. ,,

{).}{)

I.OO

0.2.l

Si\S

(),')')

O. IX OJ).\

0.2.\

1,0()

li.li)

OJ>.I O,·l'J

IU()

I';\

O,Wi O,.?lJ O.'i\

O, /Il

O.I::>

0))•1 O,l'l O, I'.? I.OO

li li

)

ll,11)

" ·.111,·11'1·;·•1• ··l·hdowvl'11 "l<\w11ych dla , da11ych 1. ,lah. \lv'y11ik lll"/.t'l'l'l\W;H I./.L'lll,\ ·•' ' · ; · ~o . . , . . , '.2.2. , . 1.aprc' 11 ll:t I\1 .,. > I() "',·ki
!.< 'll(ll\V;lll\)

11,>;

11.·I

11,

•J

I.

UIVI

()li

o\' I)

O,.~

O('


IJ,.I u,\

OJ1 ( l, i~

(i

1.11

o..~

li,.!

0,(1

o 11,2

I)

1)..1

0,(>

O.X

pici \\':;;,u :~k !adowa

\!

Jl

I'

pl

IJ .. J

li 2

SAS

F1\

I

((),0()

0.'.'

0„11

0,1')

O.·i')

(),'il

0,10

0„1'.\1

:-:Ll;1di iwa .).

t0,:1H

O. Il\

Il.IO

0,2)

O.O.\

(),(),\

0.56

-0.17)

.'·)LJad(1wa

2.6. J~na~irn s~m~iisl< mnioml
Na podstawie rys. 2.1 O rnożna przeprowadzić „r9cz11q" analiz~~ skupisk aminokwasów, 111ia11owicie podzielić pu11kty diagramu na kilka grup 1.awien\jąeych rn11inokwasy o podobnych wlaścivvościaclJ. fok już wspornniano, aminokwasy I, L, V, M i I' wyd:\ją si~· twon:y( wyraźne skupisko. W jaki spostib można jednak pogrupowac' pozm:talc amino„ kwasy? W celu uzysłrnnia pewnej intuicji w ommvia11yrn 1.agadnieniu 1.acl11~carny czytelnika do wykonania kilku kopii diagramu 1. rys. 2.1 O i wykreślenia na nich kilku alternatywnych propm.ycji podziału aminokwasów na skupiska. Poszczególne warianty rnog:1 różni(: si~' łic1.bq skupisk rn1.klad punktów na diagr:miic sugcru,ic podzial na cztery do dzicwi\.~ciu skupisk. ,')kupiska mog:J się taki.c n\i.ni( wil'lkości:1 „__ na skupisko może składa( si1: zan)wno dui.a lici.ha ami11okwas6w, jak i pojl~dynczy arni nok was. Na rysunku 2.
() F I()

aillinokwasy hydruf'obowe znajduj:1 si\: w lewej czi;ści diagramu, aminokwasy hydrofilowe zaś w czi;.'>ci prawej. W skladowej 2 najwii;kszy udział mają dodatnie wkłady od ohji;tości, li,;gości i pola powierzchni. W d'ekcic duże aminokwasy położone są w górnej cz~ści diagramu, podC1.as gdy aminokwasy małe sq i.lokalizowane w jego dolnej c1.9ści. zwróćmy uwagę, :i.e ucl!.ial w składowych głównych 111aj:1 ws1,ystkie właściwości aminokwasów. Zatem otr:r.ymany diagram ró:i.ni si\: od diagramu, na kl(Jrym aminokwasy ro:1,1nies1.c1.onohy jcdynil: na podstawie wartości hydrofobowości i objętości cząsteczki. Rysunek 2.1 O ilustruje kilka i111uicyjnych wlasności badanego 1.hioru danych. Widać (li skupisko rcs1.l liydrof'nhowych o śrcd11im roz111iar1.c, czyli I, L, V, M i F. Dwa ani i nok w asy k wasowc, D i E, lcż:1 blisko siebie, podobnie jak dwa a111idy, Q i N. Dwie reszty zasadtiwe. R i I<, laki.c sq polo:i.onc bardzo blisko siebie. W ich pobliżu zn:\jdujc: si\~ trzecia rcs;,ta zasadowa, Il. Dosyć blisko siebie lcż:1 niwnici. dwie najwi\,'ksze rcs1.ty, czyli W i Y. l'('J\ pot.wala 1.iluslrować wszyslkic: te podohic:1!stwa najl·dny1u diagramie. Ohlic1.cnia l'CJ\ przedstawione w tym roi.dziale zustaly wykonane 1.a pomocą progra1m1 pca. c napisanego prze1. f>'. Murtagha (dostępny na stro11ic internetowej http://astro.u-strasbg.fr/-fmurtagh/mda-sw/).

2.6."I. „Ręczna" mmli:rn sku11islc

o \V

Il,()

45

11,·utral11c, niepolarne 11c11lr;il11c'. polarne kwasowe 1.asadowc

W. l·~ Ci,!\. V.1. L. M, P Y, S, 'I~ N, (), (' D,E K. l<. li

.li;st Io jeden /. 111ożliwych podzial6w 11a skupiska. Pml1.ial ICll jest pows1.cclrnic cyt owa„ ny w podr\~c1.11ikach biologii mokkularnej. /'.ad1\'.cm11y c1.ytclnika, aby 11ajcd11cj 1. kopii diagra1nu ·::. IO 1.ak rcśl il ok rw~ami pr1.cdslaw io11e powyi.cj skupiska. /,az11aczaj;1c skupi-

2. l
ska, warlo :r.auwai.yć, i.e grupy odpowimlajw:e a1ninokwasrnn kwasowy111 i 1.asadowym wygl<1daj<1 ro1.s<1dnie. Nc11lralne aminokwm:y polarne lwor1.<1 dośt': rn1.pros1.one skupisko w środkowej c1.i,;ści diagra1nu. N icslcly w środku skupiska 1.najdujc si1: P. { !rupi,; aminokwasów niepolarnych lrndno 11a1.wać skupiskiem grnpa la :r.ajrnujc prawic połowę powier:r.chni diagramu i 1.awicra hard1.o odlegle od siebie punkly, jak choćby G i W. Skupiska wska1.a11e pr1.e1. c:r.ylelnika w rantach wc1.cśnicjs1.ych prób sq 1.apcw11c hard:r.icj naturalne. Teraz 01116wimy metody a11ali1.y skupisk w sposób bardziej syslc111atyc1.11y. (>pracowano już bard1.o dui.o takich metod, gdyi. wiciu badae1.y /. r{i:i.nych d1.icd1.i11 naukuwych wykor:r.ystujc analizę skupisk do ro1.po1.nawa11ia w1.orc(\w w danych ckspcry111cn1alnych. '/,drugiej strony, rói.norodność 111clod anali1„v skupisk wskazuje, i.c w 1.agad11irniu tym nic istnieje 1nctoda u11iwcrsalna. która bylahy pr:r.a. ws1.ys1kich 11wai.ana 1.a 1nclml\'. najlcps1.:1. Cz\'sto w wy11iku :r.aslosowania ró:i.nych 111etod do lego same.go 1.hioru danych olr1.yrnamy r(li.11c zbiory skupisk, a 1.alc111 wyhór konkrc'.tncj n1ctody do anali1.y wybram·go 1.bioru danych jesl 1.aws1.c do pcw11egu stopnia suhidJywny. Analiza skupisk aminokwasów na podstawie iclt właściwości li1.ykoclte111ic1.11ych pu.ydaje si1: w zagadnieniu dopasowywa11i<1 sekwencji hialck. /.wyklc chcemy dnpasować res1.1y (an1i11okwasy) o podobnych wlaściwościaclt, 1wwct jeśli nic s;1
2..6.2. MG!ody hi1mm::hir,:rnej analizy

s!m~1isl\

Metody hicrarcltiC1.ncj anali1.y skupisk wy111agaj;1 okrc·śk11ia :r.ar(iwuo 111i;1ry pmlohic1\slwa po111i1:d1.y clc111l~llla111i 1.hiuru danych. jak i illiary pmlohid1slwa po111ird1.y skupiska111i tyclt clc111e111(>w. l'odolmic. jak w podrn1.d1.iale 1mświ1·co11y111 l'C/\. a11;tli1.owanc dant' h1·.dq reprezentowane 1.a purnoc1 wspólr1.ędnyclt pr1.csk;ilmva11ych do jl'dnosllrnwcgo odchylenia standardowego. czyli ws1Hilr1.1~di1yl:h ;:. l\a;'.dl'lllll pllnklowi i 1.c 1.hiuru da11ych odpowiada

l~ 2:6, Am1liza skupi~;!\ aminokwa1aiw na podstawio icli wla:\ciwo~'a:i fizyluiclrninicznycll

fi

:, Hys. 2.1 I. lfrpro.erllacja p1111ld1iw w wil'iowy 111 i;iruwcj pr!l'slricni za prn11ocq wektor
wektor

I.; 1

1.ae1.epio11y w pm·1.;1tku ukladu wsp
(poL rys~-

)

I I'

11.-go

pun 1\111

2. Kwasy 11ul
· · · I 1111H.J · .· 1111,uy " · polt\ lll.ll'tlslw·1 \ul1 lt·/.· war1osc1· ·p1k1c1kolw1e, · · ' od1lowicd11ic'1 • . dla. a11ali1.owa. ... · · \· · I I · J'/ll'tC'/'IC 11r'/C/ ) pudL1 cs11v<:li da11vc·IL Elc11w11tv 111aL:icP.y prn!o Hcnslwa l~( '/.H:my t ·.' .·'.. · · '.''' . . ' „. · · • · · • " '/'lslosow·rn1a sc1slc okreslolle\ llllary lap1c. 1.c· pn:'l.l'l!lowa11e algorylmy 111c wy111,1g.tJ'tl 11, ,·1• ·1 · 11 1'1·1 ('\Il" l'i11<>/1'-·li11k /'/Ili' lub s111glc /111kuge 111/e). ~ L_,. • ,..., • • / • ~· 1 s,\/; je:;\ 11,ajwi1:ks,'f.<\ ~. warltlŚl'i llliar prnlohie1:1stwa Su 111i1·d1.y para!lll oh1ckloW I E: A l

{ą:v,

i

,(

•

n.

.

wiąmnia (all).'„ colll/i/t'lc-li11k /'/lic lub co11111/cl!' -/111kug<' _mle). ,',' ,, j<.'Sl 11 aj 11111 i,:j:;·;; /. warlo~:ci 111 i: 1r p1ldohie1istwa .'l; 1 n111:d'f.y parami ohtektow / Ce: il 1 1 .

1.

Regli la \'L'lilL')!O

.i ' li. · \ · · l" .,rc,L_.11\a 1)e\11ego wi:11.a11ia" wyjal'ocliod'/.L:11i1: 11a/W „rcgtila \HlJl'l y11c:1.cgo Wti)!.a111: .. s11i111v w p. 2„(\, \. I Sl'urnialii.<>W:lllY „ Jr;.c·pis" 11 a ro1.wi:11.anie okrcśloncgo problennt 1.a \HllllOC s o:rnj :w jcdn:i /. rcgu 1 pi„;.cdst: 1w ionych powyi.L:j, pr1.l'I ic1. warlosc1 1rn:1ry poco1 \1i,:11:;1 wa pomii·d·1.y w::1.ys1Limi hiei.<1cymi skup1sk:1111L . . . .. , _ \. l'mvl:tu.:ij punkty I i 2 do chwili. gdy ws1.ystk1c \lllllkly /.ostan:\ poL1c1.onc IV ,1cd

'lJ:l/

1

llllSk11pi:;\.o. . . . ·.. . "tl···n I'ro,·cdmc l. oL1<::;\ainv ja\..o hi1:r:1rcliic1.rn1. \HHllCWa/. 11a k:v.de skupisko ( /. WYJ'l ,'it:I. 1 ·" ·\ I· \· .· . · I · · · llllli ··1s'/VCli si up1sk. Strnk· · :.k11pisL 1.lo:i.1.lll)'l.'ll /. jll>jt.•dy11c'!.ych jlllll 1doW) s' dl d SI', /. ll
l:1t /.t·11ia skupi::\...

/ ;\c/\,uh\·i 1·L

diil1('H 111 \,1 1

;dg11r>'llllll (fi/' \'/!. f11t1/L)

Hiduhil'11stwa 1

. ·

1110),v

wplywac,

1I

n·;.

1

u 1':i

I1 I · ~·1

. I •w·tl

/.Il'. \\j)

„., wvllil i dzialania . \

> •, '

?„fi. Analiza sl
wlasciwości

fizylmchemlcznycll

49

Na pl:ms/.y 2.2(a) 1.aprc1.elltowano hiL:rarchic1.1q an:di1.~ skupisk danych dotyc1.;1cych wykonano za pomoq pakietu oprogramowania ('LUTO (Kary pis, 2002), stos11jąc cos O jako miar1: podobie1'istwa punktów or:t/, scalając skupiska 1.a pomoq rcguly ŚrL~d11ich poląc1.e1ł. Drzewo po łl~wcj stronic plans1.y 2.2(a) pokawjc kolcj!loŚĆ lqc1.c11ia a111i11okwasów w skupiska. Dla przykładu L i I oka1.aly si\~ być hard1.o podobne i /.oslaly pol:1c1.one ju:i. Ila poc1.ątku procedury konstrukcji skupisk. Skupisko :11ninokwasów IL 1.ostalo nasl\:pnic pol
~;kupiska:

Skupisko Skupisko Skupisko Skupisko Skupisko Skupisko

2 .'. ·I ) ()

Aminokwasy 1.asadowc 1\111i11okwasy kwasowe i a!llidowc i\lllinokwasy /. malym l
K, R. H E, D. (). N

I'. T S. Ci, J\

c V. I., I, rv1, F

w.

y

Środkowa cz~·śC· plans1.y 2.2(a) repre1.c11tuje 1llacicr1. pr1.cskalowanych danych z.u. Czerwone i f.iclonc kwadraty wskazują wartości. odpowiednio, wyraźnie wi\:ks1.c i wyra/.nic m11iejs1.c od wartości średniej. Ciemne kwadraty reprc/.Clltuj<1 w:trlości bliskie warlości średniej. Taki sposób kolorowania 111acier1.y danyeh jest lakże przydatny w rcprc1.e!llacji danych mikrornacierf.owych f.agadnienic to omówirny w nl'f.d!.. 13. W powy:i.sf.y1n /.estawic11i11 skupiskom nadano na1.wy odpowiadajqc-c najbard1.iej cl1arnklcrystycz11y1n ccchrnn l:1c1.:1cym aminokwasy '/. pos1.c/.cgólnych grup. Skupisko a111inokwasóvv ·1.asadowych 1:1c1.y ws1.ystkic res'/.ty wyróżnione c1.crwo11yrn kolorem wys1ępuj:1cc w kolunmic rcpre'f.e11tuj:1ccj pl ora1. w kolumnie odpowiadającej indeksowi polarnmici. Skupisko a111inokwas(iw kwasowych i amidowych lqc1.y ws1.ystkie res1.ty wyró).nionc. kolorem 1.ielonym wysl\:puj:1cL'. w kolumnach odpowiadaj;1cych miarom liydrol'ohowości ora1. w kolunrnic rcprc1.e11tuj
50

i1111y111i res1.tarni jest stosunkowo trudnc 8 . Wlaściwości fizykocl1c1111c1.nc cysteiny nic są s1.c1.cg1'ilnic nietypowe (por. tab. 2.2). Co wii;ccj, i.adna 1. wykor1.ystanycl1 wlaściwości fi1.ykochemic1.11ycl1 nic oddaje cechy 1wor1.cnia 1rn1stk(1w dwusiarc1.kowych. l'akt, pr1.cprowadl.ona a11ali1.a skupisk uchwycila nietypowość lego ;uninokwasu jest ws1.ystko intercsuj;1cy. Skupisko 5 jest wyrnl.nic hydrol'ohowl'. '/,koki skupisko (1 ra dwa 11ajwię.ks1.e aminokvvasy oba s<1 arornatyc1.ne. Wmlo jednak 1.wrócić uwag\~, że inny aromatyczny aniinokwns --- l'c11yloalanina (FJ, 1.najdujc sit; w skupisku 5. La11cuchcrn l1oc/.11yrn fenyloalaniny jest picrścicli węglowodorowy, a ;.alem k11yloala11ina jest hydrui'ohowa. W pr1.eciwid1stWil' do i'c11yloalaniny, miary iiydrofohowości stosowane w ni11iejs1.y111 pr1.yklacl!.il' pr1.yj11lllj;l dla tryptol'anu i tyro1.yny urni;1rkowanc wartości. 'vY g1irncj O'.\~ści plans1.y 2.2(a) 1.a111ics1.c1.llllO dr1.cwo rq1rc1.c11tujw:l' hicrarchi\: skupisk ośrniu \1111awia11ych wlaściwości li1.ykochc111ic1.nycl1. J\11ali1.1: pr1.cprowad1.ono po to. aby w>'1.crcgmvać pos1.o.cg1\lne kolu111ny w sposób ohra1.uj:1cy grupy skorelowanych wlaściwości. lnl'ormacja pr!.L'.dstawiona 1.a pomoc;i dr1.ewa jest 1.god11a /. dany111i :t.awartyrni w ramce ·2:2 - . widać korelację ohj1:tości /. polem powierzch11i, kmelacj1: dw6ch miar hydrofobowości i wsp(ilu.ynnika F/\ itd.

2.6.;~. Zmienność hienuchicznej analizy słm11is!( Jeśli 11<1 diagram ii: /. rys. 2. IO 1.a:trn10.y111y uk1\:g:1111i s;.cśl- :;ku pisk

wy111ic11ionyd1 w popr1.L·d11illl punkcie. u1.yskany pod1.ial 11a sk11piska wydaje si1· hyl- rm.s:1dny. 1'od1.ial ten jest 1.apcw11c na tyle dobry, na i le po1.wałaj:1 ·1.gro111ad1.onc dane wejściowe. fVl imo to, nie · jest to jedyny rm.s:1dny podział na skupiska. a nicktl'1rc detale u1.ysk:1ncj struktury ·1.aló.ą od zasto:mwanej procedury anali1.y skupisk. l'o pierwsze. decy1.ja o przerwaniu procedury po 111.yskaniu s1.cściu skupisk jest . ;:tosunkowo arbitralna. Gdyby. stosuj;1c t\'. samq n1ctod1~ (1niar1: cos li i rc:gul\" średnich pul:1cze1i), 1.atu.yn1al: anali1.1· na l'.lapie siedmiu skupisk. aminukwasy kwasO\W bylyby oddzielone od arni11okwas
l'ohowvd1. K:1łcj11yrn 1.agadnic11iem. na kt<'1rc warto zwnici<: uwa)w,jest wyb(ir 111i:1ry podobic1i· stWa po111i1,:d1.y skt1pisk:1111i. !{ozwa~.lll)' i'unkl:_i~· podohiL'l.IStW:l par l:iC'/.Onycl1 skupisk w 1.aló.ności od lici.by wykornrnycll iteracji. Miara podohic:1ist wa jest ogr;rnicz.ona z g6· ry pr:t.e1. I, a jej wart oś(: stopniowo !llakjl' wra1. 1. powi1:1
wartości wartnści pmlułiiL:1istw wartośl' :>s1usu1d,1>1l'(l iii:dl;:I

śrL:dnicll

1rud11" l""ts1:1wi1·· res/I\' l'\'.'.l<'i11v '' 1:11.i

(/11 .. C\'/I. 1//11//, ),

w;1rtości

wartości.

''I'"''.'"·

nąj· 11H~Ż.~

:tli\'

11i«

lil

2,6. Analiza slwpisl< aininol
2. l\w:u;y 1111l
1.:1h11r1.y(-

iqot11it 1:1ruktury

do jcdncg<~ ~k.upi~ka, jl:~'.i· '.Y !ko 1<1c1.y je ~ci.cw jest największe . .Stwl wartości podohiciistwa d~a ,wsz~1 stk1cl'. par pu1~kt\\\~ zl;1c1.on~1 ch skupisk 111us:t.:1 być wi1:kszc od wartości podobicnstw,1 skupisk lub 1ow11c tc.1 wartosc1. IVl01.e1ny w1~:c powil'.dzicć, i.c k:ri.da p:ira punktów wewn<1H·1. 11twor1.011cgo skupiska jest ze soh:1 polqczo11:1 l11h tl'i„ i.t· skupisko jest w pcli'.1 ·1.w1:1zanc'. W 1.apre1J·11towrn1ylll pr1.ykład1.ic 1.astosowa11ic co:;(} jaLP 111 iarv po do1J1c11stwa punktow. scak111c skupisk 1. wykou.ystanie1n rcguly pojcdy11cic;'.u wi:v:uii;i or:v. 1.ato.y1m1111c proccdmy 11a et:1pic sześciu skupisk prmv:1d1.i do u1.y:;k:uiia struktmv 1ak1c.J. ,1ał~ :itr1.y111ana 1.:1 pottllll':) rcguly średnich pol:1c1.c1i, 1. t: 1 jcdn:1k n'i:i.niq. i.c skt; pisko W_'I .wst 1;0,1<1c:t.011L' /.L' skupiskic111 VI .IMI'. 11alo111i;1st :;k11pisku <)I; jt•sl wldi.icllHH' 1 od , skupiska Dl'.. /.aslosowa11ic . 1niarv• cosO oraz 111ctud".> 11clt11"'0 · 1-. 111i·1·1· ' . , " 111'.·1• 1 t·il • ' ·· .l · 11 ł .ll 1I·,\ „ dz1 do struktury pmh1IHK'J do struktury otrzy1na11cj 1.a jHllllrn·; 1 rl'guly s il. Nic s:1 1l11c t1·j, tak dolll'/.l' widiH:; 1;e ,.'

•

<"-'

'.

'

l

'

,')

t

,/,

' ' „ / ' wvkor1vst·111i1·111 . 'J' ' . /. IllOrll na drngrnlllIL", sk011strnowa11y111 l'C'J\ ' I )1·1' 1C)!O I,Oil I·dl'lllcgo · ·

danych wspolczy11111k1 korelm·,11 wydaj:1 si\: hyć slahs1.:1 llliar:1 podohiei\stw:1. /.apro.t'll· towanc 1.)rzyklady 1.vska1.Ul_'l. /.l' analizując r1.cc1.ywistc 1.biory danych 1.: 1ws;.1· warto prl.l" tcstowac kilka metod a11:d11.y skupisk. ponicwai. kai.da 1. nich 111 oi.L' daw;il- illnc wvniki. W dotyche1.asuwycli 1u1.w;ri.ani:1cl1 pos·1.c1.L'.)~(·11nc clc1nc11ty '!.hiorn daiivch pm.
2.6. Analiza skupisk nrninolcwasów na podstawie icll

2. l
Kolcjn:1 wai.w1 rnc1od;1 bezpośredniej ana Ii1.y skupisk jest algoryt lll K --średnich (ang. K-11u·1111s) (lbrligan, I lJ75). W metodzie tej wykorzystuje si1: miaą· odległości, a nie mt
LL;;

a funkcja hi\:du ma postaL'

11 1 1

.\ l!.~.orv11 v 01iH)1viorn: w pop1·1.cdni1n pmlnr1.d1.iak twor'/.:} 1.agnil'i.di.011<1 s1rukt111v skupi::k. ',re .~:1il1iwa11<1 w postaci du.ewa. lsl11icjq jednak it1n~: n_1ctody analizy sku1_1isk, '/.Walll' u.asL: 111 111 ctrn1:11ni ho.po;:rednimi", w których '/.adaw SI\' _1edy111e po1.:1danq l1czh1~ slrniii::k /\. pn ci.ylll ;tlgory1111 d·;.ieli '!.hic'ir danych na /\. grup ohickl
1'.·

/,

W pmvyi.s'l.y111 n'iwnaniu ;\ rcpn:'l.enlujc skupisko. Pienvs'/.e sumowanie przebiega
po ws1.ystk ich skupiskach 1\ "'" I. 2 . .... K. /,apis i, j

12

; /.Wa 111 lllL'IPd\' 11 1

pud1.i;du\Vl~

tang.1>nr1itio11t1f d11sl1.Ting JIU'thods)

(pr~·.YJJ.

t/11111. L

.

1 1

l<>w praki'ILT sprawd1.;:iiil' 11·s1.ys1kil'h rnoi.liwycl1 pud1.iali.t;ll<>S<'i o\llioc11i<>W<'.i i dlait')'.ll al;'<>1·yt1<1 taki llH>·i.na 1.astosmv;1Ć .i"dy11ic tło niewielkich 1.h!OfOI~ 11 d:uiv<'i<. W pr;yp:Hlk11 ibi<>1'1iw 1.awicraj;1cyd1 wi1·ks1.:1 ck1nc111
lic1.li1~

jH1~.111Liwa11ia 1Hlpowicd11ici~o pod1.ialu

1w skupiska

lpr~··''fi. t/111Jt. ).

,=

/l .. 1;)·~.

L2= 11i'.1· „\

l1111kcji 111a nasl\'l'llj:1c:1 posłać:

11

53

głównych.

d/1

ql n:i

lizylmcllllmicznycli

w nicznacz~1ym stopniu odbiega od tego, który 1.aprczenlowano na planszy 2.2(a). Ui.yskane skupiska s;1'I.godnez111lu1c.1:1 ora1. ro'/.kładcn1 punkl
Jt:d11vi11 1. zaslosowa11 1m:1od a11ali1.y ;;kupisk. w lyrn rcgt1l: pojedynczego wiq1.ania, pcl1icgo ~vi;vania i śrc:dnich pol<1c1.d1. hyla konstrukcja dr1.cw filogenetycznych na pod:;lawie ccclt 111mfologic'l.llych (Sokal i Snealh, I lJ<1:\l. Metody analizy skupisk ':ykor;,ystuj:icc 1nacic·r1. odlcglo:ki wci:t;" pełni
11

wlaściwości

i 1~ A

W hc1.pośrednich 111etodach an;tlizy skupisk dysponujemy 1.a'!.wyc1.aj jawn;1 t'unkcjq oceny. Algorytm poszuku1e podzialu na skupiska, kl<\ry maksyrnalil.llje (lub w prrypadku łu.nkc.JI błędu minimalizuje) runkejc; oceny. Jednak sposób poszukiwania mlpow1cd1:1cgo pod1.1alu na skupiska nie jest ściśle okrcślony 11 . Konicc1.nościq slajc si\~ nap1san'.e mlpowiedn1e_go programu komputerowego, który sprawd1.a wiele moi.liwych podzialow 1 'l.
·..· hinkq1 cell\ lllOi.l' pllSiadat' wicie lukal11ycii 111aksi111. 1/11111. ).

54

55

klasy algoryl11H)w bezpośrednich. Na przyklad zamiast scalać· 111alc skupiska w wi1~.ks1.c grupy obiddów, jak rna lo miejsce w pr1.ypadku omówionych metod hierarchic1.nyd1, algoryl111 111oi.e pr1.cprowad;r.ać sukcesywne podzialy wejściowego 1.bioru danych 11a mniejsze podzbiory. W tym miejscu warto taki.e wspomnieć o istotnej ces;.c ws1.ystkieh onH\wionyeh algorytmów analizy skupisk: metody te przyjmują, i.e skupiska nic zachod1.ą na siebie. Tym samym, pr1.eprnwadzaj11c analiz\~ skupisk wy1m1s1.amy pod1.ial zbioru danych na nic1.achod1.<1cc na siebie grupy ohiektówu. Podzial taki nic zawsze :t.najdujc odzwierciedlenie w wejściowym 1.bior1.c danych. W takim p1"'1.ypadk11 do rcwltal1)w a11ali1.y sknpisk należy podchod1.ić '/. pcwnq dozą ostroi.ności. ()pracowano testy statystycz.nc un~11iaj;1cc istotność skonstruowanych skupisk. Sq one pr1.ydalnc w pr1.ypadk11, gdy ist11icj;1 wqtpliwości co do sensu prnwad1.c11ia analizy skupisk w badanym 1.llior1.L~ d;111ydl. W <"elu /.ilustrowania ogra11ic1.e11ia 1.wi;11.anego 1. w;1n111kie111 11ic1.;1chod1.c11ia na siebie skupisk, 11mi.11a 1rns1.kicować diagram Vcnna, kl\iry puka1.uje lak wicie islutnych wlaściwości arninokwasów. jak lu tylko 111oi.liwc (pm. pla11sza 2.2(h)). l'owstalc w ten sposób skupiska zachodzq na siebie. Na przykład nidzt(1rc aminokwasy nic :;;i ani silnie pol<1rnc, ani tci. silnie niepolarne. Aminokwasy le lci.
nokwas
' ·Y

.,„

Ulslnicje klasa lllt.'lod anali1.y skupisk, tzw. 111L'lody rul.111ylc.i :111alizy skupisk (a11g. Jit:::~y clustering w l:t
l(I()

..

I

. ( 'ryslallographic :111:ilvsis ur l;w re

·

li'<""(}/'

./011mul of Mo/cc 11 /ar l!iologi-, .ll 2 : q 21 ·<1. · I ·'" '"•Ulld Io natmal opn:ilor 111. llcn11:111, 11.fVI.. Olso11,\V.K .. lkvl'rid"c Il I W· ·tl . I I , . „ I \I' , . ,, , .. „ T 11 .· I S ... s.111. . :urd .'lcl111eHk:r Il 111110 Tl . Ies. "'"'. .. „, ( •l'llH11 . ;\ „ l1t·111c·111' . . ' „ s11· i... ! I.. Srn11\·:1 tl . . · · ·-· ie lllll' e1c acid dalaliasc" ;\ 1. llll\l.11, 11 . . li'l't"·1h11Je1is1011al strUclllrcs of' 1111 ·I.· .. " 1. . .' · ' c11s11•c re 1al11111al dalah:>::c <>i' t hi 1· . / / . . ., . . c t lc ,Il I( s .. 1o111nt1! oj /11011!11'.1·i1'.1. (>.\: '/'i I .l) '' .l_J. lldh~,(;~J"VC·J .r11L~Jf"t::l.t'.(łtJ/.i.11dc•;-:.lt!111.I.) . . .

,„

Crc1Pli1011 Ti: \I)<)' !' . . i' '~, . , ..... ·': /'0/1•111.1·: .\1i'll<'f//1<'s and J\/11/i'c11/l/r l'mf'<'rti1·s l\ll'w Yurt: W.I I. l'r<'<'111;111 .nt,11!11.111, Il.A„ Ste11z. T.1\„ all
„

,r„. 1 1 \ '" , . . 1 . 1 n. C'/11s1c1'i11,1: :\l,1:11ri1/1111s.

lian; ...

1' 111 Ypis. 111<'1/111t!s).

nih1ych typiiw

„

.

( "1.:1slcu.ka DNA sklada si1" z sekwencji nukleolyd6w 01.nao.a11yd1 jako A.,(', (i i T. 'v\I c1.<1steL·1.ce lej jcsl pr1.cchowyw;111<1 i11formacja gcnctyana kom(irki. Di'li\ wys11:pujc 11ajCi'.\'Ścicj w postaci podwójnej helisy, zloi.onej z dwóch w pclni kn111plc111c111arnych nici. W czqstc'<.'./.Cc RNA. laló.L: wysl\'.puj11 cztery typy nukleotydów, jcd11ak rol1'. 1111klcolydu T pd ni 1111klco1yd li. ( '1.ąsl1x1.ki RNA skladajq si\'. najcl.\'.Ściej 1. pojcdy11c1.ych nici, kl<'>rc l.WIJaJ
_l()

Proces syntezy RN/\ 11:1 podstawie Wi.orcowc' ni" I .. , krypc,1a.1esl prnwadzo11a pr1.e1.11(lli111e1"'11. I' N' I' J . er. lN;\ n.1zyw,11ny tra11skrypcj11. Tra11s.S(,\VLllCJI ·I· . ," n1, l'N ;\ 1w1.vwan1\' ll"lllSl·1 ·"' ·I'['·' . "·. roccs syntezy lw!li··i . .. . . 1sl.1W1L'\\l/,(ll"l"OWc1 . . . ' ,, n.iprn · · · · ' · 'c.1-1. rocc~s len Jt"''t rc·iirzt ,. · L'.lc llNA. kodujqcc hialka \ll'/.cchmvt; . 1.. ·. " · "' ' '.m.iny przez ryhuso11iy ,')d,wcn 1' 1 Ili 0/1\ldCJ~'. \\' JlOSl'IC/ z.'[• . . ,. I k()( I1>1ia1111. Kai.dy 1. kodun 1'l\v rt"\ll"'zt·r· t · · 1 · . · ' .Ls .1wu troJ'"' 1.as:ul, /.Wa11vL"11 · . · ~ ··I Uje Je< en z an11nohv· · · I11 I · „ rowanrc 1.hroru kodun(l\v 11 .1 ;h'i<'ii· .1111 1· · . · , l lcz .sygnal stop. ( )dwzo. · ' .isow .. • · • no'1 w:1srnv 1iazyw·u y 1· I, · 1ranslacp sekwencje a 11 1vkodoni'>w w ... 1 • „ „ ·i ;· ' 11 · 'rn l lll gc·11cly<'1.11ym. \V prnccsic 1 l tkN;\ lworz·11.1 11 . . . • LI.ds cu".ic " . . w c1.qslcc1.cc 111RN/\. Kai.d\' li' N\ .. : " . . " • Y 1. s.·c..: 11·1·11q:11111 kodon<\w . ' / p11.uws1 01 1prnvrachi·icy 111 11 . · k . , . . . sc1 kala 11lyL·z111:j ryhosomu .1111 j 11111 .,v, . "' . .i11111ui was. I lz11'.ki aktyw 110 .· . , • ' .is 1c11 Jl'SI prz.c11osz 0 I1 , . tł"/\ . sy11lctyzmva11e1 c1.qslcc1.ki hialka. · · · 'l z " ' I 11;1 wvdluz.aw1• laikuclr l'os1.c1.cg1\l11c a111i11okwasv ni:i11i·1 s1·1· 111·1 ·11. . . . . ' . . . ' ' . • l . \Il.' I ll/lll/'ll'l'lll 1·1 I I" I I . ora111111v1111 wL!sc1wośc·i"iiiii· 1111 . . 1\1 · .,.,, .1 i· ' I' · • .' llll -ic111. '"' ·· rololi1>w,,,c"i·r · · · · • · ' l ll"1111l'111y1111 pm.wala prz.cdstawil' w imst·ii·'r ;, 1„11 . .. . · „ · 'c·iiic a ana skl:idowych 1.d1iw11yc·ll f J'( ';\ 1 . . · • i· , Il /lll"I Wl"\ :. . . . \\I . . . ·H mvy1111armvyd1 zh1urów da11vcl1 1;1 , . . · · • '1 .1so11'. · spolu •d11, 1111 I I· I · · i'( A s;1 ko111b111acp1111i lilliu\\l\'llli 11 1·,, 1.,1, 0 t ·I . ·\ c 11 ' l>W ,u11s1rumva11c za po111oq ·1 · · · · nyc 1 1.1111c1111ych Ws ·1„ . I . . sposo 1, aby p!L:nvs11·c·h hl! .1 <>1.nki1V:ll\/a wi.rnr1'l\v w 1.llli.011ych 1hio ·. . . ·• . \_ ,.., \. [H.tluw:11H> w1l'il' r6z1 1 '·I 1 111 . I . . . . . metody l11cran:l11c1.11e o rai llll'IOd\' 11 ,. ,. . , . · .\ 1. ' llll dn,il 11.y sk 11p1sk. w 1y 111 , · . u.p\)s1cr 1111c· Sk11111sh I 11 .1 . · gol11ych llll'lod lllOI~{! si1· du \H'\VI\ 'O ·1 " . ~: . / '. \.• -..{) s ltlO\VHIH.' Zi.l j1Ulll0l'~! jHlS/.l'l.1..' , ' c,00 S Ojlllld i()Zllll' f)ht •o00 \ 11'I" I' I pni dawac kry1vcz.11cj uccllic; ; 111 c 1. .. 1. ," vvr " :11w 11.y skupisk 11aló.v . · . '. . ' '' · · · .. · 1Hl .iq1 w 11n11teksc11'. h·1d·111 1.„ · " ,· 111l"1111. I\" 11a.1h:ml1.1l'f od\loWil'dni·i tll· ., . · • • ,„o l:f.!\\·IS '"· lak :iby wyhra<' · · ' " pos 1d1V1011c· 0 u prnhk1 1l 11 \V 11 · · · · · . ,. 1111c1s1.y111 ro1.d1ialP :111 ali 1 .1. .· · skupisk oraz P( ';\ 1.astosu\\"ll!o ""
Beli, C.i.i. a11d Lewis. M.

Poclsummnranie

.

l'I li'·

(hl·t.p; /

-

t\•Jl.\l\1J

.

I< I

ll"C•J •'

.

.1 "'"

l'ic\\' Yurl.: \Vil1·1-. . · . 'l11slcrn11• l<>oll.11. l l11iv" , . ' .

1 /

l.1!1)

I ~· . tJ

I l11l!H'.\Ul:1

.

it·clinw:d ł('p1!1[

/fi)\

fll /

K·1· , ,, .... ( .,.111t111.i·'.( i11·"k;112'l)i:.:/(·l11t (,/J l '·.I. and I luoli11k I{ 1: i 'J''' ·\ · ' . I . · · · o._· i ;,11np 1t' 111l'll1ud lur /' I · l I . o111nu! t~/ A!olt'nt!u1· ftt(l/n},'\', L:-\7: 105 \i. < L'•!' ;1.\·111,P I lt' 1ydr\lp:11l1ic t'll;11;1i.·11·1 !li :1 11111!<'111 Low,: TM 11 11· I ... '.'!'/ . 11!1\f.\. "I"\ .. . · · ·' ll . . . „t. „ .i11 .1 • , ph1111„1111 (qr 11111 . . l l . 1 Ili f1.t'IH1rnic .\L'qlll'llt:l':-i V '/ ". \ .· 1 . 1 ··' ,_. • '. llil\t'( 1 t'll' 1 ·tH111 \li !r;111.kr l~/J \ "•'lh'• 011 t .) . /I 111 '11 . ( /1,,\ /\1.'.\f'cll"C/J ••~:': 1J.··1.S ()I. J · 1 , łlLl.W\U;I I .r•,111/l !·'1\1/\dli/)

.„. ,

ti7

;1. 11wasy 111ikloi11owo, lliallm i

8. J(ltirc z poni"i.szych stwierdzc1\ dolycz:1-

I Interior ;111d surrat.'\~ of lllUllOllh~ric protvi11s. ~·lilk1. :;„ .l:1nin, LI .c.I., ,\.l\I., and ( 'holhia, C. l'I\\ . o_/.1\lo/«1·11/111· J;io/1'.':'" i'lo: 11\ I )7. I I . 'J'.K. I IJ')l\. ( 'INl'.Mi\: 1\nov1· co our rntc" , . ,\W I~ Mid1ic. 1\.I >.,arni 1\ttw1HH I · , ,„7 ('('I \ i'a 11 v :>111i1h. I U„ 1 •1) ' ' " • · • „ ",\cliVt' l'dilor ror llll!ilip\e a\igllllll'lllS. ( ,'('//<', 221 : (i(_'), ' . '.·. l / II I\ i 11 1'll\5. l lydrnphohicity or a1nino I' , . (, I) ( Oc""·lmvi11„ /\.li... I .cSSl:r, { iJ., I .cl', F.l I„ and ·"'us, '. . ' ·'~, 11

'"''il 1l·s1dn<'s 111 !~loh11!. 11 .'·

.•

•

,)

.

•

' li

SlltTli11. I .. I>., h\\

.

I ·1· I

.

•

••

cych procesu lranskrypcji jest prawidJo„

we? 1\. Transkrypcja jest inicjowana kodonc111

star! Jl. Transkrypcja jest prmvad1.ona prf.O.

syn1etazy a111inoacylo-tRN/\ ( '. 1'r1.e.d rn1.poC1.\:cic111 transkrypcji, sekw<'ncjc !
s .\'l'it'lln', 228: gJd H.

1"" 1 '111.

y IVI lkijcr, Il„ Sprnal, ll.S„ and Pero11 1 ·wiH'ITV 1' I l.ijllJJan, h„>.1\„ 11011, . " . . " ~ • •• „ . . . · 110 .lC\'l'\lion l'rlil·ie11cv hv tdntamrnyl~ ·

.

.

, ,, .

. „. . r . Pf\I•\ J1'Jll'lr\' SIJ'Jl<'llnL' Oli .11111 . , . . . , , , 11:1. LI. '()\)(). lnllnc111'<' iii 11ans e1 ' ' .' . . . . . '. "><)<)· .J\J .\(i. . , f\I \ . 1 •1. „ /illll'llill of f\/11/1'1·11/111 /1111/n.~.\, - · · ;111d <'\:.l1·111yl 11, ' Il "~;' ~·· ;'ri11ri >/1•s 11f'N111111'1'ii'11/ '/i1.1m10111r. San l'rancisco: W.I I. l'1ccn1an. •. ;"I.al. l'.I'„ a1HI S1H'ath. I .I I.,\. I 1·'· I _· . ; „ •. TN Cal<'. J.11.D„ a 11 d Nolkr, ll.F. . . ,. . „ . ·; l\a11ct1llL ;\„ l.1cbcrni:111. K„ I ..1111Lsl, . .. . \w;1q111~. l\i.1vl., )w.up11\,1,
:·\'Ili

)()(li _,

{ 'r\'~.tal ;;lnlt'\!lrt' iiltlw li )O .. tllllL d . „ · „ I' q( \' ·r i" 1 ·u1d !>1111 11:1, '· 1 h). 1:1·

I 1\1 /.illlllH'l lll
.„

„

•

Il/( ..

„.

„

••.•..

11~/ ;,l
,.

•

•

•

•

,

••

•\'.

.

,·

,

TIH' dl·ir·iL·tcri'i.at ion ol 111rn110 aL·1d ~.l quuH c„ 111 p1olcms ·

• •

I I . I'"' li. 170 :'.Ol. tiu ( :,.\.

.

9. 1(11ir:11. poni"i::u.yc\J strt1klm krnlHirkl.l\vyc\J nic i\. Il. ( '.

1.awi1.·ra RN/\'! J:1drn l{yhosu111 Spliccllsllnl Il. !liona ko11Hirkllwa

JO. Kt(1rc z ponii.s1.ych s1wicrdzc1I .I . . . I ' I l "'i 111·1'1·1cv 11;1 t'l'ill .-, '.i ~ . " S\\\jlll\;I · · /.:1/.11.\lllll . · 1iL ·ni·1 L"t"icl111k:1 '.jlJ;1\\'d11'\l\l' . ' . 'J . . ,- l"'d"1;111·"wy111i 1.:1.:::1d11i<'11i:11n1 h1lllo;>,1c1.11y1111 l o1i1:ill'i:ull'IJ1i w 11i11i«js1.y111 ro1dI.1:1h:. .. .

\'1!1/1'J /ll;qt \\jl' ~I\' \HO~,)

I. \\ [111\'

!. p1111i).s1.y,·h :11\lin"k w:1sów s:1 piry. 1llidv11:1n1i'.1 ,\ ..;\dcni11:1 i tyrnin:i I\. c'vtu1.v11a i 1v111i11:1 1 '. ( ·\ stc·i11:1 i :• 11:111i n:i li. ( :ytn1y11a i :.•.11:111i11a 1

„.

I< 1, , 1 1. jHl11iis1.v<'li 1·1.:r:1c:1·zt'I; 1.:iwin:ijq a11 >lllY i'os!'11rn' 1 , \. J\i:ilka. 1)1'1,\ i I' I"!:\ \\. I ll\I/\ i 1nL\ ( '. Tvlk11 l>N.•\ Il. '\'y\l,"l'ialb >. j,[111\'

\ll>llii.:,/.y<'li L'/.qS\CC"/Ck ;,;111'i1:r:tj:\ 1 :tld!!\\' si:11·k i'. :\. ! li::1ydv11;1 i\. I .i1.y11:1 i\kli()11i11:1 11. W·;1.y::1kic !.

I. I· ll•l:l / 1'"11ii.s11·c·\i :.«L\1":11c,1i nit.· J"SI pra· \\:i i \li i\\':\ ')CL \\'l'llt.. j: ! :I Il li Itnk \\''.\~,t. t\V:j ·.> I·: I f'i ~;·n'· lr'i I i. ('\i.I< 'I< (·

I ·1\ I~ \ \ 1;\ '1

I\_ \\l\T:;11N

:>. Kt 11 ra

1. podanych ponii.c:j jc:d11olitcrnwych sl.'l,\\'L'llCji aJ11i11okwasowyc\J odpowrnda scl; wcnl:ji Tyr l'hc-1.ys Thr-Cllll (iJy'! i\. Yl„KTl„.
11. Kliiry

<._

vrnvm/\s

D. l'l IRYL\)

'f. Ro1.wa)-.J11V nastnmjqcc tlii)!OlllL'ry

ll'ITNiÓC 2)C(l(i;\TT .li 1\1\TCC< i .\ l ('( '( i/\/\T . . Kltin: /. 11ic\J s:1 W/.ajc11111ic komplcmenl'.11· 11e'' Ws1.y:;tkic sckwc:lll:jc zapisano w kic· rnnk11 od :'i' du.\' 1\. I i :~ B. \ i .\ ('. I i \ i .1 Il. )

dt.1łyn<1·

cych ryho:m11rn j1•st prawidlmvc'! /\. W trakcie translacji rylillso111 wiqi.L' si1: d1> i11fllm1:icyj11cpo \{\\li\ bliskll 1;01\rn )'

Il. Ryhoso111y sq 11it·I.i>1·dm: do replikacji DN/\ (', l
I I. Któr,: z poniższych stwicrdzc1) dotyczą­ cych kodu genetycznego jest prawidłowe'! /\. W standardowym kodzie gcnctyczny111 jest jeden kodon dla cysteiny i jeden kodon dla tryptofanu IL W standardowy111 kodzie ge11ctycmy111 seryna oraz arginina 111ają po sześć kodonów ( '. flVkl tRN1\ tu spc1.'jal11y lyp tRN/\, kt(1ry wiqi,l· si\: z kod011cn1 stop U();\ \). Każd:,1 z powyi.szych odpmvicd1,i jest prawidlmva I~'..

Kicin.· z poniżs1.ych s1wicnl1.c:1\ d11lyc1.:1cyd1 poli1ncra/. jest prawitllmve'! /\. l )1.i\.:ki ohcrności odpuwicdnic\J lllCchani1.nH)w korekcji hl\'d(llv. odsetek hl1:dów popl'lnianych pri.L'/. polin1cra-1.1: RNA jcsl 1.nacznic nlllicjszy 11ii. mlscld:. hl1:d
1. Czy111 jesl owoJucja? !i!l

ksi:ii.ka O 11011-.1·11111•1111iu ,1;111u1d1ii1• dmgą do/Jom 11u111r1il111'go 11kazala si1: w J(l'.)l) rnk11. Przed kontynuowaniem lektury lego rozdziału. c1.ytclnik po1vi11ien spr<'ilmwM' sf'orn111lować w jednym lub dw(1ci1 zdn11iach tk·linicj1· ewolucji. kt1\n1 rnoi.11a umieścit' w slow11ik11 tcrniin<'iw pudr1:c'f.nika akatk'mickic'.go.

Według podn;eznik1\w genetyki ewolucja jest „1.lllian:1 c1.1·stości wyst1:powa11i;1 genów w populacji". Prawcl:1 _jc:sl lwicrdi'.cnic. i.c kiedy nowy alllll genu rozpr1.cstr;.L'ni:1 sir w populacji. lo podlega ona ewolucji. jednak ddinicja la wydaje sir nic tl1111wc01ć islol)' zjawiska. Inna ddinicja. klt\1«1 llloi.emy 11apotk:1<:. Io „d1.icd1.iu.cmc pr'!.l'!. wiele poko l~ti zmiany w populacji". Wvdajc si1' ona być hlii.sza prawdy. ale nadal 11it· jest dl:i nas w pdni 1.adowalaj:1ca. Nas1.y111 zdaniem ewolucja charnklcryi'.ujl' sir dwic1na wlnsnofria. rni: (I) podatność 1w hlcdy procesu samopmvicl:111ia (a11g. 1'/'l'or-JJ/'<1111· sl'l(IC/ifir'
. . ..

.

. 0 . . ·"1 I r1hcs11 nvol11cji i genetyki popuJa,:y,111c,1.ktorc st:11mw1:1 ty111 opisano. P, ,·.il 1\ ''' · " ' ·· ·.,. i inrorin·itvki ( hn:11v1:1111y 1.11ac1.c111e wvhr·rnych l.;:til;tl 1lllLll 11 o ( ~ . . .. I . I dals1.yc l ro;.w.i;..i „ '. · · ":. ., , ewoluc'ii 1110 1t-kularnc1. l'rl.L'I stawia11 „ I "' I l"l/ dr)'lll ·~e11clyc1.11c1.o . . . . . . ·1 , nmtacp. dnborn 11.1tu1,1 ncL_o '' · „' . .' .. ·. ·h id;i·nit· osobn1kmv od wspo m.go · „ . I. 1. ·iicsn.'llCJI ktrna op1sllJL pm 1 · · 11 1y podstawy lcol'll. procesu ,o, „ • · I"' . . 1 , 1~11 , 111 c·ii nl()\vick:1. Rm.w:ri.a111y la •/.e len. . t "J ll'Ol'll w(}( llll'Sil'lllll ( () l . I I. . l przmlka. ora1. 1.nac1.e111c c . . I. „ . . . 1'1 ·111v .SJHl"o luli Jlr/.l.'ciwdzialai;\ct·gu 11H1 ac.11. . „·"·I•:, Jsilyc<>m1uwspo 't·-'.'. . . · .„. 1 '" ulrw:ile111a llllll.11,11 1„1 cl.) rn : - . , .„ 1. 111 . lr; populacji i JHlllll\'d1.y galunk.urn u1.11. spol'or(iwnujeniy typy /.lll!CllilOSCI sckwcm.JI .\\l~I :.1 J': . ·

'vV rni.dziail' limlstaw1: do „

•

st\h ich i11lc.·q11t·tacji 11r1.ez sclck~.J~~11sl111~1~~~~~~
3.1. Czym jest ewlDllur..ia? . ·i··.· I·' l i n·1' kluc1nwq rnl1: L.:1volucji w l'<>Zlllllli:11iu hio;1;gii 'l '!li" (Il I „j. '7) ws,,[/,,\ !Sil ) . l'. '()S JCSl vvc w~, .I ,. I· . lf · „.· (). 1· 1,c W'f«l1•d111c lai wo usta Il' c1.y c ·. ' . o :i.vent. I0 ' . . .I 'sl 11·1u 1,;1 .,.. ' i billi11lorrnaly ą 1o 1„i,i. L.. .' -. , . „ ,·, sl'lnuwi i.dccydowi111ic wirkszy pro1· "sk111c czym Jl. s 1 i.yuc · ' · · t lI I i.ywc. o tyk i O\ 1·1·1111c1a . " wy-,.,1 >1·'/y"i"111·111·t naukowc1'1w pracUJ vv 1„ ' hi·dz1L: •

'"

i.\'i'i<- i<'S/ .1'i111101u11/1r:·.w1111iącrn1 sic uk/01!1'111 ,·/in11if';:i1v111

iiln•ui"ą„,. 111 ,. 11 •0 t111 ji ,/un1·i11011·s/d<:/. . . " . . ·1·. I J • 111\'lll z 110 . .· , · ···ci 1"ia luli 1noi.c '''Vlltys te w :i:rnc. · ' 1 · · . ( '1.ytl'i11ik 11101.c t.nac lllllC dcl11m..1_ I·).' .. „ . , ·1 li i .'11udk1'l'Śiorn1 w 11icj ;.11aczcn1c • [ · .. " ll'l" IJOWy/S/.l') ll'.illllLJI Jl.S l · .l . . . . V'l . · .„ .· , .· . <.lc·/."Wlsc1c nasll\' wiidow wy 1r:uua p11.c.1. '·' · · · . . · · . 1 1 · 1 ·1 1 1 ,·,1· . 11111ies1.c1.<1J:Jl' Il "' " ·I ewo ILICJI·· IV. I· )j() I 0)_„ ' . .' lo. JlllJ<;L . "'\\IV\j\ll'Jll.'llllll'.l<.

I 1·1"1 . . . I I I' . )\\"Il; l'WOl llC J 1; py1:11lll.', .J
~;i~·

l'r1.cz samopowielanie rn1.11111ic111y 1.dolność tworzenia pr1.1·1. nvol11ujqcv uklad kllpii san1cgo siebie. Nie kai:da i'.111i:111a jcsl cwoh1c'j:1. l'r1.ykladowll /.111ia11y. khin· wysl<,'Jlllj:1 podczas ca lego i.yci;1 orga11i111111, lakit' _jak ro1.wt'1j cmhrio1111. proces star1.c1ii<1 lub wvst : 1 powa11ic 11111tavji w ko1rnirkacli ,,11111:1tyc1.11ych 11ic 111awki11.': (197(1) u:i.ył tcrn1i1n1 „replikator" do opisu ohieklrej IH111•st:il)'. Ur!!;111i1.rnv o rm.rfo-.llialnej pici. np. ludi.ie, rówllió. w jll'\vny1n scnsit' 111og:1 sa1nodl.icl11ic si1; p11 wielać polrnnck p;1ry ludi.i jest hu. w:1tpie11ia 11t11vv111 c1.lllwickiclll. frd11ak sylu:wj:1 jcsl troch<; hard1.iej sko111plikowana 1.c wzgl\~du 11a rnic·s1.a11ie si1· u polrnnk;i gellÓW ohoj ga rodziców. '/,tego JlllWodt1 Dawkins (I 1)711) wsk:11.uje. i.c to geny, :1 nie "i')_',ani1.1J1y s:1 podslawowy1n lypclll replikatorów w biologii.

l'mlalnośL' na ill1·dy w pr1.ypadku procesu sa111opuwielc·ni:1 01.11110.:1. ie· lwrn·1.011<· ko pie nic 1.aws1.c sq ide11Jyc;.nc 1. orygi1wle111. (:dyby rcplil«1t'j:1 I >i'I/\ liyla doklad11;i, 11i1· byłoby dalsi.ej ewolucji. IHHlil'wai. 11ic hylohy 1.1nic1musci. 11:1 Lllir:i llli°>glhy <11.i:d:ic du. bt\r 11alttr:d11y. Ponadto ohecm· geny powst:ily popl'!.L''/. slopnio11·t: 1.n1iany \\!l'/.1':;11icjs1.yl'i1 form tych gL~111)w 1.acliod'!.qcc w wyniku rl'plikmji 1. drnb11_v1ni hl\:d:1111i. lll\'dV .';;! niczh\~d11y11J clcmcntclll cwol11cji, IHid warunkie.111, i.c nic wy:;l1·p11jq '/c 1.hyl d11i.q "!.\: stości:1. Wysl1'puwa11ie dui:L:j liczby hlt;tli'iw wyklucz:1 d1.icdzine11ie. t'f'.yli Jll·1.ck:u:111ia in((irniacji kokjnc11111 pokole11i11. Druga z wy1niL:nio11yd1 cech cwol11cji to 1n1iL'll11c powod1.1·11ic pron.·:;u ,<;;111101Hiwi1·l;1 nia. l'optilacjc wi\:ks1.ości or.~:mizn11i11· 1111iglyh)1 11·1rns1:11.· 11·ykl:1d11iuo. ;.1.dvh1 11i1· l1vJv przczjaki< u.y11nik Jin1i1uw;11w (najc11'.~Cit.·j pui.yll'ic11ic'. pr!.t':;lrlc'1\ l11ii dr:1pi1·i nikiJ. (;dyby ws1.yslkic or1•.a11i1.11Jy pr1.ci.yw:d1· i n111oi.yly si1· 1. lq s:11n:1 :;/\'hko:ic·i:J. 11i1.· hylobv 1.mi:111 11· c1.1:stości wyst1·pow:111i:1 rt1i.nycl1 :dll'li i l'wolucj;i 11i" 1111i; 1l:il1v 1:wl1t1 dzić. 1miar 1101nil:1cji i !':!kl. ii 11ic· k:tid1· i tJ;;tlh11ikLil\' :;pr:111·1:q:,1. islniejc wysl1·pt>11·:111i:1 d11l)()ru 11alm:d111·11u. l'licklcir" :illc,lt· ll<'d;i ; ll'i•·I.

Że

111oi.liwośt'

:1. Ewoli1c1a

[JIJ

111olnJ(ll\arna i \Jllllnlyl
:Jy 111 pr:iwdoprnlol1iL'1i:;lwL:1n 1ii'i i1uw pm:ostawaly w popul:1cji i ulegały ponow11ej rcplik;icji. W hiolsollllik1'>w o t»orszym pr1.ys1osmva!liu. W konsekwencji własności popul:iL·ji iii<';•:i.i:i .1.iniai1ic \I' e1.asil', w 1.gml1.iL' / dwrnna wylllicniony1ni powyi.ej dcli11icjami ,., .,1lwji. 1.„t1 i1·j1· jL:d11: 1L j1·:;'f\'/l' jL":•i:iiiil'J,lllll' di> linh :;i.lllll'!.onyeh, pr1.ypa1kk ll!lli.t: dct1:rn1111owac pr1.c1.yc1c ko11krcinc"'~; :dit-Iii. Jórli 111ai11v pnpul:1cj 1• skladajw-:1 si1· poc1.;11kmvo 1. niwnej liczby osohnilJJw ; 11 : j; ,·v 1·lt dw:1 n>i. 111 · ;i!ldc 1t1 lici.by 11: llil' 1m1.oslan;1 doklad11ie niwne nawel wtiwc1.as, 11 ::dv pi..1vc;tos11\1':111.1:1 lliiu :liki ·1 ::;1 idc111yc1.11L'. Wysu1pi:1 po.ypadkowe lluklttac.1e .w I 1L"J.eb11ll',,·i :ilkli. ,." 1Jkrcwać· nawcl he1. d11hlll'll n:11urnlncgo. Proces len nosi ; ;wi' m·;iundu1cj i jL:sl on wai.1i;1 c;,vści:11nlTha11i1.mu, d1.ii;.ki klt)rc11H1 cwolu11 1 1·j:1 1:i«·hud1.i na \ll>'J.irnnie 1,rnli1·kularnym, co h1:d·1.ie dyskutowa11e_ po1li'i.cj. . . , 1\l('l'\i;i11ii.1111'1Vtll1wyj11y jcsl 1.asLakuj:1co prosly w \H'Wne,1 rn1crl.l' wyd;qc sic hyc , i1·1111 il.Jll jcsl Luuv:,ltH: w n:1ukmvego punktu wid1.L:11ia, skoro \1), l''/.l:go pulr1.e1 IHijl'ill\'. 111 j·1·tlv11ic· l"'11·i1·1·1 rnd1aj 1cplikalura i jl:go u1:::cimva omyl11ość. Ro1.umie_si~ :.;Ili Hl \li''\'/ 'ii· nic 11iv j1'~;t idcalm:, wi1:c wyslqpic11ie hli;tl,o lernalu. llinr:ic prnl 11w:q.>,\: pro:;Jul\' i 11icuchnHlllOŚĆ t'.wolucji, rnożna si1: :mslanowić, _dła­ o1·i•11 ludi.I-.<>:;,_: polr/.L'ii11w:lla 1ylc c1.asu, aby dopiero w 11olowie d1.icwii;t11aslcgo wieku ·;\ wo 1„1 v1: koi1n'pcj1: IL')'.O prlH.TStl. ks1.c1.c hanl1.iej 1.ad1.iwia l(> .i.e 11iekttir1~y wyksztal,."11i li1d.1.i1.1 ,, U\lll!'1.'111 ;,;qlr1.t·u.:1j:1 is1nicnit1 ewolucji. VI' ko11leksc1l: rn1.wa1.:m o h1rnnfor· 111 :il\'1'L' 11 ic 111oi.na w:;k<1'!.a\- kps1.q10 argurncntu 1.a islnil:niL~lll ewolucji nii„ rnoi.łiwość wv:;nac /.:ini:i d1 lp:ist >w:11i sl.'k Wl'.!ll'j i. I 'ald, i.c podol)\]c sek WL'lll'jL: gen1'Jw 111oi.na J'/\'iiV i lt1d1iel. jl'::I 11io.l1ilym dowllwn:1nic: n:ch 111orlolog1czn,Y~h. w•\\ p:ilrlv111y na 1v::unki 1>r1.1.:cls1awiaj:1'"-' s1.ynq,:111s:1 i c1lowick;1, moi.emy .iakoscJO: \\'<> ::1wiL"rd.1.i"·· i.1· \\'\')!l:\d:1j:1 p(){lohnic '!. pew11y111i rÓ'i.11icarni. cłlociai. lrudno wskazac t!<"1''.;\' k11·m· ki.;ily 11 podsl:1w tych 1.rniall . .ll'dnaL gdy p:11r1.ymy na dopa~o1 11:1111.- .d.•11 11,·ii :~1·1111 p1iclilld1.:1t·L')!ll ml :;·zyrnp:111:;a i gl'llll poclHHl1:1ccgo ml czlowi~­ \,:1. 111ti.i,·n11 jlll'CVl.vjnil: wsk:11.ac nii.nicc, po11icwai. na L!IL11 pozycpich dos1.lo do po(." •.1:1 w i : 111i11nl, \\;;is." w. \V dal:;1.cj l'!.piL·i 1n1d1ialu 1.ohau.yrny \\'jaki spos{Jh cwolull.PI 11 1 1 :,,. I.

::"11ow.

a.2.

M11taejo

61

Warlo vv 1y111 11_1iejsn1 .wprowadzi(: lcn11inologii; ;, zakresu genetyki, któni wkorzyslamy w da.lsze1 l.:1.11sc1 roi.działu. J ,ocus (I. lllll. loci) to nanva okrcśłolleoo miei·. I „oc11s 1ia1c1.1:ścicj · "' to być sca n_a c 111«Hnosorn1c. określa poło7.enie genu, jednak rnoi.e r(nv1_11e1„ marker lllolck11larny, lj. sekwencja kl(ll'q n1oi.na wykryć ckspcrymcnlalnic, a ktora 111ekornec1..111e JCSl sek we.ncjw. Wykrycie t;1k r;,adkiclJ alleli jcsl !rudne. 0 ile nic s:1 dos11·p11c hanl1.o dui.e pr(ihki danych. '/. lego powodu genetycy ci.1:slD uzna.I'! locus .1ako polimorl1c1.ne tylko wicd~,;, gdy Cl.\'Slolliwość wysti;powania najhanl1.icj 1:11zpows;:eclrn1oneg'.> alklu .1cs1_ mniejsi.a od określonej warlości granicznej (najci.i;scie.1 C)tJ111o). I kf1rncp1 la zasadn1c/.o polllij:1 możliwość wyst~:powania bardzo r1.adkicli alleli. . Wi1:ks1.ośt; IH.:1.jqdrowuiw jcsl haploidalna, co 01.11ac1.a, i.e 1.awiera pojcdym·;.: 1 kupi~· kazdcgo lrn.·11s w g_c1m1n1c'. Wicie jqdrnwc(iw jesl diploidalna. c;,yli posiada sparow:nie chromoso111y. a w11:c n'Jw11iei. dwie kopie kai.dego locus. Jeżeli u danego osobnika dwie sek vw11c1c w określonym locus s:1 kopiami Jego salllego al Idu, to osobnik len jcsl 11a1.ywany ho1110zygotq wzgl1:dem lego locus. a jc.~;li alicie sq nii.nc., osobnik jest ht.:1erm'.yg111<1. M11iaeja Io dowol11:1 1.miana w sekwencji genu, kióra może być pr1.cka1.ana polomslwu. IV! utac.1c powstap1 w wyniku alim us1.kod;,c11ia czqsteczki DN/\ (np. spowodowanego prorn1crnow:111ll:rnL albo wystqpienia hl1:dilw w procesie replikacji, kiedy pojedvnci.a zasada w hn_icucłrn DN/\ jcsl 1.as11:powan:1 p11c;, 1.asadi; innego rod;,aju. '/,godt;ie; IVlll, co omaw1alts1ny w ro1.d1„ '.?., 1.asady J\ i (i sq n:11.ywanc purynail!i, a zasady c i ;1'/U sq 1rnzyw:n1c· p1ry1111dy11a111i. IV!t11acj1.:. kli.11ym c;,a~;ic. u różnych osnhnilJJw i dodmlizi Wlcdy do powslania kopii isluicjqcego alkhl. Mutacje punklowc: \Vys11:pujq na calt~j dlugości sekwencji DN1\. Hl'ekl 111u1acji 1.aló.v od '.111c1sca1v.1 wys1;1pil:ni:1. W lliektdc111k1 111ckodt1.J:1rlb1 prawdo11odob1H.', ie h\'d1.ic' mulaeją przvs!osowaw-· lZO I'.i,,,_ I' l·t' . wp Iy111c . na pr1„y.c;losowa111e ' orga 1111.1111 ' ws lll'Uli"l~B'' . . ' . '1· l"'\'1'1 '·-. , rn.i., 111c· 1.' Jednak niL: ,.' 1·~sl~d'c'n1l'kodup1n' s_ck wc·11c.1e DN;\ s:111iel'u11kcjonalnc. Sckwe11cjl~ 11ickod11j:1cc 1110g,1 z.m1u.ic syg11aly lllll'JllJ
fi2

'.l. Ewolucja 111olel\11la111a i uo11elyl«1 pop11lacyj11a

Mutacja odd1.ialuj:1e<1 na tak:1 sekwencji; rnoi.c mieć 1.nac1.:1cy wplyw 1w pr1.ystosmvanie, poniewai. Zlllianic 111oi.e ulec poziom ekspresji genów. Kiedy mutacja wyst\',pujc wewnątrz sekwencji koduj;1ccj hialko. moi.L'. rnw spowodnwal'.: /.mia1w sekwencji aminokwasowej bialka. '/.c \Vzgl1:du na struktur\: kodu tycznego (tab. 2.1) nic kai.tla mutacja DN/\ powoduje 1.mi~t111: w sekwencji hialka. tac.i\:, kt(\ra nic prowadzi do zmiany aminokwasu n~'1zywarny 111utacjq synonimicZIU\, 11atomiasl mutacji: prowad1.ąc1 do zmiany aminokwasu nazywamy rnutacj;1 niesynonimiczną. Wicie z111ian na trzeciej pm.ycji kodonu to ·1.rniany synonimicrnc · np. kodon CCC! koduje proli1ą:, jednak Ci rnoi.1: 1.ostać wrnienionc na/\. C' lub T hu. 1.1nia11y kodowanego ;11ninokwasu. Istnieje niw11iei. kilka mutacji sy11onimicrnycli. w kt\\rych 1.miany v.iyst1·puj<1 11a innych n ii. tr1.ccia IH>1.ycja kmlonu, np. w kodonie leucyny ('TG, pierwsza po1.ycja moi.c ulec zmia11iL: z C' na T Nic11111icj .jednak ogro1rnw wi1:ks1.0Ś(' mutacji na pie1ws1.t:j i drugiej po1.ycji kodonu je:;t nicsy11rn1i111icrna. ~liesy11oni111ic1.1JL: n1utacje s:1 u.asami klasylikmvane b:1d/.jako 11n1l:icjc missens. kiedy jedt:11 :11ni11okwas jest 1.ast1:powany innyrn. b:1di jako rnulack 11011scnsow11c. kiedy kodu11 stop pojawia sit; w środku sekwencji (np. kodrn1 tryptol'a1111 '['( i(I 1noi.L' ukc 1.rnianic 11a kodon stop T/\Ci). Mutacja no11sc11s prowad1.i du tcrn1i11acji tra11sl:1cji i powstania nickornpktm:j sekwencji hialka. co 01.nao.a. i.c w hi:dku bc,:d1.ie brakować pew111•go jego l'rag1m:ntu. /.jawisko to h\'di'.ie prawic 1.awszc miało silnie negatywny wplyw na przy,\tosowanic. Mutacje misscns 1nog;i mieć po1.ytywny luh 11cgatyw11y wplyw 11<1 przystosowanie w 1.alci.no:;ci od 111iejsca id1 wyst:1pic11ia w sckwclll:ji hialka oraz nii.11icy we wlaśc i W< iści ach li1.ykocl1a111io.nycl1 1.a111ic11i:mycl1 an 1i nok w:1s\iw. Nic wszystkiL: nrntacjL' s:1 prostym pmlstawicnicm jednej zasady przez i1rną Mogą wystq1owaĆ równic:i. inscrcje i delec.ie. kt(irc i'u11kcjonujq pod WSp!'1Jn;j na1.Wq indeic. Mak indcle pojedynczych zasad lub tylko kilku zasad sq C/.\'.Slc. Jedną /, rir1.yc1.yn ich wyst1:powania s:1 pośli1.gi polimerm'.y DN/\ podo.as replikaeji . .ló.di podc1.as replikaL'.ii polimcrnza DN/\ col'nic si1: o kiH;a zasad. lo 111oi.L: dojść do inscrcji kopii lego l'rag111ent u sek WL:1lL'j i do mi wo sy1HctyzowaiJL'go la1icuch:t. Sek WL:ncje 1.aw ierają­ CL' pmvt(ir1.c11ia s;1 Si'.l'Zcg.(ilnie p()(lN;\ mogq nadal parować si1~ gdy nastqpi 1nale w1.ajL'.lll11e przesuni1·cie l:11icud1ów. np. sekwrncja (j( '(;('()('(;('( iC rnui.l· 111iel'.: t1sl111i1:t:1 luli w:;u1wion:i dudatkowq parv CiC. s,:kwencje 1.awierajwai.11y111 d1.icd1.ic1.11ylll sl'11or1.cniem 11 ludi.i. .lei.di \I' ::ckwe11Lji liialk:1 dl'iccja luli iw.crcja dPtyt·„.y l'r;1)'.lllL:11l11 sckwt:11cji nieb1:d:1c'<.'.i widukrolno.~ci:i trzech nukkotydt'iw. lu 1H1w11duj,· una 1.111ia111· r:1mki odczylt1, ktur~1 1.lllit·11i:1 :.:t·hvcnci1' a111imikw:1smv:1 pu11ii.c:j dl'lc1ji l11h i11st'rcji. Wy11ikic111 tej

:i.:i. Z111in11noM sokwrn1cji wnw1i:1lrz i pn111ięclzy l)alu111
z111iany jest .11ajc1.1::;cicj utrata funkcji llclnio11l·J·. lll'/C/ "L'll /·itL'lll ·11.... · 1li 11 delt.'-· . . , · . . . · · t- · · " · \Sel l'l:t

cp po,1cdyncze.1 i'.asady Jest 11H1tacp1 o wiele powai.nicjs;.q nii. wy 111 i:ma ·pojcdvilL'i'.cj

zasady.

·

·

·

Mutacje mogq czas:1111i poci;1gać za soh;1 do.~ć duże zniian" w I )N/\ l'i·;, 1 1· l·i I . I .. ' I I I „ · .1 • ·.1 ' ' ( owo 1~10zc t OJSC ~o L c cep luh _msercji dzicsi:\(ck luh nawet tysii.:cy 1.asad. /mian); w lll:tlcnak gcnetyci.nym rnog:i rnw.mez zachodzić na po1.irn11ic cltrn111osoi11(iw. Odcinki DN;\ zmv1erap1ce cale gc11v· lub kilka '!!L'.IH)w 11100; Ico· ć i 11 , 1,..' 1·si• · Ol IWIOL'Clllll . · . · I\Il'-· · 1 11 c 1 11 ,„„ 1 "''' "i') c , runku. lub tnmslolrncji. czyli wyei~·ciu sekwencji z .1·cdnc. 1· L'Z\:.\ci ieocno 1111 11\\Sd\\lllllll · , ·t· , , • • • ·l"'\'t' jc1w1nny111 11m~.J1>C11. 'v\/.,1.vstkie 11ow"i.s1c t\111\1 111·i·1· „ • : . . • .1 · • .> 11111"111 • • ' .11·1 • ·1·" 11·1 „ . l Io 1lll I 1; 1l' Jl. po. n1cwa1. ws1.ystk1c one s:1 zrnianami w l >N/\ kt(ire 1110!''! 1osht' . ·l'i"l'''ll , I 1' · ' . ,-' ' ' . 111 1' ' ' ' " I l . \I) l'jn\'lll poko Icn1on1. . .

„. ·

JUt Zmiemwść se~{W«:HltGji wewnłibz i 11omiędzy g~~hm!rnmi W podrozdziak ty111 ro;:wa:f.ymy przyklad dohr1.c 1.h:Hlaiwg11 ,''.l'llll, co poi.woli 11 ;i 111 /;i obscrwm~ac w1.orcL' 1.1111c111H>ści sckwc11tji powstaj:1c1'j w wynik 11 11111 tacji. l'or!l\l'll:llll\ zni'.ennosc ohsenvmv:1n:1 wewn:1tr1. lud1.Licj pop11laLji ZL' 1111i<'llllPŚL·i;i oh;:nii·ow: 111 ,1 p<; m11.d1.y lud1.1111 a 11111y1111 1.WIL'l'l.\'ta1111. Wyniki hada1i PDlwindz:1j:1. i.c u ludi.i gen Ili\(';\ I jt·st pt•wi:11.:111v; tl/it·d1iu 11v 111 11011'.ot.wore11'. p1,crsi 01«11.jaj11iks1.u.cgol11yclt lyp1'iw 1.eslawio110 w tali. 3. I. · " Nic111al jcd11;1 trzcci:1ws1.ys1kic1J1m1l:tL·ji poka1.:111yclt w lali .. \. I ;.t:tll!l\viq pudsl:iwit· ni.i po1cdy11c1.cgll 11ukicfltydu. Nieco pll11;1d jed11;1 lrzeciq ,\la11uwi:1 dl'iccjc jcditq•o luli tylko kilku nuklcotyd(\w w koduj;1cL'j sekwencji l>NI\. \V:;1'(\d 111utacji tc;~o !'L'IHI t1hsn 1 11 ~ .~e,s.11: po.11adto kilka Wi\:ks1.ycl1 ddecji i inscrcji, :i t;1kic kilb i11wt:r:;ji .sck,~\'l'llcji . .J:ik llHlc innych genow lud1.k1ch. gen BR<';\ I cli:1mktcry1.ujt· si 1· :;ku111plikow:111:i str;iUur:i 0 L:kwL:11ci;1 kodujqca genu sklada sit; 1. . 1·1 cg1.01Hi1v. lll:1lcpo pr;1widluw;i .•:\'1ilc;;.:i lii;dl.::; B.R(/\ I wy111aga odp!l\vicd11icgo sklad:111ia llll~J\11\. l'!nls1:1wi,·11i:1 11·v.sł\'lll;j:in: 11 . 111 j,. · 111 o,':" '· lllO\V.!t · · 1·/.Il' · · l IO 11>_<(l 1lll')'.0 :;ki:1d;1111;1 · j\j'\I/\, · · · ·1 st.ich c· , , .l:w1c111·1 '. , ' .L"'lll1H\\1' „~ l,l\l\:,ek\\t'llt'j:) 'l.l)cOILSt \)ll\VS[,\\'v.llllL' IS[Olll!C l'O/,lllw:1d11L' · du IH>111i11i1·ci;1 · ·(';ilt'!'11 '"'." . . · · ' ' m11u I · · · . ' . " ::1:\Wl.'lll'JI . " w' lw1lh1 • \ li1h ' dil 1)(l\VS 1.lllld 01 1fl!l\Vl:id;q:1n·.1 ll•l\\1('11111 111i1· 'li l;w.„ 't'lli:1 l.).,1.011ow w wv111h1 L'/t'" 1 l'r·1 · 1 · t · I : . ' . · ,.„t · g1m11 111 ru11u i'.llsla111t: w i11do11;111y 11· hi:ilku (Ili"'"":. kil '.~~?"" 1 1llY :il\lvw:u'.i:1 uLrytcgo mit',jsca bw1.L'lli:i t.·g1.t11Hiw1. \.\' lii:ilku H/..'.( ';\I \\'\":l"i"'i" Il k 11111lac11 \V llllL'JSl':it.'lt l:jCi'.l'lli;1 qU.llll\,lW. .

"· ..

a. [l'lllill!:j;i 1nolukula111il i qe11oly\\a

;;.1

fahda J.!. I .icl.liy

11doL111nc11tmv;111)'Ch 11111tacji 1•.c·1111

3.:l. Z111iu11110f;i; SOi(Wl!llGji Wl!Wllijli'Z i porni(!liZY [latunkanti

Ili~(':\ I

(j5

Hl ilJ !l't

1wi:11.a11yd1 I llU\\"OtWOl't'lll

il\ /.\

'/.l fil /.\

l.iczba

M111acja

il \

I )l H lsl ;1\v iL~11i;1 11t1k Jet)! y1..l1 )\V ( 111is:i1•11s/11< 111se11s( l\\'llt'.)

Il\ 11 I

Mak ,J,·lnjc lvlalc ill'.cn'jc i\lak i11.•,ncjc/dclccjc ll11ic dvb-jc

Wl Il '~

ni

ll11i.<: in:,crcj" i duplil·.a
>; 11 11st)tt1tjt·

n'i\!'i!lli«tl'jl' \U\\

;,gkd11ia,i;11.· ill\\Tf~,j1·)

n11Lk111y1k1\\. (111111;11-j•· sklada11i~1 l\!'\J;\1

.\

\.J

llll' \Il• l i

\il!ll•'l

1m: 11ant' pndiod;;! / h;i.'~· da11.vdt l l11rnan { lc1H' 1\'\uL1linn I >a!alia~t' (S!t•rn;o11 i i1L ..1J)();: l>t 1,p: //v1wv1.\1qmd.(•1{11

Rys ..ł.I. Frag111c»1I dopaso\\'ania sd\\'c11cji llN/\ gc1111 BR<';\ I

l'ul\) 11 u.yklad 1111k:i1.ujc. ,,,. 111111:wjc 11H1g;1 11:1 wiek sposo\H.1\V 11ickor1.ysl11ic 1Vplyii:ic 11 ;1 lunkcj<. 11 iow:111i1· )}.c11u. < l1:11y pm1":iaw:tly w wy111ku d1.1ala111a dohoru 11at.ural11q.•.o pr; 1·1. wil'ic 1nilirn11'1w \:il. :i wi 1·c 111oi.11;1 ou.l'k1wac. /.l' dobrze spc\111ap) pr1.yp1sane illl r1111kc."jl'. Wi1,.·ks1.o~:c llllltilL'_ji wprmvad1.011a do sckWL'llCjl gc1111 \l\;d/.IL' przysto:;owin;· czo s:r.ko<.mwa. co oz11:1c1.:i. i.c 11H1l:icja oh11ii.:1 po1.iillllŚci. gd~"i. pr;.cciwdzi:tla i111 ist11ic11ic dohort1 11atural~1cgo. lnnc mutae.i~ lllllt';I lllll'l' jcc\y11ic h:trd/.I) 111a\_v wplyw IW ft111kcjo11ow:1111c /'.L'llU I. lllC h\.'.d:J jlOWOdowac /.llill'l.ill'.\'c·lt ko 11 sd; W<'IH.ji dla osoh11ik:i. kdnak 11aWL'i rnalc. wyb1llrC/.L' clc:kty są hardz;i w:ii.m· w nvolt1cvj11cj sk;di o.asowcj. I )ohl\r 11:1lt1rnl11y d1.ialaj:1cy pr1.cz w1de pokolcn, . lll!'!\'llllljc· l'/.\'.SIU~~·ci \·1·kl.u s1.kodliwych lllltlaL·ji 11a 11iski111 p1i1.io111ic. . .( k.1vwiścic 11ic ws'/.ystkil' 11H1tacjL'. s:1 s1.kodliwc. l''lickión: lllll!lIV\l\ 11i!.'dV 11\n: \;r1::\..:;1.lail'c11i11 do jlllSl:1ci fu11kcjo11Sl' /. niclt h1·d11L' s'/.kodl1wa. ( ;,. 11 I\\{( :1\ \ 1.11sLtl 1.:;l'kw1·11cjrn111w;111v 11ie iy\Lo dla c'/.lmvicka. ak ,,; 111111 \Jiw. ;s1: 1 1·vsu1ik11 .\.I pu.1:ds1:1wionn d11p:1sowa11ic i'rnp.rnc11t11 sckwL'llcji I )N;\ genu .l;l\i ',\ 1 d\: 1 \.\ rni 11 yclt s:,;1k1iw. \'1r1.\«.'_jl' 1.a1.1111:111 :,/;try111 1.;11.ll:tl'/«110 I :.ilt1i1.· ko11sc·rwatyw11c 11 wszyslLi1·\t :•;ilt111k1i 11 -. 'v\ls/1,·s1ki1· tL' :.\'kwc11cj1· 11111si:tly \llH:\md1.ić od wsp1',lm:go przodka. :;,·Lw~·iwj<' ;a1·1.c\v :;l;•jllli1111·u •.·111«1'l. \lan\1.icj minii: :.i\: ud :;ic·hie /.L: w1.~'.l\:dt1 na ulrwala1111· i«1i.11yc\ 1 1·11;11:1t·,1i 11 r<>.i.11yl'i1 ,c•;1tu11kow. l\111icw;1i. s1kodliWL' 1rn1tacjc 1"1.adko zosta-

j;i u1rwalo11c w pop11\a1.'ji. wi\.T nii.nice po1ni1:d1.y gatu11kami pows1a11<11.<11.wyu.aj d1.ivki ak11111ulacji 111utacji 11culra\11ych luh korzystnych. Na rysunku 3.2 1ir1.cdstmvio110 dopasowanie sckwc11cji bialck dla f'rag111c11tu sekwencji genu BRC/\ I pr1.cds1:1wioncgo na rys . .3.1. Kilka pierwszych aminokwasów w sekwencji sq idcntyc1.nc dla ws1.ystkich gatunków. W dopasowa11iu sckwc11cji DN/\ zauwai.a111y, że jedynymi 1.111ianarni, które nastqpily, są 111utacjc sy11011imic1.11c. Występujq one na po1.ycjach 3.
a.

GG

:1..4. Drzewa nonc1alouii:z1w i linah:;;crnicja

Ewolucja molol
fJ7

. W n}nicjs1.ym prnlruzd1.i
Lil

zn11cn11usc1<1 sekwencji \\ll'Wil'!lr; . 11111 1. · . .IL rt'iiniq· po1ui1·d1y . I „ . . .• < • g.i dl ()!'a/ /llllL'llllOŚL'i•1 11111 . I · ' W1i;,s1.osc 1.n11cn11ości sckwcnci·i wewn· 1 „ • llł\'\ 1.y gal1111kami. 1 h1·d·1 s1·111owil · · · •l 1z 1~.ilu11,u . I 11· cJe, 1do re prawdopodobnie zo"ł .111 . vvv . 1. . „ . · ' · ' Y si. \O( IWl' 1n111a. . . · ,, ' ' 1 JL 11t1111owa11c droo·i I0 I . . „ ... klt>re ohscrw1qc1ny poniii;.div o·itunl„ . . . "'' l )Ol li n.il llI <1l11cgo. Ro1.111 c,· • . ·.1 t'' ,.imi. wy111 1\ap1 / 111rw·1h11i· ··, · · ' danego gatunku. Z1nianami l"tlli s·i iiit t· „, i·t .. · . · ' ' .i SI\. i.1111a11 w gc11omach J '' ldlj\.,\OICillL'/OS[·ti ·I·· bór naturalny. a zatt;in takie l·tóre in'i „ , , '.· . · • ' Y wyc 1111111owa11e pr1.c;. do. ' ' · '. ci.,sL 1c1 s:111culral11c lub hl 11 „ , . , , · nculralnych 1 kur1.ystn11ch Illllł'll'J· 1· -. 11 . "I · . · ' ·.\S 111c... 1 ylan1e o w;u~l' • .1 ' • •1 ' ,o ~,1 Y 11ap1·< 1 OWL'J l'\ 10 1 I .„ I I . . .„ c1.owy1n zagadnicnicin. do kl(ll'Ci'u , .. ·„ ; ucp Illo e '11larnq .Jl:.c:l Idu„ 11 0\1 IOL tllly 11a kP11n1 teo r · I··. I '\' . '" · Sl\Cp11ych podrozd1.1alach llok ·iicmv 11,.1 . .· „,„o O/.t/.I.1 11. v dwrn:h 1w„ . •. ' · J L <1 1um1.1111c11lal11c ;1siwl·1v , , , 1„ . . 1con1: koalcscencp ora;. proces utrw·tl· ._ .· .. '. ,l.CllLły d populacypll'J: • ' • < dllld Sł\' łlllll
i J:

VJ i('(' di.uqr>1'1

t(•I: i\: L1:11 !:(· k 11u;;u1 ()":·.1··1·

q(11:.'1

!l\[i.1VJ\!

:.:1.•.'.(',\\I

"„lj<11·

Rys. J.2. I >opnsowanic sekwencji bialck dla rragrncntu sd-:we11t'ji

gt'llll

I ~I\( 't\ I pr1.edstawio1w)~o na rys. J. I

I )opasowania 1rn rys. 3.1 i J.2 zawicrajq w kilku n1icjscad1 pr1.crwy. l\tlog:i hyl- one wynikiem delecji dzicwi~Tiu n11kleo1yd(iw (e1.yli lr;.ccll aminokwasów) u o.tercch gatunk1\w: diugonia. g(iralka. mn'>wnika i tenreka 11a po1.ycjacl1 37 45. [Vlui.liwość la 1.ostala wsk:11.ana prll'/. Madsena i i11. (2001 ). Udowml11ili u11i. i.e dckcjajcst wsp(il11a dla grupy gatunków Afilithcrio. do której naki.q n'iw11il'i. 1.lotokrl'.ly. ryjoskuc1.ki orni sluniL'.. Grup;1 i\fimlwri11 jest nic;.wyklc 1.rfri.11icowa1rn 111urfulogic1.niL'. i tylko d1.i1·ki 111olek11larnym dowmlom (takim jak powyi.szy) wicu1y. i.c gatunki le s;i spokn:wnio11c. l"ilogL'nL'Z~'. ssak1\w s1.1:1.cg1'ilowo rnnawiarny w rn1.d1„ 11. \Vracajqc do nasi.ej sekwencji, 1.auwai.arny jes1.e1.e dwie delecje w lL'.j CZ\~.~ci genu BRC/\ I. Jedna 1. nich ohj,'.1:1 .\ 1.asady 11a pozycjach 121 12.\ u oposa, druga sześć 1.asad na pm.ycjach I ()(i I I I 11 ws·1.ystk ich gatunk<'iw 1. wyjqtkicrn wolllbata i oposa. Prryklad len ilustruje n'iwnió. lilogc1K'i'.\' ssak(lw: wombat i opos s;1 lorhaczallli, podczas gdy po1.ostak gatunki s:1 ssakami loi.yskowyllli. Ściśle nH1wi:1c. kiedy w dopasowaniu wyst,~pujc 1ll'1.nwa. 11ic 1no'i.cllly określić czy wysląpila delecja'" jednej grupie gatunków, czy tó. insl'Hja u pm.oslalycl1. W dwóch pr1.ykladach pr1.edstawionyd1 powyi.cj bc1.piccwic 11l\li.na pr1.yj:1ć. i.t' ddccja jcsl wtórn:1 CL'.clq i i.c króts1.c sekwencje wyewoluowały od dlui.s1.ych pr1.odk1)w. kdnak w trzecim przyklad;.ic inl'rnrnacja 1.awarla w dopasowaniu nic ro1.slr1.yga. czy wystqpila delecja u wsptilncgo pr1.odka ssak1\w loi.yskowych. czy lei. ins1~rcja u wsp1ilncgo przodka t11rhaczy. Mamy PL'Wnuść w jednej kw1.'.stii w przyp:1dku w:;/.)1slkid1 tri.ech imlcli wystąpiły one jako wiclokrolnośl- lr;;.cch 1.asad i wslawianl'/usuwanc hyly cale kod1my. Żaden 1. tych indcli nic spowodował 1.111ia11y ra111ki odczytu. lndcl maki liczby a111i11okwas6w w hi:ilk11 n11ri.c u.asa1ni nic spowodować is10111ych 1.111i:111 w hialk11. s1.czcgólnic wtedy, ki,:dy nic powoduje Zllli:lll w elcllll'lllach strnkturv drugur11.·dowcj. Tak wi1'L'. podobnie du 11il'kt1'>rych pudslawic1\ 1111klcutydów, nickls,:rwuj,;rny 1.mi;lll rn111ki odczytu w poniwnaniach 111i1:d1.yga1u11kowycl1 świade1.y o ty111, 'i.c 11111!acja !;1 111i;il;1 prawdnpodolmi,· s1.kodliwy wpływ i 11ic 1.oslal:111lrwalrn1a w populacji.

3.4. Dn·zewa ~l«'miaafogiczm~ i lm:rni[~S«":{!fiU:j;,i1 3.4, 1. Adam i Ewa Kai.dy 1. naszych gL'.111\w 1I jl'S ,op1;1 ,'!,l'Illl 1cd11cgu / llll . .'illI!t'Jl' 111ozhwos« 1 I I · 1 1n·s l'< IL'111.1 111111 przm lirnw genów w pokukui·i ·I i'I· . . . . . 'c I. •\IPI USLit'I /;Il'i"ll' ud o , 11 I I pr1.ez.1cdnq pleć. U lud;i istni ·1··1 I .· 1I I1 . ' . l o11 l /Il'< 1111u11y1·1l tylko · · · · L.' < \\·.i u 1'l' pr1.yk Iadv łl'"O 11. . I >N \ 1ie (mlDN/\J. kt(H'c jL'sl d;i, 1 · .. , .. · · ,„ .·pu. I / lll1łoclwndrial. . . et i1czu11L p1Yl'/ lt1111· od "iru11v il. I I . la olrzy111uj:1 Pu po lll'lłcl') iwiz ·I . · . ." . lll;i '' te 1 opcy 1 d1.invc/.\' ' l llOlllOSOill \. kil>ry j1·"( d;'' I·. „ . . . strony u1u1 (L'hlopcv olr;vniui" . . · · " .iu z1c1.011y pr1.1·1. 11111 1· od . · · " •l f!.O po OJc'll l Wedlu o dutvch „ · I mat wiedzy. uha wvmicnionc ·1"ilV DN;\ „ '_., I· .. '· . LI.as pos1a1 a111·j 11;1 il.'II ie'· 1. „ .1 • · s,1 t1z1u z1czo11c Il\'; rl'I orni · l1r.a~u nowych nHil:wji każdy '.', 1 , .. , · · . ·· · ·' JIIJ:tCJI. ,;1lcl\\ pr1.v ' . . .~en l~.( 1/.IL i 1o 1;ładna ko1w1 " ·111 1 101 . I· . . I . 3 ··"przedstawiono dr!.l'Wu lilo'.', 1 ·t. „ , . 1 . . · '. '"c 1.1cow. '-la rv;;1111ku ,,ul VcZIIl I.i ,woo "l'llll l'.·1; I I 'li I . genu w populacji ·1 k-iidv ITJ 11 · . ,., '~ · ' .< l' 'o ,,i 01 po11·1;1d;1 kopii . · '' ' · ·· ·' 01 1pow1a1 1a pokulc-11111 lo 111 I I , " . . . . . ' ..1) /, ,!e11uw .Wsi kop1;11«d1w . ·c· >'O Lill.I. Ul /,;11.11;1c1.0110 lttłl'lllli '/·I-.· · . wszyslkIL' osobniki w olK·cnvrn 1· I, . . .. ' . „1 o/.tlly, 1.1· l'll/.W:11:irnv . . . · . po,o u1111 (ll1li·. . . I . „ " "1 11.1 11)'\I\'sil') i !Jd!w;1u.a111y · · · · · ' 011 p1owa< 1.<1n· do "l1cc1w<> 1 I I · . . ,Jl H>,o l'l11;1 p11.cds1:1wio11u pogru IJ1orn1 liniłt'L"' 11otr; ,I: . I IZL„1. osi .. Illl t's lt'n na1.-.yw;1111y .. . · „ .l >11.1 1 u wvs1:11l1c1w1 I 1>'i1 '"., 11 ··1 1 · popu Iacp 1 innych llliit'f;i 11i1· s· I · · '' · Jt swu1cpu 1111io«hu11dr1·i11wuu })j'\J \ · .1a1:1.1;icy c;v111\w nic 1w1d·1zt11·c'. 1I· I·:.". ·. , .,. i .;11.111·1c1v1.11;111i"I'" J · · " · · .i LI s11 <111«•0 «ltru1 · y " lrt.cw11· gc11calopi1..·1.11v111 R1)1~111·, I .I ,„. . 110:.u11H1 . ·"! '" :.kp1.' i.:11ilki ,, i„11 ., · ·~ · · cto 111.1'11>p1t·11ll'liorv·I Z'. dwrn11:1 11111 . ·. . · ,. 101.,„.il11.1c111a \\' dr1l'1v·1L' 11·<· I . 'o1k.111111. "'! 111 1•1111k11· .„ . · · · ' t \' pu111s1.a1nv 1 · ·· · I . . . . · c.11, kiedy col:1rnv si1· w c1·1"1·1: . 1.1p1 IP<. \\ '/,1sw ur;1; 1>1111! IV """'':' ,·11 \: .. " .. . '!../. pri.ypadk11 II1dzkie1!u 1111DN;\ g·w I , '.•I si1: 1 0 jednej kohi1:ly i.yjqn·j •

.

c'

'

•

'

„

'/

„

'

•

'.

'

L

„

,,

„

-

·,

~\.li.

:1. l'wolucja 111olnliul:1111n i oenolyka popu\ar:yjiia

Drzewa on11oaloqicmo i lmalosccncja

69

l)tl

I l

'

I

l

i

I

I

I I

l

I

I

I

I

'

I I

)

I

I I

'

\

I

(

I

)

I

I

(

)

!

11111t;wja

I

I I I ' I \

I I

,

I

{

I

1111\laq;i -'

I

I

I

l

' '

,·

Rys. J ..\. Ilustracja procesu koalesccn~:ji. l~a~,. I " I· \·011ii ł:'"L'llll · 1'P!!.nii>1lllH' lrn1e dt'. kDlku tH puw1.1t" ' .__ ą1,11;H:1«ii:1 linie' prl.rnlk<)W gt~l\ll\\' \\' ~)lHTll~·/l\l 1;0-

I

I I

I

LP\e11iu: \ ,inil' cienkie przedstawia.Pl przt:dkt:w,

')

I

I

ktt,)r/\' nii' prowadJ.iJ do ohcc1H;go h1l')
>I

l

1:\)kol~·111<1.

t:o-

lury ~vypcl11ic11i:1 poL~r1.11j<1 d·1.icdz1c:o„·111l? dwnl'h

'I

rnut;H:ji

p11Ltlk11w

. . . „. l\'1. ni i l'iz1"1 l 9'lIL •I l :.\„ . ·\· . .· . ocno1u{)W wielu 1\1( 1z1 i w ,1s1m. ' . . . . : I .. sl1:p11L' 1wlm: SL ,\VllllJL '".' . „ , . . ('1()(}(}) ;.aohscrwowal1. ze w l op.iso. „ I I I 1 'l l')lljlllh\'jl 111<>111.lll I llL „ I . ko11strukcji lrn:torn li<'/.·; L. '.: · ."·.-. 1 tl)N;\ rno/.c.rny zaobserwować srct 11lll 1 .o lll · . , , ·I sl'l·w,·11cp lud;.,1ct J walllll rcprczc111:1ty\111)L_ 1. -' - " . „ .„ .„. 1" "l'l·wenci'e i.osl.1ir:11Vlt' IV Cli w;l'I ,()(li.JL . , " " . ·I . ," 1iż 1m-;.oslak fra1•,!llenly mtD ) . ' .. · „ ,_ . . „ „ . „. 1 : : .1y•;l\'!10w:111ia z1lllellll)'C l po/.yc_p 1 · (_'!) IVl\'.L'..'f_,! I/.\" OSL w_. . . . I· „ .~\ tDNA cwo!UUJC \V ha1d/.ICJ p1zc „ l()()()) .. ,„ lni·d1 /L'. po/OSl:i d Ll.\SC lll . . : „z ł11!'111:1r 1 111 1 . · -. L"/\'SlOŚ('i 1ods1aw1c11 01,L .. . ui. ..i.„H . '1. ·· · wi·irv"odn:t 11n odcc. 1... 'I·,1n1,1 „„ · · 1 1 ,, idvw·tin" ::11o::oh I .11:::1 'lll . - ' "'. I ·1: ,11·1 c·deoo rntDNA. z wy ą.. ' , „., . ·I· l' pri.C/. lllC l W\'lll" ' ' L:• • j• 1'1:1 pl:111:,1y .'.I puk.v..1110 u1.ys„.111 . 11)N·\ '! 1·1órvcll i111'ormaci:1 /.osta .t . I \''' I . l i ·1 ·dy11w te pu'IVL"\C w 111 . ' . . ' . l 'eh i·1"·1iiL·111 p1:1l1 >. „1,ac i .1. - .· ._. „ ·11 1'0/"1··1cidcnlvu.11cdlaws'f.yslo . . 1· .-i li"/L'W liio"t'lll'lVC!.llYL · • . „ Y' \VVkUr/YSl:lll:l I Itl I\Lllll·· 1111,c.1 ' . „. - 1- .-, . .-: . ·J,: .. ld l)()'/(l';ta!ycl1. 1l1e S -. : -. ·I· 11iu \l'SIHlhl\/Ch pr1.0llkow. (h•l" 1 · · · · · ·oh·111ilt1rn1·1cp 0 posi.it '1 '· "c't il:1111t:, po11inv;1z 1111: 111o::;i 1.1 s ' , . ·. . . . „·. - "111ii ·1cdna za~ada wys11:puJ4, '. . . . · 1· ·I' „ l. ,.,l tl'/.ll:tL"/.:L '/.t 1:.11111-.11 \,I\ ce. " I lSCI lll'. \llll.yt'.J" ·„:111(1 1n1u1 li /Jl: . I· .-- !u-l'li \'oJ.\'<.'je poka1.;1no w Iw cJ11l· /. islllllli1· wi1·ls1.;1 L'.'/.\'SIOSL'I:! \\' c;tlt'J pnpll dL_jl ' . . . . „

•

„

„

„

.-.

„,

„

nwlcj:Jl'L'..i L'.'f.\.'slości poli1111lrli-;.11111, a nic według ich polożcnia w genornic. Wariallty sckwc11cji S
Po krc.itkilll wprow:1d1.c11i11 do Cll'ol11cji czlowieka ni-;.wai.111y prnst:1 teori\.' procesu ko·

a!esct:llcji. /.akii.iny. i.L' w populacji /.yje N l;(ll1il'.l or:v i.t' wielkość 1Hlp1ilacji jest sl:1-la w L'1.:1sil:. !Jla 11pros-;.1·1.c11ia 1.akl:1d:1llly. i.1· ws1.ystkie o:;ohniki sq 11• r(1wll)'lll sloplliu

:J. Ewolucja 111olnlmlarna i uo110tyl
70

pr1.ystosowane i dlatego spod1.iewana liC1.ebność polo1nstwa kai.dego z nichjesl taka sama. A zatem matką osobnika z obecnego pokolenia moi.e być, z równym prawdopmlohie1\stwe111, dowolna kobieta z poprzedniego pokolenia . .lei.di wybier1.c111y dwa losowe osobniki 1. obecnego pokolenia, to zgodnie 1. tym modelem prawdopotlobie1\stwo tego, i.e 111aj:1 oni t<; samą rnatk<; jest równe l /N, :1 prawdopodobic1l.<>t wo lego, że 111aj<1 różne matki jest równe I - I/ N. l'rawdopodobic1'ist wo lego, i.c ich najhlii.s1.y wsp61ny przodek :i.yl '/' pokole1\ wC1.dniej jest równl' /'(T)

N

C\.l)

Badając

wstcCI. dwie linie prwdków. stwicrd1.a111y i.c osobniki te 111usialy inie(; nii.ne matki prt.c1. '/' I pokolc1\ ora1. wspólnq matlw '/' pukulc1i wstecz. Prawdupodobidtstwo to 111oi.na przyhlii.yc; (por. r<'>wn. Cti) w dodatku nialemalycznym) 1.a prnnoq / ' ('/' ) occc

I N

l'

I /N

C\.2)

a zatem rnzklad C/.as(iw koalescencji linii [H'f.()(lków dw1'>clt dowoli1yclt osobników jest wyklad11iC1.y ;r,c średnim Cl.asem T pokole1\. Moi.na niwnió. pok:m1ć. i.e średni czas do koalescencji wszystkich N osob11iktiw Io 2'/'. ln11y111i slowy. w pr1.ypadku 1.a111lrni1~tcj populacji o ;;takj wielkości 0C1.ekujemy, i.c najhlii.s1.y wspólny pu.odck i.yl w prryhlii.cuiu 2T pokolc11 wcześniej. Dolycltczas omawialiśmy syluacj<,:, w której geny s:1 pr1.cka1.ywa11c tylko pr1.C1.jedną płd·. Jednak wi1:kszość naszych genów jest autosomalna (tj. nic 1.11ajdujc si\~ na chromosomaclt płciowych) i jest przekazywana )ll'/.L'Z obie picie. Posiadamy dwie kopic kai.dcgo z genów autosomalnych ~· po jednej pocl1od1.ącL'.j od kai.dcgo 1. rodzic(iw. /.alem w populacji o rozmiaiie N istnieje 2N kopii kai.dego 1. gen(lW. Wai.11icjs1.c jest jednak to, i.c w autosomach moi.c zachod;.ić proces rekombinacji ..~rcdnio 1ia pokolenie w każ­ dej parze autosomów rai. lub dwa rnzy 1.achodzi proces crossing-over, o.yli wysl<;pujc wicie przctasowaó w polqczeniach genów. Nic moi.na narysować proslego du.ewa genealogiC1.11ego, takiego jak na rys. 3.:\, dla całego chromosomu, ponieważ n·ii.11c części cltromosomu h1?d:1 pochod1.ily od rói.nych przodków. ki.el i rm.patrujcmy tylkojedcn gen w autosomie, to cześć dr1.ewa przedstawionego na rysunku pozostaje poprawna. Istotne jest prawdopodobieilstwo vvysląpienia procesu crossing-uvcr wewn:1trz genu, kt(>rc 1.a1.wyczaj jest bardzo małe. gdyi. gen stanowi jedynie 1.nikornq cz1:ść ca lego chro111osomu. Dla 11iekt<'>rych gL'.llÓW 1.nanc sq sekwencje pochodz:1ce od wielu osoh11iktiw i 111ożc111y wyk\lr1.yslać lemi\.; koalesccnc.ii do przyblii.oncgo określenia prawdopodohic1'1stwa wystqpienia rekombinacji na n)i.nych pozycjach w sekwencji . .lei.cli sckwl'11cja nw wi1:ccj nii. jedno 111il'jscc segregacji DN1\. to w procesie rdrnnhinacji moi.c powstać nowy, nieobserwowany wcześniej w;1rianl sckwl'ncji. VI' 11:1s1t;p11y111 podro1.d1.i:tle rn1.wai.y111y ro1.pu.cstrzcnianic si,· jednej pu11ktowcj 111ulacji w populacji. \V t:1ki111 pr1.yp:idki1 111ożc­ my 1.hudowal" dr;.nvo. kt
, .a.5. 11ozprzuslrzenianio si~ nowych 1111.l!aGji

Jl

3.5:1. Utrwalanie się mutacji 11eutrnlnych l~l'.~:wa~.11?'„ptm'.\lov1'.q '.~1.ula,cjr ..kU)ra właśnie wy~1:1piJ:1 w ge11ie. Jeden osobnik w pop 11 . [,te.Jl m.i tu:iz ~ckWUKJ\.. genu 1ozn;1 od sekwencp 11 ws1.ystkil'i1 po1.ost:tłych osohnikiiw ·: 1 . · 'l w. populacp. (ii d1.1qe SI\' 1. lq 11owq ·sckwcnr1··1·1 \ \ 1·01.1yspos1l>WVfll'lllt'· I · , . . ,. · .'· l\h• r\"'tllti· _ .. ' 11 ... 111a kolek odpowiada ro1.11y111 1m1lacjorn. M111ac1·a J (11111·ic·'tlll't . s:t·i" . 1111 przodkow gcnuw w tvn1 pokoleniu (llO!•ruhirntt' C/ill'lll' li111·L, 11·1 1·)'st1 11 1· 11,) "I tt · l , ••• ') • , ,, ' : ,, , • <-' , ·. " , • • , ' • 1·: Ollll:IS · I 111ut.1c1.1 ,_ (01.n.t(1.on<1 n.i. c1..11110J pr1vl·w1yh s1i· do 11111 1 J1r1,( >l JJ·, · . . ·, ' · · ' • · \OW gClllllV W ll ll'.Cll\'lll pokolemu. Mutac_F'. la os1:1g11rla IV)'sokq c4~sloŚL; wyst1:puwa1 1ia w poptil:tcji. lstnick :1u. 1 ze pra1; dopodob1enstwo, i.c mulac.ia 2 rozprzestrzeni si\: na cal:i populat·j\" tj. slai;iL· ,,j . 1 mutac.ią intnvałoną. · · I

,

"

,

,a;

't

'

.· .'l)'lko 11'.cl'.c~.11c 1.m'.lacjl' stajq .si1· 1m1tI1 1·1c1.y"· · , prnwc Iop<".I ()·· . , . . . . .· • . • • , 1, , b1cnstwo /'li' lego, 1.c 11H1laCJa st:tllll' si1· 1111w:drn1:1. w1.i:iws;r.y pod uwagi· di;u:r:iin ll:t r~> ~.J. W1e111:, 1.c .n'.01.c111y pu.cślcdzić losy.ws1.ystkiclt osolrnik{iw 1. ohccit~j popu· I.ie.Jl ,11. do POJcdynu.cgo osoh111ka w populac11 przodktiw. /.;tł<\i. 111 y, i.t.' llllll:tt·ja ini:il;i llHl'.JSCL' w popu,lac.Jl p1Iodków. lstni:tło N kopii genu i kai.d:t 1 , tyclt kopii 1. ·niwnyin pia1~dopodob,1c11stw~1n mogla 1.111utow'.1ć. l'rawdopodohic•iist wo, i.c 111 ut:tt'j:i wysl:n;iJ:t ~~le;/ ~''.>~111 i:e11,11~·l.drn a stal;,1 Sł\:. pr1.odk1e111 ohcrncj populacji. jest wi\'L' niwne I I N. ·n1 s'.1m.'1 ·ll~~u.menl.tLJ·~ ~l1.1ala rmv111e1.. w przypadku ro1.1Vai.:11iia piiysi.lości ohc·c'IK'/.~O poko~c111.1. .fczcl1 wy,1~lz~cn1y wyslarcz:!Jqco daleko w p1Iys1.lość, pr1.ci.yj<1 tylko poluink()\vil' ,1cdncgo z osob111k«nv z ohL'cnq~o pokolenia . .lcdynic: 1tllltacjl' wys1r!Hij:;n, 11 ln'.o osolrnika zosta11;p1lrwalo11e. lld1.ial mutacji ncutr;1l11ych (kl<)rc 1.osl:ł11<\ t1lrv~:tlonc) 11: uhccnvin pokolc111u ,1csl wwc r(>wny /'lix

I/N.

Zalil~111y i.c P. rawdopodohie1islwu pojmvic11ia ~:i1· 111 >We/· 1nut:tl' '1i 11; 1 k: 1i 1k 1· llt>". 1 .1·1· sch · 11 · 1 DN\ · · · · · . '\ 1 ' '~~ CJ . 1 JL:st row'.1c 11 na pokolenie w kai.dcj kupi i gl'llu. '.~rcd11ia lic·1.h:1 nmvv,:lt 11 111 1 ; .i~.1 POJ:l,'·;1:1.1;icyclt .s11~ na okrcślunej JHi1.ycji dla c:tlcj p11pulacji j 1·:;t zalelll rnwirn 1 11 "- :S1.yhkosc utrw:'.1:!;11a nowych 11111tacjijcsl s1.yhkośt·i:1 iclt pojawi:111i:1 1H>i 11110 ).t>11:J p1zu. p1owdopodol11c11stwo 1clt ulrw:iknia: N11 · /'11x

li,

I ~'

I)

· I:1111:1 · SI\' · llllll;w11„ lll'll[r:tl11\11·1t J.t";{ l'llll'll'I '''\'Iii'' •'I ' Oz11aua ' . ' I Io ' ie ' .s111hl ·. \ o"·"; 111 llV:t . . . , "' \ ,, Icr1c

. ·.• C.J li JHH sla\\' 11111l:tL·ji or:11.jcsl 11ic1.:tlcJ-11:11Hl m1.111i:tr11 JH1piila«·ji. fr:;l lu j··d,: 11 ~- 11 : 1 · Il.lllz1c1 1 1 lumh111 ·111· I ·I 1 wyn1·1\ul\' ' „ „ · \· l f.I ( I11.1·1( . / .. (li ·111111(·. ," 1111'. ' .t 11y1 I ' ' ll'orn 1·wo'11,·1111<:11t1·;tl1w1· . . ( .Kimtll"\'' JtJK' ... .ICJI .~11cutra nyclt /'1" 111c11·st n·>wnc I/ N !por. r:1111k:1 .\.I 1 i 11/:111·;"' ,„, 1.11 :1ii1 1 • 111 .• " 11 Jest prmvdziwc jcdvnic dl;1 111111:1cji 1\l't1lr:tl11\'l'll.

:i.

Ewoh1cja 111ololilllarna i oonolyl
Bozprze:itrzenianie siQ 11owycl1 11111tacji

75

ih)

(\1)

_Jl)()

.;::

~:1 --;-:;

li.I

L::;J O.Ol 100

11.11111

mutacje

50

szkodliwL~

0,1111111

O.lllll 1·;11

li

li

Ili

'.'Il

Hl

.10

Il.Ili

Il.I

:il\

~(y,; .. \.~;. :;y 1111 iiaci" n, 11 ,11 ,·s1r1t'l1iaoia :.i 1· kllrt.ystlllj 111111acji \\' P"P"l;wji. (:il Ilia wsp ,;:„mvrni dlliH!r. j"k i dryl' :.l>'llt'l)'t'/ll)' "I wai.JH'. (11) Dla s 0.2 dohor do11111111,1e 11ad drylcnt · 1 :•i·iwl)'C/ii."· 11 1. I ,ini;i 1r;cr:/\\';tll;t 110Ll1t1j1· pr1.1·widy\\'<111it1 tl'orii d1·ll·n11i11istycznl'j '/. r:1111ki .L:~ 1

Rys. J,(>. 1'1awdllpodohi1·1isl\\'O 111rwa1L·11ia 11n1t;1cji korzys111yd1 i s1.kodliwych w populacji N 200 jako funkcja ws11<'iloy1111ik:1 scl!'kcji s. la \'/.lanlzo l.orzys111a 111utacja. Bardziej prawdopodolJ1Jc je~;t wyslqpieoic 111111acji 111i11i11ial11ie ko1rys111ycll, gdzie s I, ale Ns I. W l)'lll prrypadkn wa11oś1' J'1111kcji wyklad11ic1.ej w 111i:11HJ\\'11ikl1 jcsl 1.a11iedhywa11ie 111ala. ak r1111kcja wykladoio.a w lic1.11iku lllOŻl' /,(lSlaĆ li.yliś1Hy. i.<' .1· ''·· I, Io prawdopodohi1'lis1wo utrwalenia 11icwacz11ie kofl.ystnyd1 (s

w.·:ik 11 il' ii'!.n:it'l.a. i. 1• ws'/.ystkil' sy1llt1lacjc prowad1.:i do utrwak:nia 111utacji). W przy: .i:idkti ::virntl;icji prnw:1d1;1~:ycli do 11lrwalc11ia polr1.drny„11a to ci.as ly1ll banl1:icj ulega

1

.•.kr1icc 11 i 11 , illl wyi.s;,a j1:sl wart11sć· wspt1lu.y11uika selckc.11. IVl01.11a to 1.obac'/.yc.

nujqc czasy P"'r.1.chm:.tlo utrwalenia 1nulacji na rys 3.~l, 3.'ita) i 3.'i(bL.lc).cli przc~vaga pu.ystosowawu.:t 11111 1:ll'ji jest du).a. ro1.pucslrl.L'llla s11: mia w populac.11 w postaci wy-. lli1irct.<'i 1.rnia 11 v (:111,1!„ sc/1·<"1i1·,· s11·,·c1>l. 'vV ty111 prt.ypadku ro1.pr1.cstrt.L'.ll1;1111c . 111 oi.,· h.vc pri.yl.1lii.011e pr'!.c/. lL'\lri1: d1,lcrrninistyu.11ą opisa11q w ra!lln:_,L2. I )I:; :;;,kodliw1.:j llllll
I

.i·.

:il<:

wsi.vsil~ic: po1.ost:d1· wh1s11ości po1.oslaj:11akic :::1111e. Jak 1110).11a było oczek~:

11

wac. pr:iwt1 1 , ;ąlol1it·1i::l\1'0 utrwaknia 111utacji s1.kodliwej jl.:st 11111icjs1.e ni~ dla rnutacp 11 ,. 11 tr:iliwj. :ik 11 j,· jc·::I n',\\'11t· ll'i< HH' w 1·:1111c1 • . \. I .

li .

hlni(·i\'

'l'rll.

/.:1k·i.11ość /'li\ ml dohmu naturalm:go rown1c1. 01110-

( ls1a111i111 pr1.ypadkie111 s;1 11111tacjc prawic 11c111ral11c, dla k1'tV.1· ... ) N

I. W 1y111 pr1.ypadk11

(.\.'))

/.all'lll w pr1.yp:idkn h:11d111 1nalyd1 wartości s prawdopodohi1:1islwo 11trwalc11i;1 staje si1· n»w11c polio<>11cj dla nH1tacji ściśle 11c11tral11ych. Tera;. 111oi.c111y precyzyjniej określić, co 01.11ac1a 1m1tacja „prawil· 11et1tral11a": jt'SI Io taka 11n1tacja. dla kll'>rcj warlo.~ć sjest tak rnala, l.L' Ns I. l'odohol' ohlic1.1·11ia 11111i.11a Jlfl.qirowadzić dl:1 11111lacji szkodliwych o prrystosow:111iu I s. W wy11ik11 llt1'/y11lll.ie111y waności

U\f r•t VW nononu NJ\Hlfl/\LNEGO N,1\ PBAWDOPODOOIEŃS'fWO 1.HBWJUJ:Nll\ ivmrnc,11 1

irnrili\\1)~{'

11H1lacji jl'st 11mhil hard1.u male. 111i1110 /.c sq one ogtJlnil' korzystne.

doklailu1·go 11hlit'/l'lli:t prnwd(JIHHlol 1 ie1ls1wa utrwalv11ia

si~·

kor1.yst11t•j

[)

U.IO)

mut~.tcji

" 11111 ,, 1„."" 1" 111 ;11 I I s wvk"r1.1»111i:\c 1,·"ri1· dyi'111.ii ipllr. ( 'n111· i Kima. l'l71ll. Olr!)'IHlljl'1ny wow\·1;1»

II II

,.

,)

:.\'.' l.

(\.8)

Il l\r1yw:1 opisa11:1 n'nvo. (.\.I 0) rnwoiei, 1ml,a1.a110 11:1 rys .. UJ. I lla 111111acji prawic· 11cn1ral11yd1. gdzie Ns <· I. /'li.\ Jl I/ N . .k>.di .1 1llś11ic, pr:iwdopodobie1istm> 111rwak11ia ostro spada, tak Żt' prawdopodohie1is1wo 1111w:ilc11ia si1· llllllacji szkodliwej slajl' si1: bardzo 1Halc. (~~:111wai. my. i.1· w tyn> podnml1ialc N ,icsl li,·1.hq kupi i )'.<'1111, jako i.c rw.wai.;11ny geny liaploidalm:. W wiciu .iedn:il; 111ic:jscach s:1 prnlaw:11H: w1.ory diW diploidal11ycl1, gdzie. wyst1~pujt· .!N kopii ge1111 dla pop11lacji o rn1.11ii:1r1c· N. \V 11~.i syt nacji 1.111iauic we wn11acli ulega N na ::>.N, jci.eli 1.aklada111y. ir J11'1.ystosowanic osobnika hL'llT01.ygotyc11H'go j<'sl śred11irn pr1.ystosowanil~lll dwt)ch horno1.ygol.)

~I.

71l

Ewolucja 111olu\1ularna i 11u11ctyl1a pop11lar,yj11a

Ewolucja noulrnlnii 1 dohi'ir nalurnlny Tl których trudno hyloby wvkonać s·yi I· 'I, 1· J nu cl\ wy1110 ana 1tycznc tak ahy 1r 11 :. : '· • .. c l'Ol.Wa ap1 ponadto siw·iii1<1·,·1,; ' . v · 1nosc ze w „ ·!I · · · '· · uzasadnione. ' ' · · si.ys ' 1c stosowane llf>ros/.cze 11 ia hyly

„, "

Rozprzcstrzc11ia11ic si1: lllUlacji w populacji jesl z 11a1ury prnn:sL:111 slochas1ycz11y111, gd1.ic d1ri.:i roli: odgrywa przypadek. Jó.cli jednak nm11iar populacji jcsl hanll.<1 dui.y, islnicjc rnoi»liwość przyblii.c11ia l<·go pn>L'.L'su za po111ocą r(l\V11a11ia deicrn1inistyC1.11cgo. W 1y111 pr1.ypadku 1.apo1ni11a111y" liabic kopii 11111\acji /1 i w 1.;11nia11 rnzwai.a111y cz1:sloŚĆ wys11·powania 11111lacji w populacji,.\ 11 /N. ki.cli c l,\'StoŚL: jesl równa .r w pokoleniu I, to czp;tuSL: w pokole11i11 r I l jest n'lw1ia X(

r(I

I IJ

I I

S)

.\(I I

S)

I I .n

\li

1. \.I I)

H.t)w1w11il' to _jest a11:dogicn1c du nlw1t. (3.7 l w Jff!.ypadku stod1;1styc;,11y11i. \Vykur;,}1 ~ta1ll)' ll'rn1.

dwa pr;,yhli·i.L'l1ia: \li I I)

(I ·I sx)

.1

d.1 I dl

I

13.12) I \.I.\)

s.1

l'rzyhlii.cllia le sq u1.asad11ione, 1.akladajw· 'i.c s _jL-st inak i ocl.ekiwa11a 1.!lliana c1.\'Sl0Śl:i w pojcdy110.y111 pokoleniu jcsl 11wla. W ty111 pr1.ypadk11 niwn. 1:1. 11) pr1.vj111uj1· poslac»

.nil

LI.i·\)

\ ).

R(nv11;u1it· to jl'st '/.ll:tlll' t'kulogo111 jaku n'l\v11anic lugistyL·nw opisu.iqc't' \\'t.rost populacji.

W pr1.yp:idkt1 L'irnlugii .1 01.11acza g1:slośC pl>pulacji, as s1.yhkość \Hll\'i1·b1.:111i:i si1· pup11lacji ( 1wyUe 01.11au.a11:1 przez r ). Rll1.wiq1.:111ie111 n»wn. (3, I ·I) .jcsl cxpls(/

t.\.15)

I I L'Xp(s(I

h111kcja la Io S-ks1.tal111a kr1.ywa wzrnsl11. Stala ·1· 111Lri.c p11.yjn1mvać duwuli1L' arhitr:d111.· warlo~~ci: w l'IK'czywistuści '/'jest czasem. po kt(1rylll c/.\'slośt: wzrasta do polowy warto~~ci 1naksy1Halnc,i. Na rysunku J„'i(b) przcryw:111:1lini:i1.:miao.0110 ll>gistyn.11:1 kr1.yw:1 w1.ros111 w pr1.ypadk11 s 0,2, Wartoś<' T 1.ostala dobr:11w tak, aby obie sy11111lllw:u1c kr1.ywc jak najlepiej du siebie pasowaly. Wyniki dctn111i11islyo.nc s:1 w lym pr1.ypadku calkmvicie pl>praw111', dopt.1ki .r jest h:)d/. hanl1.o 111ak, b:1d·f. hl is kie I. Kiedy .r jcsl bliskie warto~:L·io111jcdlll'[!O1. dw1·1<.:h ,;ksl1\·11H'iw, ckkly slochastyl'.f.lll.' s:1 wai.-

nc. Jest to 1ir1.yczyna, dla k11irej krl.)'\VL' dla obu syrn11la1.ji ddcrn1i11is1yc1.11yd1, jH>111i1110 po:,iad:mia 1ych samych par:.11netn'1w. nil' \\'Z11us1,~1 ~;i\· doklmlnil'. w l'.'/lll :-.arny111 l·za:-;ie.

3.5. lEwolucjC11 rneuftrnl1rm i «:»obór nrnhmrninv Biulod1.y cwol11cyj11i (WIL'llJ"ll' . . . „ · ' . ' Y lld. jlll/.IOllllC c;il)'l'il .,„ » . . . turalny za glowny u.vnnil ls., , " , l · rnt• .11111.111ow u1v:11.:q; 1 dol>or 11 .1. 1 11 „ . ' , .' , , • \ \, ;. d UJ.JCY 1ad;111c Jl!'!.('/. . ·I . , » . ' p11.yklc1dy 1.1k1ch L'ed1 oro·111i1111 ,\ l·t.. . . llt< 1 u1g.i1111.rny. I . :tlwo /11·ilcź: · '"' · 0 v, '01e 11111s1aly 11rz, ·1 . · · · · ' .L poslact 1. proslszvch luh Inni;' s osow:ic s11· do swojej oll('cii „ . .IL[ pows1.c,L·hnvcli I ()rt 11 , . · · · L.I (np. I'>.011sk1c kopyta lud;! il' li . ·· \\ 11y1uku dohoni witunliil' , I . . • .' ( orne, p 1aslw1i leż·1L'L' i· I i. I , , 1~0 li WIC li /.IVIC!'Z;Jt), Ten lVp Sl'll'i ·1'i I : ' '" . ·:· I .I IOK:\L' l, h:i1wv b11111ll11j;1n· , . I , I , .. \l. 1Hll.L ill\' ll\\"l/'il' 1·1 'Tl ·I . . JCJ LI.la ;1111c prowad1.i do W\•h\11·t1 . .'1 • .„ .„ ,, . l ·.LJ\' „po1.yf.\'W11:1". [H>11i,·w·1/ „ . llOWyL l \V'll'l'llll 011! 1·, I . .„ nmv. 1rnturnlny111hvlo 1.:tloż,·iii, · . · • ' · '"'l Y po1.11a11u s1·l,wL'll<'i<' 1 „ „ . . . .. L is Ofllt'!lo wplvwu JH>l\'IV . I I „ „ p,1' HL Iaplacp row111e1. na (Hl/.i()jnic scl I , , '1 . • :-'. 11·11q .»c ,. \LJ1 11;1 fH>ws!:i1v;i11i1· „ . , \VClllJt .• ~eekqmw'id „·. za g Iownq sili· n;q11·dowq <'w lit I . . , ., tl\\M.ap1 st:lck,·j1· poz._vl_\'\\'11;1 · •• . . < lCJI 1110 ck1ilnrnl'1 11·1tl•11 11» ·1 ·„ • · . w1~\s1.osc 1.1111<1n 11 ; 1 poiioini, .·' • .is m·utn1hsn uw;ii·ij·i i, .. 1 1 1arnv111 1cs1 od11 ,·,I "I . , , „ 1·1 .· . . . l 1110 1C\lt . ",., ·' ;„1 Nllliltl ISCI p11.cko11t1p1 /L' ll'l,I\ , ·I· „ . . ()\\Il\ /.I.I lid LWOl11q;1 nctllnl11' , . · ", · . „ VII, ,,-,;y wpływ 11;1 <'\V()I », , • .i. 1 lJC I Sll!!,l 11'1•1 cit 11!!01'/L'dro1d/i;1k rn;w;ii ..i 111 .\'

„

·

„

·

.

„ . ··

wygod\.' wyhraliś1ny rnalq pop11lm'j1; (a!Jy uszcz1·d1ać ci.as Phlie1.,:1i i pa111i1·(). '/.tej pr1.y„ czyny rnusidi:;111y wykor1.ystywaC' raczej \Vi1:b1.1· wsp
s ,

0,05

ckkl do-

1.acliowujL'. si\' jak 1n11t:1cja tylko

11iL~1.11
ru

po11icw<1ż

mutacje o ty1n poziorniL' kor1.y;;ci s:1 pr:twdoprnloh11ic r1.adkic i ro1.111iar wivk;

:;1.o;iL:i pop1ilacji 1.11aq»qco przckrao.a

.'.OO \lsoh11ik<.1W. Jc~;l t\l pr1.ykl<1d sy111:1cji, w której

kor1.ysl11c jcsl pu:;iada11ic 1aniw110 wynik
„.

„. ,,

„.

„

· . ·)

•.

„.

„," : „

, Wai.11:1 kcl111ik:1. rn1wi11i1:!:1 w la!ad1 I ». . . w1ch1 · a I lozym~iw ;\li . ·' L»L l I.Il"' 1 „1 ·1 'L ·I1·111l I1ws1;itv1·l1 · · ' .1csl · [1alIa111c · •1tvd1 · .\' · · ' · .. • · o1.v111y Io ·iitl'L' i1111i11·1 . .. ··'l.L'IV/"\'lt111·1r·:, I .. I Iy, i.c loci wiciu hi·ilc·I· s·1. 11. 1· po\aza 1.''" • o1111L'L' w ad1111ka1·l1. ll:1lh11i·1 ,,. ' · ' · · u1rnor1cz11L' l'•I . . • • pod uwag<,; waż11c slwjnd1c11ic s ·I ·I· >,\ u Io !1odą: 111c.<.;pud1.ivw:111L' hi1w1,· .. , L c 'L Jo11tslmv l"()(i11i, . I 1. , " (li ,1. po 1·11nor 1·1c1.11c1~u l<ą·11s 11L11111' 11 „ . • , „ . , ·cl /. 'ory111 d1i:1l:111ic sl'idL·1'1·

„ ... ,

·-

·

1m

p 1zer 1w w ,.1 ,

< »'' \

11·

.

.

.

·

• .

przystosowaniu i 1mzos1awi•·11'tL'111 . I v.y h11n. usu1111·c1L'111 alleli<> 1"lW„'v111 · , ' · · JC< Yllll' n:qk11 » · „,._ " my .1cd11ak, ze lcchnik;1 lnlhti . 11' . ; . . . llJ p11y:,tl1sow:1m'.gu alkl:i. '/,;111\ni w "i· „ • • .i o1.1<111ow wvkr\'w·1 1" I, . . ... , se ,wc11q1. p11„1d1 .• 1dl>11111:111 Ila 11<>1iu· ll'IJCZ 'S IL /.,)\\ ·' 1 ·' 'lllll'lll'IJ'I I· I I I. ' . .\.lll] s:1 tlIL'WVkrvw·ii11L' ., I ,, '." .Il 1111t•, n:ilka i ni1"11i ·1· 1· . , . • . /, L'!'ll (H>wud11 \": I . ' L. po 1111orl1L·1.11ośL:i wiciu lu,·i :illo1.y1n«iw. i.i1111· .\l;1 ti s11· W\jn.<.:11i1·ni<· pr/\1·1v11

„. "·.

„,

.: · '

.

, ·I ·1 · . XX I 1111:1 , 1stol . 11·1, 1tt llli ,q. rn1.w11111·1:i 11· ht· ·I

l'r1.c,dstawiom· tu wyniki .~y11111lacji 11alc/.y uslro1nic i11tL:rprctuwać. '/,c w1.gl\.·du na

.

„

I

, w1ck11„ws1 polj111urli1111 li " » I , .!< i »IL'< L'llHl/1t",1.,11.\1'1i i t1\11111tl11c:,1.il1< li llli'//I/' i/ .· 'll,"'oSLt lL 1 · , LI Jll\ l > (.111,". I< itm //011 /1,1" Il) 1111 I I 'Il/Vili\ 11 '\li vk,·1 jm '·1 11111 I · 'llll .;r1·111c scl Wl'ltL·j,· 111 11 I l ' ' <11«1111 n11.p"i1 1;1 " En1.y1111· l<'slr\'kc ,.' .'. .· 'L'u YL 1' 111 ,. 11 I >1'1,\ 1 ln:11' I )f'I:\ d·, ·I · .. ,\JtlL pol11.1 dl 11 g 1 odi·itll'k I JlSt'I 11·u11 ·111 · „ •· 11 1 . <>mt1: 1 1·Y 11sol111ik:1111i ;,; 1 ii·vnil i, . . '. ' "/.llH·,· dli .:'l»<,·i:l<'li lr:1: 11111· 11 1cstrykcvj11y1·J (li. . » .. ' ' 111 pul1111<11 l11.11111 11 , :1s:11h1L:li I 'l'I 1 \ .. \V '.. ·: . · 1. . i1c· 1cclin1k1 uj:iwni:ijq tvlk<> 111. , 1 .. , . , 11:1 11t>z.1c1:1,·l1 os1.i1111ch l;1la<'li llloi.liwi· , . · ·I · . '· 'lu1< 1YllY 1i<>l111111rli1n111 .\•·Lw,·ii··.ii 1 11o SI\' SL',Wt.'llt'l'·>lll>W;i11iL' {)i··i·\ · lego· '' . i.:1c1.yn:i111.1· u1.yski11:1<· d11i.L· ;hiun· d:i11.V\'li , . . ·, „ » . 11.i o,1'.1"11111:1 si :!11· i ill:1 . . •. ,I\\ Il 1.q:J1'(• pl'iil(' ::1•k \\'('))I i<' I •1

„·· ·

„

l. \

:i.

Ewoliicja 111nlelu1larna i on111J1yl
I"

"

' . . iiac'i nadania le d()S[()PJ .I · · I. I· ·I '. ' ·11·1ch ' · · · .: · · · ·1" · · lv11c1ycil 11nklcotvdow w 1dt .uiyc I '"c • · ('!'I liil()l'lll:ll'JI 11;1 l<'lll1.oslaJC 1. 1>
.

.

I

111uHdi1:1rn1·j. · . . - , . 11 ·I· L"'f"li rcduku1'e · · · · I I · · 1t'1\v11·1 w·uwa sz 1,oc 11 tWl. .i c L. ·; . iVłl'1wi:1c 11:qprnsc11·1. !:c 1: ,cpi P01·) 1 · ' " · · . · · 1·1· . · · · · · '. , , , 1·I ·I "rniiś1:i 11ropo1111 p1 hardz1e.1 sk01np 1,ow<1l11·:1>1.' poli111ml1t·1.11v1·1l \1ll'J. l)\,Jll).Jl " 1. •Cl · · . ··I .. a I· „ , · ·n 1oli1llorlicz.11osc1. .lcdL'll /. Ili( l /.d' dl '·:.11 '"" u 1w · , I· · . · li·' uhu ohs1.an)w. Sdekc,p1 . I lil
·

·

„

·•

•

•

„

• •

·

„

,.

.

l.'/.\'St11:;1·i:1. I ' li . . . . ,' " ' .·. \· \H\W\li'·/C s;1 11rawdop11dolllliL'. pntWL /.IWl' ( a .11!C-' Mi1110 ''L' 1·il„1c sc1:11;11111!,/.L. 1• 1' -' "' · · I · I , .. " • · · · „ . I I illlll' ahv1 hvlv 011e mlpow1c( /.Ja nc 1.<1 . \ 1tąyt'\1 "1·111'111· wy1hq,· SI\'. 111alo pt .1\Vl 0 P1'' ( • . . • . • • '· · " · · ·. · · . . . l .... 1 ·L'lll \\klllraliści 1\i1rnau.:1 1s1111c111c: po 11mo111·1<.·ks/.11s1· pol1111()rl11.111m1. klrn<. () 1s1111u.1 Y· . . , ," ... 'l' ';ie 11owycli :dkl1 w wyniku 111ut,1lJI i i..inl\ l11.111llw popr1.1'1. L·1;p•lv \ll()Ll.'· t 11 " 11·1111 .t · · · . ·, „ . . ··l·t'" . •• . . ' ' '"I "' '/·11c111 IV ka1.dyl\\ pu11ke1c (. /,.ISll lllC \ OIC '.l;iryl'i1 ;i\l!'\1 li' IVVlllkll drvl11 )-'l lli.l)'L-.llL„ll. " . . . ·I ".' ' ,' " ·„1 . ·11ia iad11yl'l1 S/.Czegol11yc I .• lLll.tllllSZY 10<'1 \w1h 11ol1111"rl1c'/111· licz \..ill\ll.l /.i!O„LI 1., lllC · . . . I l ·-· · · I ·· ·· , 'lll'l po pmslu w1.g \,'.(· ""'''kL·ji. \\11·111r:1li;;1:i ·1rfri.nicm\':illil.' WL'W11;\ll"/, pnpll :ICJI pu.;p 1s. '. . ,' .. "'·· „ ·• · ·" „ „. ,: " . ··i (li. 1tcc"/.ll'i 1ni;mi ;.111ie1111osc1 locus .1esl ltctc101.),"otyc1.1111 dl11.1.J c/.1, .• to .• u 111ul.1CJ · · ) ,. . . ." , , .. i;vootyeznych 1 1Lill 1ie. 1L'.ll ._,,_ . · · „ · I · 1 · . I ·t · · r;voo\'1c11H1Sc 1cst 1111,1,1 111>Sl.'. I )\a \lOJllllacp dip 111101v li. LIl '-''" -' · · · . . . Ił ·I I · · · :. . ·1·· I . , · · '"I 1 1u.nc otr1.y1111qą po .1edny1n ct c u 0( 11s!l\i111kow w pop1iłacJ1. ( lslllllll ' 1 i1. tc Jo/.) 1"' J) · . · . • . . • 1. o]• Il · · _. · ., I · .1 ,'ć 1r11n·su \;1czcn1:i s1i; w p.11y ze\\!./;> <;li \;;i1.dn>.11 rnd1.1c1 iw .. kzc\J 1.alo1.~,i111) oso\\ 1 s 1 · . . 1 hr'\· . . 11' ·I. , I . . I 1• • i kk kl(irc \lll!;imJa dowolny osohlllk, h\:(\<1 loso110 vvy '. Il.I ,\ t_ l 11 lll llS, ( \\ ,\ ,J · · . . : I' , ','I 'llWllleZ /.lich· 1· I· " . \'!JCO\V Dlatc:po 1\Hl/, IWL 1cs I .. ll\'llll ;dlc;l;im1 !. pop1J\;1c11 pu ,o c111.1 1rn . . L~ 11 ·I· l „ ' ~ · · : .„. 1· „ , \o HJdohic1is1wa tego, 1.c dwa a c c„ wy 11.mc 11111wa111e \\1:tcT\>IV!21i1vc·1.1111sc 1 ,1<1 ,o \li.i\\( I . . . . , , .. ," t ·z.:. · · · .·. I ""!" l\il()Żl\a poka/.al'. 1.e srcdllla ilctuo1.)toO yc · \m,!l\V() '/. pop11\:tl'jl lll/.Jll'! SI\ Il\ „IL )IL. ' . . ·,, f }· _.;\ ·· · .. ·.: 1·1\'" · ·tyony dla 11culr;i\11c:go Im.us .1cst Utl\C,)<. llOS1.: tlll'/.Ylll\'Walla 111"/.l.''/ illtlt.ILJl I l I) ,„Ll\C. ' ' . . ' ," Dl· N > l '" Nu . i1::-:t ll'il'iko:;ci:1 pop11lac,ii. :1 u 1est c1.1:stosc1;1 inutac.11. ·,'. t'. Dh ' · · . : ; ,1\· · . I111: · i wi1·ks/.0Śt': loci h\.:d/.lc po\JlllOJ' 1c1.11<1. ' ::n·d111a lwl1.'l'\>l\'!'Jll\'<.'/.llll>«. h1 i.ie ( ·" ' · . 1··11„ 1 ltlL"I l11·dzic · • · „ Il\'l I/.Il'. · I),Jl( · ·\;o ill'lh 1 lylLo " ,, ,. · N li I srnli1ia li\'l1:ro'/.ygu1yc1.11osc ' ' ' . .

•

.

„

.

.

.

.•

'

.

"

,

„

,

••

.. ' ,: ,'

„

•

•

;v

l"lli111urliu.11\'<'l1. · · ··I vielko.kd1i;1 I. /.akl tc·1 i1·ii 111·11trnl11cj .il'st l\l(ri.liwli:;ć dokladm·go (1hl1c1.en1;,1. 1~1.c ,11 i',. dla · ( l · · . y , .y\ or;vsl;l!' mutkl rn:utrnl11y _1ako illpotcl.\ 1.u< 11 •l· I :.1·1 >:11:11·1,;1 1» '/.1' 111 1i1. 1 111.· ·1„ ' ·„ ·. . . . I· „. · , ..• ,· lvw·illi'I 111odc li . · · . . .· . \· · I ·1 ·Il 1h :;1c \>11·1 11·s11111· :;ie r11T1.v111:.1< 1 .llll · · l .t. ' · . . • ·I . 10·boru · · · • · · \ \· Tli to wv111k tc11 wskazu ie 11;1 1vp yw l 111·111r:Jl11-.::.•1) 111:1c1.:w;1 odh1q;:11:1 1 1 ·111 '.I · · • . · ,1 ·li whsnoścL 'I. dlli.:1· llllkl11ac1:1 IVVZ.IWC/,;Jll, l '' ' 11:1lm;i1 11 t·!!ll. 1l·11n:i 1H't1t1.1 11.1 u.L Jll\l "\ „ ale 11'' 1. 1I·, " , ,., i ,·;.:i:, kii;tll'::tTllL'JI dwud1 111111 to N 11 c~l, ... 111 1 \vid1.i1·l1:;111y 11·cz1·:.im.'} 1.1· „ .. , ., l , . 1. 1 c··;·iq·111, nic 1cst .„ · „. , •I·\· I .1 '/Y (row11. (.1„.). 1,(,z,1 .11 "·· · ·,, <11.1.k\;\t! 1·1a::ow L11;1ksl'Cl1L\I .1 1 ,„l 11 \' ."IH, ~ ·. . I I .. , I , .. l'l\"'Ol)1c1.nosc1. . „ , . . , " ... I 1 • 1 kil sal\\ de d 1 uly1.1.) 11_ 1r Il ·• '" lilll\'11" ,,l.,il\llilll)' \li•\.

. "' . "\" '„,° ..

„

·.

••

:1.G. Ewul!1cja 11011lralna i dol1(Jr 11a111rnl11y

7!)

1,a1wo poliCJ.yć ~;rcdni;1 helcr\l/.ygotycz.ność, jednak rozklad lwlero'!.ygotycz.ności loci ma skomplikowany kszlall, k1<)ry niwnicż. nie jest skupiony wokół średniej (por. r5). O/.llacz.a to, że lesty stalyslycznc na odchylenie od 11c11trnł11ości sq /.a1.wyC1.aj skomplikowane, a do cf'eklywnego dzialania wymagajn ponadto d11ż.ych zeslawów danych (Wallcrson, I 1J78; 'fojima, 19B9 ). Podobnie jak dla i.niż.nicowania wewrn11r1. populacji, istniejW tak 1. pozoru odległych, jak drożdż.c C/.y lrnkll~rie. Innymi słowy, hardziej 11dcrzajqcc jest podobic1islwo sl'kwc11cji p01ni1:d1.y organizmami, 11iż ich specjalizacja. Zatem ro1.s;1dne wydaje si\' zakrnicz.cnie rozważ,;11] w tym rozdziale stwierd1.c11iem, i.c sekwencje ulcgajq z.ni:i:nicowa11iu prnnirno d1.ialajqcej stabiliz.uj:1ccj selekcji, kl1irn siam si11 ul1"1.y1nać je niczrnic11ionc. Nc111raliści dłalcgo postulują, ż.e mulacje sq do1ninuj<1· c:i silq n):i.11icuj:1c:1 gatunki llli\'.dz.y soh:1 i że wirkszuść nii.nic pomii;dzy sekwencjami 11 rói.11yd1 galunkriw lo wynik pr1.yp:.idkowego utrwalc•11ia sit; prawic 11c·utral11ych 1nutacji w jednej lub drngiej linii. King i .ltlkl's (I 1)(1()) napisali wa:i.11:1 puhlikacj\'. w lwirej dyskutowali 'I.nacz.en ie 11eulralności. T1:oria 11L:11tr;il11a zostala doskonale ro1.wi11i1:la i hrn11io11a prze1. Kinllll\' ( 1.11c. Neutr:diści nie /.apr1.cc/.ajq wyst1~powaniu seleh'ji. Widz:1oni1.11acz.l'11ic s1ahili1.uj
:i.

UO

Ewolucja molekularna i un11ntylrn populacyjna ·.J I

BI

mutacji, który111 udajL: sic; utrwalić w populacji, jest neutralna. Mutacje kor1.ystne s<1 tnidnc

do

1.aohserwowania, poniewa:i. szybko ro;;.przestr1.cni:1j;1 si\~ w pop11lacji i trudno jest

Podsumowanie

uchwycić rmw(>j jednej z nich. Kiedy mutacja ulega utrwaleniu, w tej ct.~ści sc·kwcneji

1•:wol11cja polrzchujc sklo1111cj do hl\'d\\w rqilihcji lfr11lil 'll.·. 1'., I )N;\ ni,L 1 ·t':,.1 (os I I\Olli\ Ia ·I w1:1· ' . ' . ' • . • , \1 sir z wysl1'pmva1m·111 hl\'d'""'· nawet 1·ó.cli s:1 one 11i\·lic111t· I' ·11· 11·1 "· 1111«1 1 · . ·1 . · „. „ .„ · . · „ .· . „ · . · • " · ' '· " 1 \\ y:. l'P'll'll':I w sek IH'll\JI DNA, klo1 .i 11101.c 1.oslat: pr1.ckaza11;1 do 11:1Sl\'lllH'go pokolenia. nazywainy 111·111 a„ qq. Mulacp11n 111ogq hyc. pods1aw1t•.111a 1iojcdv11C1\'l'li 1111klcoi\«lt'i · 11 ,1 L·lt· ·l '\I lll'I: I Il I ) \\lj~· ".I\.S/.t'I.· 11,. 1 : ' ' . . . ·. . 1 liczby zasad, tluzc 111sc1r,1c lub d«ll'.l'jl' oraz rcar:111i.;1t.jl' sekwencji. · · · Mu1:1c,1t'. lwou.q IHlll'c w:1ria111y sl'kll'l'llCl.i 11· J>1111uhcii i .,, '. · ·I ·;·" ·· · · , . . . . . .. . . . • -. ' 1 1\ \s ..!.f.! 11t1/,111cuw:1111e !'!'IH' 1ve1.1w. illlśt·imvu 1Hll>rl · " · 1· "I 1· · · ',· l Ru1.11rntJd11llst· ·, . : . . . . la 1110;,· . hvc · 1111·1a · ' · . . t.. 1• 1Jo 11 11.11 lll 1.1.l 11 pu 1111orf1c111yd1 0 oi\'\'/IHJ•'l'I lt>l'I loci, lu „ l Pllllll.11 sicd111c t.:o po!.l<>ll!U hc1cro1.v l't'i1· l><>1·•> t I1i U."ll :: I · . „ •. , , _ , • '" . . · • ·' • ' . J'.L'llt' yczna jl'.'it re dukm1.11J.1 ·I 11 l' 1·I I .. pop11.l1. I . ' tloho1 11a1ur:ilnv. . . . kitli'\' ' . 1.1H1n1a . do t·li111i11·1c1'i ' -. i„' 0 ,. 1.,.·• 11 i 1·11·. „1,. •' ( Stl\V;11lVl' I ~I z popu acp .. l1y.I gc11e1yo.11y rnw111c1ogr:111ic1.a1.nii.11icowa11ic )'.l'lll'lycz11c, punicwa; iiicklorc :ilklc 111og:1 1a111k11:ic ..pr1.vp:1dkmvo 11awc1 he;· d1i'ih11i·1 "t'I l •I·\\ ..1·,·. I' O/,Hllll · . ·· , . , . . , · • • • " !~l'IH.'(Vl'/.llCPU :/łP/ 111cowa111;1 11· populacp 11'1\'l' okrl'ślany pri«z ni 11·iimv·l"l' poiuivd;y 11 ; 111 .1 .-: 111· 1 nalur:d11y111 i dryl'clll J.!<'ll<'lvc1. 11 y 11 1. · '„.. · " ''.1"' · ' "

nic powstanie :i.adne 1.ró:i.nicowanic. Zjawisko to nazywa si1· wybiórct.<\ ;;,n1ian:1.

i.c

korzystna rnutacja ulega utrwaleniu, n1o:i.c ona spowodować równoc1.cśnie równic:i. sprzc;:i.onych mutacji na pobliskich pozycj:icl1. Sprz1~:i.onc nwtacjc rnogq być neutralne luh nawet lekko niekor1.ystnc. Jeżeli sq one na tyle blisko oryginalnej mutacji, ahy nic. 111ogla nasl<\pić rekombinacja pornkdzy ni111i w czasie wystc;powania wyhiórct.cj , /.lniany, lu b1·d:1 niejako ducn.:pione do kor1.ystnej mutacji. ( lst:1tnimi laty dyskusje za i przeciwko ncutralncj ewolucji pr1.ycichly, mimo :i.c wąt­ pliwości nic 1.ost:dy w

pel ni roi.wiane. Mutacje ncutralm· s:1 tylko jednym

1. rnoi.liwyd1

rn1.wi:11.:11i prnhlcrnu, :i teoria nculraln:i ina ugruntow:111:1 po;;.ycję 111odclu 1crowcgo.

.i"''

N mwt .ic:i.l'I i hi putt.:1.a 11cut r:il na jest si us·;,na, hioqc· pod li wagi: st at y:;t yk\', i nlcrcsującc jl'St pr1.c:mnliniwanie konkretnych przyklad(>w, w kt<'>rych sekwencje gcn(lw wydają

„„

wy-

st1·pujc wysoki stosunek podslawic1\ nicsyno11irnio.nych do syno11i1nic1.11ych (wi~ccj s1n.cgółów

w p. 11.2.:\). Tego typu gc11y s<1 r1.adkic, jednak grn Ili\(';\ I to przyklad

prawdopodoh11cgo wystqpicnia adaptacyj11l'j ewolucji w

liniach lu
odk:1d rm.cs1.ly si•; '/. łi11i:1 goryli (I luntley i in„ 2000). Krci11nan i Ca111cron

(1909)

1chrali wyniki hadmi dotyc1.<1cc pos1.11kiwania dowodu d1.iala11ia sclckl:ji naluralncj

na

sek wcncjc koduj;1cc. ł'odro1.d1.ial len 1.abllk1.y1ny kn\tki1n wspo11111icniern 1.jawiska 1.n:i11l'go jako prcfc~

n'.ncja kodonów

(ang.

<"1){/011

hiils). l\lloglihyśrny oc1.ckiwat', :i.L'. teoria m:11tralna dotyczy

lll'/,CdL'. ws;;.ystkim podstawit.:1i syno11irnicz11ych. lst11it.:j<1 jed11ak dowudy, :i.c pomi.,:dzy syno11irniczny1ni kodonami rno:i.c d1.ialać slaha selekcja. W rc1.ułtacic kodony synoni: mic;;.1w s11 wykou.ystywanc /. n\:i.nymi cz1~stośt·i:1mi w sckwcmjach genów, o.yli istnieje·. tendencja po lcgaj;ica na prckrowa11 iu stosowania 11 iek l(\ryt· Il kodom\ w kos;;.tcm innych. , kd11a 1. pr;;.yo.yn takiego stanu r1.ea.y wiq:i.l' ~;i1: 1. sa1nym proCL'S<.'lll n111tacji . .leżeli

l"l.\'Stuści 11n1tacji prnni1:d1.y cztcn~nrn 1.asad:1111i sq n'>i.111:. r(iwnic:i. oo.ckiwa11e c/,\:stości 1.asad na tl'l.CTicj pu:t.ycji kodo1111

h\'d:i n»i.11<'. 11:1\Vl't pri'\' hr:tku j:ikicjkolwi„·k selekcji.

.Jednak k luc1.ow:1 ol>.~t·rw:icj;1 jcst wykorzystyw:mil- rfri.11ycli kodo11<\w w genach w tym s;11ny111 gc110111ic. C1.1:sto okazuje si1:, i.l: ,!.'.<'ny 11legajw·c silnej t:ksprl:sji s:1 hard1.icj restrykcyjne w wykorzystywaniu kmlo1H·iw (lj. wykor1.ystuj:1 om: prcil'rnwanc kodony c1.\.·w tl\f\I;\

w kolllÓ!'-

k:1clt i pn:l'nmva11c krnluny wydaj:1 si\: mlpmviad:1ć a111vl.
wl:iści IVl' I Rf\li\. I 'rci'erc1Kja kodun\'iw stanowi mały prnhlc111, pu11it'\.vai. powslaj\' ona j:1ko wy11ik si
"""lll

„ , S~kwc11'.j'" gc11ow 11· popui:1cji wiq/.c /.t' :,oh:1 pochod1n1ic· od wsptil11"!'" pu.odL:1. .i«1<·li lll/.lslul1:111.1). 11 LZ«Sll' l1111c prz.odkow gc1111 /. dw,lcl1 osohniL 11w w oll<'\'llcj l'"Plll:1t·ji. 10 111 !Hl l'.IHl Jll'-'.' ~'~lllVI Lo:'.lcs1«·11«,11. li.IL h1·d1.1c'.111oi.11a U.'>lalic ich ll':.1><'il11t•go Jll'!._.Jcd:\Y"' / rnd11cow. ,1:1k 11111 lN/\ i cliro1110:;0111 Y. llada11i:1 d
si1: hyt': pod wplywc111 ukicru11kowa11cj sckkcji w ko11krct11ych organi1.rnach . .Jcdny111 /.l' sposobów wykonania tego zadania jcsl pr1.yjr1.cnic si1: gL'.110111, dla kt<'>rych

i'

.. Kwdy .li' pop1d:icji l';:j:iwi:1 .si1· 11ow:1 llll1lacj:1. pot·1.:t1kowo i::i11i<'.k 1.1·lku jc«lna ki l"'l'i:1. · I· 1 1· · · Lit zh« kop11. 11n1l.1c,11 h1·tl1.1c w1rasl:1L· lub 111:ilt'l; w IV\'llik111l11"11· 111i"i si·li·I· . ·,· 1 • r ,.. „ „ . . . · • • • , . . \l. 1 1. 1 \ 11 l!l'lli'I \'l '/ 1 11Lpl. " : IS! 1v \'l"I"'' l"ill ti 1,, I,I) Il'll ·PllllH.'\\1;1; . ' I\\I\ . ks1.osc lloll'ycli. 111ul:ll'J1 ' . h1·tl1.1c wvcli111i11011"u1·1 . ( ·l ·li 1'dl!Jll„ ·jt'S 1 !ll;t .I ;i lllt'.Jl' t 111.e pr:11vdopodLJlm·1i:,lll'LJ i«l11.a11iku 11a d1«>·i 1 • • • , . . · ·< , ,,, • • ll:lll'l'IJO.l'll sq Ulll' klll'/.\'Sitlt' /.l' \l'/.l.'l\'thl Ila dulHir 11;1lm:il11\' Otl l'/'!.Sll "•' 11'\'SI . . )„ ,I I 1· ·. . „ " ' "" .· "·"" ' '\'JlllW:1111:1. I ld\\(()jl\l\ll)ICllSllVOllirll':ilt'lll:l lllllial'JI llt'lllral11l'j jl'sln"ll'lll' I/N rv1111·11.·1" I I"·. I ·t . ,. · _1 . . . _. . . · · , . · • . .i ,() zys na o pri-'.y 1 ina 1.11:io.:1co w1..1·ks1.<: prawdopodobico1is1wu .';l;111ia si\· 1111ilal"1·1 111 w· 1 i " s osow.tlllll 1 1 ,1 1 11 ,1. czcl1" · I IN I' I0 I . . I I· . " . · · · . / . · lH ll!H.' llllll:ll'J:I sz,ot liw:1 o l"·1vsl1Jso11"111i11 I 1· l1·11·tl i 1Iła I;1 '>/tlll';v 11·1 1 • I · · · · · ·.,, · · ' · 1·>·1 1< • 1' ~\'W~!Clllt'. Jl'!.cli s I/ N . .lcd11ak w pr1ypadk11, gdv s I/ N. 1;11«J11·11\l 11«11:wj 1· '1.' 0 11;,·1"'.' 1 .1.kmlliwl' łllll/c:l 1.1>:.l:ic :,klasyl1kmva11c j:i1;LJ 1rn11:wjl' pr:1wi1· nc·111ral11c:. ( i: J.h 1 ż'. I· 1" 11 llCIK'l)'l'Zll\I I' 'I \\.. . . I I I . -·" {), ,( I I) ,., , .. · · · . '. '"' 'd/.IHl'JSl.Y '" t "1oru 11:11ural11cg" li' ol.n·"l."il:"'.JI w:,ka1ui:1 11;1 olll·„·110:,,' wiciu 111111:1111/iw :illl'li "11i· I i .· ~ · , 1 SCI \V\'''l\'llUW'tlli't \V 'I . . . I ,) \ l 1 I ( ,) {I ~·.). s1.c/cgo 110~<:1 .Jt'sl { ustvp11:1 inronn:h:j;1 dl; 1 ~!CIH-,\\' ·'wi l"''l!l\fd, ·1., •.. -1, 1 , rzcnn1111 s , · · · . l · · I ·· „ · · : ~ ",_, . · • .',\._ . · ' · .'. t11.• t1ll.Jt u. 1.c \\'IV ,:;1,11~,c n1ut:w.11 .w~;! s1kt1dliw:i i w Lu1wu 1.o~,t:111ic \\'\Tli1 · 11 111 1 pop11hc1 · I· I I I „ ·" " " ,;IJs·· ,' ',.1 11'.1t.l..'H/.l''u1oru 11a111r:tl11cgo. k1t'dy poniw 1111,il'lll)' s«kll'L'll<'jc' lllii•d;.v galunl;:iiiii. ·u 11 Ol\ .tllllllt'/.ll<'. :1 prnh1:11l'ieni:1 :11ni110Lwaso11· oli.\l'l'll'lljc· ,;i\· 111·vl.I« 11 · l'ł'l\'l''"I. .~:~ c\1::; 1,10,kwa~u\V {) pudoh11,vd1 wla~~ciwo.
„

,

•

"•

\_

\

}

•

i:w>„

•

•

~---··-······--·-··

•

1

•

'

„

,,,„,,„,

83

li:'

!~lad

orc :;.

111

jl)l}l).

/'/u·

i\li'l/f('

i\·lul'/iiJtt', ( >xronL l IK: <)\roni l111i\"ersity Pre:-,s.

.1.

W wybranym locus wysli,:puje r:t.adki allel o c:t.
3.2.

7.godnil' z tlll'iodq opisanq w podrozdz. 3.5, pr:t.L'prowadzono sy111ulacje procesu uJrwalania si1~ 1rn1lacji dla s:t.l'rokil'go zakrl'su wspólc:t.ynników sekkcji, zarówno korzyslnych, j:tk i s1.kndliwycl1, Dla każdego z przypadldJw przeprowadzono 2000 symulacji. a lic:t.h\: utrwalonych 111ulacji zcslawiono w lab. 3.2. W tabeli podano prnwdlo prawdopodohic1islwa utrwalenia ;1 1;,. ohlic1.onc z zaslosow:111icm Jcorii dyf'u1ji (ra111ka 3. I). l ldowodnij, i.l' u:t.yskanc w wyniku symulacji lil':t,by ul1w:ilo-· nych rnulrncji sq 1.god1Jl' 1. pr:t,l'widywaniami teorii. Wska;;Ó1l'lw. Moi.na wykal'.alpr1.y ui.yciu Jeslu x ". i.e spodziewana I ic:t.ba utrwalonych mutacji nic n ii.ni siv :t.naczw:o od obserwowanej (pod rozdz. fVL I 2) lub wyk
3

1~u1 111. 1 T f\'I~< i. jt>?n. ( 'ocvolu1irn1 ul" t'tHlun 11s;1/!L' ;111d 1ra11sl'cr Rf'-!/\ nhundance. N({fftn:, ,t?.S: 72g. ·.10. <':iv:illi ·Slor/:i, I .. I .„ Mc'lllllli, I'..""" l'i:1u:i. 1\. I'!'I<>. F/1t' I lis/on· 1111,/ Ueogm1 1hr of' I /111111111 ( ;,'l/l'S. 1·1'1o11. !'·l I: l 1ri1ll'l'\Oll l lniversity Prt:ss. . . ·· ·l\„Jd:ii1. i\, ;\\Hl Wnlk. J( ,I J, .'OilO. Rl'i:itio1Jsili11 ul cud1111 hi:is ltl 1J1RN/\ 1·011ct:llllalirn1 :111d prolt'lll length 1

. il!

}{ 1(/S/,

.\'111"d1r1n1/}/\'1'('S ('('/'('\'isiil1'.

16: 1131 -I'.).

('ni· .. .I. ;uid LiiiHii;i, !\·L 11J/O. .\n fntrnililC'fi111110 /',11111/01iu11 <,'c11<'tics l'lff'iJry. N1·w York: I l;1rptT

ll:illl.iii:„ J<. !'I/IL /j 1,·Sl'i/is/1 I

I,.

. 11111 1

)!){)(), i

IH'-L\

!,1,t'll.l'

1i;in~.i:11ioll 11 !" lii,i!J;ly

(/
l\:_

Row.

()\fon!. li!<: ()\lord ll11ivc1sil)' l'n·oo.

111111 i!1t·r :111 d 1·udrn1 u:,ag1' i11

tlw ( '. t'lt',1~1111s

ge1111111t· are

L·o.-adaptl'd i'1ll" optima!

i'.\(Hl':,:;t•d gc1H'.'-;. 1i-<'111ls in ( ;011·ti1·s. 1<): .:g7 (), . . I'„\ .. l 'il:dd;d>llll\. R„ :i 11 d Nci, l\'l. l 1l/'/. St;11istirnl s111di1.·s Oil prnll'ill pol)'llllll'J>IHs111 111 11atu1al 1;1l'til;i!iiiw„ I. l)i,-.11.ih 11 tillłl id ~~i11:•k liic11;, IH't(·n11..\')!_osil\'. (/('111·1i,·s. :)6: .1:,) HJ. 1 lilll',<'ll. I„<'„ ,\1T1JL,i.av:i. :\.\!„ I :11 11 111, .\J,I.. l\11lk1. 1\.11„ ;111d l.c:ido11. ~)./\. Jl)')~i. lli{('/\I IL'tJllircd J'11r 1r:lllscril'li•lll •'•llq>i1·1l 1cp:ii1111'11\id:i1ivl' llN1\ 1la111:1;•,1·. S1'ii'111·1·, 2HI: IOO'J 1::.. . . I l\;i~·>, p,< i. !<)1)5. 1:rcqtlt'!W). di~.trihutiuw. in pPp11L1tion J_ 1·11cti1·s p:1rallcl thtJst' 111 slal1st1cal pliysics. l'hysi~

i·ii"i:.I

1

'"" /l1'l'i1·11· /„·, 51: ')) JOi. 11 11111 1,·v. 1 i.,\„ l':islr·;d. :;„ Suutil.:y. i\'I.< '.. Tc·"11i1·n1. 1\„ U iks, (i.( i., !\'le( 'n•dil', l\'LR.I'., 1lnppn, J.L., and \!~·11\l:r. JU, ,'()()(), ,\d;q>1i1·1· l'l'llillli1111or1111• 11111\ll\IJ' SllJ'll'SSlll Il/U'.\ I 111 i111111arn; a11d cl11111pa11zces, Vi11ur1· <;,·1u·1i1·s . .!.::):

·! 10 I L

lqK~i. ( 'thlinl 11 ~.a.!'.I' and tl
lki'l!llt!'
t'til\[t·111

in u11itTllular and 111tdlil'l'ilular

urg;111i~111s. 1\loh·1·u/m·

'foh!'la J.2. Wy11iki ,;y11111lacji ldllllJllllL'\'Oll')'Ch procesu 1111wala11ia

Ui11/01'r i111d L1·0/ulii 111, ~~: I; .\.I.

I11:'11!.\(l, i\·I· '" l\:11.·s·:iii;iiiii. 11„

"ri:!i1111!' !lhHk~n1

J>;i;iJ 111 , ';„ ;11 1d 'iylk1J:.11·11. l 1..'OOO. f\litoci11111d1ial gc11011\l' v:i1i:i1i1111 a11d the

ln11t1;u1s. N11111n' . . !OB: /()~~

13. i 'li Iiii :; l\rrnTili,·ri. I .. lln!'lil:lll. ,\„ ~·Jr;\/.ck. L :111d ( ic111ics, ,\,J, .'.002. ,\111i110 acid n111,; i11 c11ca1yotic ", :-<~l~.:{ li Jh ·:,·and d isca~; 1 · a:.:~; 1 H·i at io11s. / 1ron'<'flings ( !f'tlw No! io11<1/ 1\t'odcmy 1~/.\'1 ·icnccs l IS 1\, ł)t): J
fvL

l'rt'illll
a1HI ( · 011 11_-r(l!\.

.l.i\'L 11 )<)1).

(

'()din.~_!

snplt'lll'C l'\'o\11tion. (

i'dti;>l(l,

,„,

)

I.

11 l~()i\li'!U J I. /;ivala. 1\„ .Lthhari. I~ „ ;111d Jh·rn:irdi, U. I qqq_ SyrnrnyllHHIS codon d1uiccs in the 11 ,.;, 1.:ly l ;( · ,1''"' 1 )'.•'lllllllt' ol /'/!ls1110./i11111J11/ci1•111w11. Jo11m11/ o{/\/11/1'c11/11r lć'\'ll/111io11.·l'J: :;7„,J),

;;,·ldii111:n'I, ( :, .'.000. l'v"l111io11;11y dy1J:1111i1·:, or 111in11s:ilclli11· I lt'-11\. ( '/m111111so11111, 109: .\(i) 71. 'i·. l'll i"ill ' l'\1 1·,1,, 1·1 • 'l\'I. ' i'l1illi1""'\,IJ„Sili1·!.L\„'l'i1011ws.NS.1\hL')'si11gilc.S.,l\1awczak,M„ ') I Jl,( Hl. . " ), „ „ ' 1 ;ind< ·111 , • . I J.l'.j. '1HH. 11 1„ 1„111 < i1•111' ~fo1:11i"11 lla1:ih:is1· (I I< il\'11 JJ: ~·01u 11pd:1k. //111111111 A/11111111 11, 1 111

~i: 1;111111.1,

:; I / :~ \ (I H L ! , : 1 I v;\·11'f • 11 1 pnd . 1) l ( j) 1,1:~•1. ,•; 1., 111 :,!ii:;tl !llt'łll\)d Iii!" l\''.-.lit1).~ 1!11· 111·111r;d 1n111a1i()n l1\p1i1liesi~; hy J)['L'\ pol)-'ll!Orphism. I "

1

.?.J: :·ig.-; I):), I li«llil':,lllL I{ . \'riti·ll:ird. J,J.; . ,•;11,. 11 , I'„ ( kli11·r. l'.L :i11d l't'id1J1:1J1. l\LW .. '<1110, Rccc111 co1111111111 :111ccstry of '·' · , J,. ,.,. 1·1·,1 111 I ll'I,\ ~1·1Jlll'IH'1' 1bt:i. /ł101·1·1·11i11,1~s o./' fi/(' Nuth 11utl „\nulcmy ąf l1111n;11t \1 (' I1nH11n<.1111w:-.: I 1 11 1 1 \rii'llJ""· t .\'.\. Y7: I ~nO :1. 11„,[„iJ1ill. I'„\ '' ·"· ,•()()\), y \'111111\lll,'.llll\I' '·"IJlll'\\l'I' 1:11i:i1i1111a11d1l1c· ilisllll)' ur 111111\:lll Jlllp1ll:i1io11s, N11llll'i' ( )'t'J/1'{/1'.\.

I()


]

11

11.1102

O.·I

l.25 · JO

15

O.Ol

2.0

0,0202

.J()

O.li.'

.J,O

0.03'J2

0,0'.i

10,(1

0.0 1J.'i'.'.

I 'Jl)

O„'

"IO.O

(J.:\'.'.')7

(i,\l)

Mulacjc s~J({)dliwc

111

O.OO.!

(),.J

3,27'

(J.(JI

Lil

3.TI · IO

11,0.?

.J,11

IS/· IO

7

o

i

l/1'!/,'fi1·.\. \\.;l1(1'1".'1lJ!l,

I ),()'

l\'lu1:1cjc kou.yst11c

'urfr'llf Ot>i11io11 in< ;('l/('fi<'s wu!

<1Y! ·I I ; 1, 1„" 1. (l„ Sc:dlv. M 11" 11 ;11 \\, ('.J 1.;:111. IU„ lkl\ry. !{.W„ :111d 1\dl;i1Js, E ..'Olli. l'aralkl 1 1 11 r:idi:11i11iJS in 1.w11 111:1j111i:lailc·»1>1' 1>l;w1·111;d 1J1:1111111;ds. N11111n· . •rn<>:
11,0

l"-lon· I );1rwi11ia11 cvolution. ,\'cit'lll't'. 1(,~J: /XH qg.

'"'/1111111<·111. ():

ulrwalnnych

M11t:wjc 1w111r:li1Je

O.O 11)(1().

liczba mutacji

/ 1Jix

I

11

I( iii;>. .I.I .. ; 111 d Jukl':·„ T.1 L

()bserw1>1vana

I

s

{i ..·\.

.):i}·', j{)

(11

1:~. 'I\\\' 1111111111;,'~.'();dl)-' te~.!

or1\\'lltl';t!i1y. (f1·11cfi('S, i}i): .j{):)

I'/.

13. W pr1.ypadku rn11Jacji rn:t.pl'l'.l'slrzc11iajqcej si\' dclcrmi11islycz11ic w ogro1rn1cj populaeji (rarnka .\.2) Cl.\.'Strn;ć .1 jest opisana 1.a pomoq równ. (.), 15). Wslawiajqc wy mżenie na CZ\?Slosi' X do i'(J\Vll. n. I"'), udowodnij i.e l'Z\:S(O.~l: Ja spelni:t r(JWll:tnic logis1yu.11c.

H5 U4

3.4.

Poni:i.sze pytanie dotyczy wys11:powa11ia zwią1.ku pomit;dzy prel"ere11ej:1 synonilllic:t.nyeh kodonów a slt,::i.L'.niami !RNA. Dane i teoria pochod·1.;1 z publikacji lkcmury (I 9H'.'i) i Bulrnera (I 987). lzoakeeplorowe 1ransporluj:1ee RNA są ró:i.nyrni rod:t.ajarni !RN/\ :t. tego samego organizmu, które wią:i.ą len sam ami nok was. ale rozpoznają ró:i.ne kodony. Dzii,cki 11iedoklad11e111u parowaniu zasad poniit;d:r.y antykodonem tRNA a tr:r.eci:1 kodonu w mRNA. n1o:i.liwc jesl rozpo:r.nawanie pr:t.ez jeden typ !RN/\ wi1:cej niż jednego kodonu. Organi1.111y poświ1:caj<1 ogronu1:1 iluść c:t.asu i energii na sy111c:t.t; hiallrn, s1:1d rno:i.na sit; spodziewać wyst1:powan'1a presji sdckcyjnej dzialaj:1ccj na r:t.ec:t. poprawy wydajności translacji. Proces wl:io.ania aminokwasu do łań­ cucha polipeptydowego :r.ajnwjc wi1:cej czasu. jó.eli konkrl'.lny tRNA występuje w ku111órce w niskim st1::i.eniu (t:t.w. drngor1.t,:d11y tRNA, ang. 111i11or 11\N1\). nym :t.c sposobów. w jaki organiz111 111u:i.e pud11ieś<'.· wydajność procesu translacji jest wykorz.ystywanic w gL:11acll kodon(>w. ktL'irych tRNA wyst.,.·puj<1 w komórce najc:t.\'.Ściej (tzw. pierwswr:t.~·dny tRNA. :lllg. 11wior 11\NA). W tabeli .l.J :t.estawiono wyniki pomiarów wykonanych dla l~sd1crichi11 coli, rych cele111 bylo :t.hadanie :t.aló.ności po111ięd1.y prel'ercncj:1 kudont'iw a sl1::i.eniami \RNA. Dla ka:i.dego :t. a111inokwas(1w prnl:1110 lisl1: i:t.oakccplorowych !RNA i kodo1H)\V przo.11ic ro:t.po:t.11awanych. S11::i.c11ia tRN/\ :t.nstaly z.11orn1ali1.owane wzgli,;dcm st1::i.cnia pierwszego i:t.oakccpturowcgo IRf\11\ dla leucyny. Dla k:ri.Lk)!.O :t. ami11okwas(>W jako picnvs:t.y podano picrwswr1.1:d11y IR N/\. a nast1'.pnic drugor:t.ędny tRNA. Dla sek wc11cji kilku gc11(1w l~sc/li'ric/1i11 coli :t.badano częslość wys11·pmvania poc s:t.c:t.egól11yeh kodonów. Geny :t.ostaly podzielone na dwie grupy silnie sjonowane (wicie czqstec:t.ek białka w kotrn»rcc) i sialm ckspresjonow:111c lic:t.ba cz<1s1ec1.ek białka w k01J1órcc). I ,ic:t.hy wyst•1pidi pos:t.c:t.cgLilnych 1. nłlll grup swza·

'l\tbcla 3.3. ( '.z1:slosci wysl\'11mva11ia kudrn1tiw. I .iczha wysl<1pic1i kodo!lu

'l'.vp tRNA

S11•i.cnic

(rozpoznawany kodon)

tRNA

;\minokwas

I. ('li( i

].Cli

)

J. I.

(i(

il I/(

(i( i(

I. 1\l Jl

lk Cil11

O.'.''i

Il

O.O'i

Il

j(;

i

l/•\11(.

0.1:1

'I

11

I.O

0.ll'i

I.

();I

('.;\(j

()

I<•

IU

IC '11/11< ';\/l J( '( ·

.'. t\( il I/,\( i<·

li

o.:''i

.'O

O„'

o.o·;

.\. [I('( j

I.

('(il I/('( i('/('(

)

('( j( j

.\. ;\(i;\/;\( j(

l)

O.I

2. ;\\I;\

I. l

si a ho ,.i.:,.prcsjt "" >1va!lycli

WJ

I.I

2. ( ';\J\ Ser

sil Ili« t'.ksprcsj1>11mv:11 1ych

gcrnlw

O,.\

j( j( ·

2. ( j( i:\/( j(

.\.

gn1p~1cli

I.O

( '1 lll/c 'IJC l lll;\/lll I<;

11, ( 'l Jt\

( ily

w dwtlcli

j

ii\

I"

li

0.'l O.ll'i

(I

O,O'i

()

.. . kodony. ro:tiiozn·i . , , W.lllC pl :t.l':t. p1tTWS/.lll'/,l'd!IC 11~ [\j '\ „ , • . . ·I· „ wieraj:1ce „ prckrcnc1cl· I " I' · · '.p1:t.L11.1>1.w11.,s1.:i , ... , .. ,ot rn1ow. ,01.wa1.llly dwa lypy i1.0:1kccplormvycli 11' N;\ ·1 ,: . " ·I <11(1.N1ccllti · . . l·"I·. . .· ' us111111.il1 . ·. ··I· · 1 1 /1.' 1'\:l 1•I IH 1.1.1 .11ll1 tJlill lypow kodrnHi\v w !'l' 110111 j. T. :t.nll.111y ,()(lonu 1yp11 I w kodon t , rn ·1 . • . . "' . c. c i11po pl ·t I . . . . . ) I - I lt111po :t.llll:tllV ()(l\\'l'ullll'I •;·1 rti\\'ll\' 11 l s li Uje SI\~ ISllll\.'lll\' selekcji •· .I' ( li·d ll:t.y\v:lllI;t ,' . .~ kotlPl)t)\\' ' ' l)'JHI '. .1., !'tli.il' ' ' lll'.\l' e« 1t Y''I IHJ „

•

Il

S=k(('I

("

J. a ;.wr(wić i.l kuk jesl odv lliL·:t.11:111;1 (' ... (' ~;lalq. . · Nalei.y I . . uwa!'t' ..„ . . I.'. "" · 1, ,\ JL'SI 1ard:t.O du:t.l', ·1cit'li (.. v 1wwaL :t.e 11111·d1.y 11wlacj:1111i :1 sclckcj:i

• ' rm

b

J

/h

I /11

1 ··

.i<'SI n\w11,· 1.n11 \\' privp:1d (. I· 'I'«'or1;1 ' pok:1/.11jt·, ;." l'i'I..\'

I(I I . ~li I ('11)' \) s

\

fi.'.

" . IH>1vy:t.s1.q . . 11;11 y;;11j (c) Wvl .> ,,, ir;, ._ys.1llJ•!t. tną11· dla lr:t.ecll nii.nycli w:irto
~

I

\

li)()

(dl 01rniw ks:r.ialty wykrc.~lonych kr1.ywych. Dlac;r,cgo wszystkie kr:r.ywc prze. chodzb wystarczający tłumacz obserwowane wyniki ckspcry1ncnlalnc? (c) .lakil; inne czynniki rnogą wplywać ua wykor1.yslywauic kodonów, szyhkoś prnccsu translacji i c:r.1:slość hli;d(\w translacji (czyli blędnc wlqczcnic a111i~ 11okwasu w ht1dowanc białko)? Czy le czynniki mogr1 podlegać <.:,Wolucji? .la~ kii potcncjalnyd1 „kandyda11\w" nalci.y rozwai.yć: możliwość regulacji sli;Żeń lRNJ\ niwnolcgle do zmian w c:r.i;slości wykort.yslywania kodon()\v, rfri.nyl'11 L'lap(iw rcakl'ji, dokładność procesu rozpoznawania 1rnri.liwość dryfu gcllL'.lyczncgo c:r.\~stości wysti;powania kodonów, (i I ('w sekwencjach gl'miw, sposób w jaki w kml'!:ic gcnclyczny111 sq p11.ypi.c;ywa11c a111inok wasy.

Plansza 2.L (a) S1ruk111rn kr,·. I'

„

..

. .\si.i 1u.11.i kompkLsn u.h1la111ii1t1wt•go li' N\ . . . . . I . • · ' 1 /. sy1Jle1.:1 gl11t:<111111owe•'li Jl{NA „iu.e1p111\'lo 1.; Slicrlin jin "()()() / 0111 "li 111 i11 o 11'<'11/ur Iii I , · J
(z· „ „

(a} ·~

[

-I_

1·\

"O

,„

> Vl

-".

trJ

<-Tj

~-

::r: ::r:I I

IJ

K

skupi~ko I

R

zasmlowl'.

H E D

[:

r

\rr

skupisko:~ kwas'owe ł ;11nidowc

Q

N p T

s

skupisku

11rnk

G A

c V

[1i1 {

L

I M F

-{ w y (b)

alil'atyanc

Plansza 2.2. (a) l lierarcllic1.11a a11ali1.a skupisk a1ni11ohvastiw. J\nalil.\'. wykonano w pon1oc:1 pakietu CLlk. · TO (l,r;u11 \lenna ilustrnjc 1.acllodzc11ic na sic' hic grup a111inukwas<>w odw1.orowuj:1cych wai.11c lizykoche111io.nc. Kolory dobrano zgodnie 1. 11wtmlq kolorowania zastm;ow:ui:\ w edytor1.e dopasowa1i scklwncyjnycll ( 'IN1'!V1/\ (Parry Smith i in . • l'! JX, (;1•111·. 221: (i('57 (j('(,_\i: c1.erwo11y reszty kwasn\W: niebieski rcs1.ty 1.asadowe·, 1.idony 1 rt•s1.ty 11c11tral11c, polarne: purpurowy reS1.ty aro11wtyc1.1w: o.am)' res1.ty alil'atyom·: ililty i11y tworzenia wi:v.:t1'1 dw11siarc1.kowyl'i1)', prolina i i>licyna (unikalne strukturalne. 1.wlas1.c1.:1 w helisacl1)

wlaś1:iwości

(1.dol110~«'

hrąwwy

cys~C'." wlaściwos(I.

(.1)

I

li •.. , ( l r' 1 • j- '/1 \.()I

111·::1. ·:111„1
1·,1 1\1 I!

J

I' y I' \' /\

··1·::11 !·lllll::1·:

I-'

, q•:'l

r:· ' {

1

\!llH„·.11

!
{ J! ·: ; \ )
I

/\

F'

\' /\ V

I

'{

/\

\'

/\

J

•!\ :·1;

', l

,11

Ii I'

y

/\

\' y

1·

„,,

r· ,.

/\

i' T i--.1 \·: (• A [I F T A T l. FF'l,IVl:•.1\ [1 F ~:; /\ I< I'° \/ T I' F T l•I 1:1 >:i /'. .I". F F' \/ F I" T 11 1:

V\l

/\. .'\ \l\i \l\/

'! .-··. T

:;1·;t'!;\·:

! ' ; ,\ ] ! ~ ! ' , j ' j ·:

l)j1::1·

l!l!!·hl!

\1 ;~. \' :~: 1·· 'i' !". F I'' y F

()\'..]'

/!]<11''

1·•

•1! :,1

('llli'j

1.J y

1J!·:;i; r;1·'.1'tj].'

!1

117;:1; .1:.,:; 1'1·'1

1-1

f

F. h·I D r· f,.; p F' F H [I I' F lvl I F 11 n 1··.\ I· (:, p F lvl T F lvl T FTllCJ(:; \··.IF 1.·, p F T H Cl (: :•~ 1··.1 I' O I" \i I' l„11 T F T l'I Gl G .,, [1 F G F' I I" 1„11 DFGl\TFh·I f' T \·I t:1 G

\'

;\ F

i".

'ljli'I

I I

I

" 1· y /\ 1· y

\,I

11[ 1::1;


y

I ;

I·.•

(J!'::1; 11\n.h!!

lJ\.;I' «\:'.!V' 1J!•:

I-' !I

'{

\/

11·· /\

I' !\ F /\ I-

/\

,„ I i

F /\ 1: F t=

y

/\ /\

!

\' I' p

·---·---··-------------1

' .,

p

M A

F'

lvl .I". lvl T

p

F'.

l'I'/

wvn1kow klasyc1.11q

J

n 1u1yw11 ! l l' (_;

odpon10~;ei

11:1

ars1cnik

Plansza IO.I. Trojs1:11H>wy 111odcl Markowa IVI I M2 uwidac1.11ia nic1ypmvy f'ragn1cn1 w gcno1nic Iloci/Ius .rnh1i/i.1· (.l„1<1.l .l„lryd1 f'unkcjajcst nieznana. C1.erwonc okrrni wskazują polożcnic lcn11i11aloniw 1ransmisji. Kolorowe kr1.ywc wskawjq prnwdopodobiclis1wo wys1:1pic11in każdego z lr1.cd1 stanów ukrytych 11:1 posn·1.cgmnyd1 pozycjad1 sekwencji. Kolor purpurowy rcprc1.c11111jc sian mlpowiadaj:1cy )!.L'non1 na nici (+)kolor nichiL·sk i za.~ s1:111 dla gc1Hiw na nici ( ·-· ). Cz:1rna linia rcprc1.c11111jc sian odpowiadający frag111e1110111 sckwrncji pn1ni1·d1.y gc11:1111i oraz J.!L'IHH11 o niL·iypowy111 skl:1dzic 11uklco1ydowym. Zaczcrpni1•10 z: Nicolas i in„ ~'llll2. Nuc/eic 1\l'ids lil'sl'11rc/1. 30: 1•118- 26) za zgodą Oxf'ord llniversily Press

I

doh1w. /.e niemal nie spo\t)h ie I tH ru'/.lllc' ~1; l I ·'I') '.J 1h:·,·rn:1·1•\c'V l\n11scrw~11yw11q lii.'ltydyn~· jest hanzo 1 · 11 I' ( · .,i . I ,''• 1•1 I. i"'i 'I ' ·1v· lw·11ii·1 · - dn sekwencji rndl)p\Vll paru s·cl·wcn· 11iL'. polo1.011y \Iloty\\' . . . • I I . . \ 10111 1 wyn111i1· widou.11v. /.;",kaLuj:\l')'lll .1''" laki '!'·" '"I" „t , · ' · ((WS<'). 11ichit" Lici (Ol'Sll) orilZ . . . . . . . . . . ·I w ·nL·ji op-;vn barwy 1.1c 1lllll'I , .' , °' . I 'Ch «ii "d:1kLid1 l;11zy11ow". a llll:lllllll'lt'll ·''' '. L I. ·I .. :. I 1 ··ysl~''''nvch "Ila rodopsyn nii. ·'woich w asn) ') . . ''\I I . . . wi Tll°\ l'.'l\'Cl'I ,·ce I t. i.11.1' t.1 . . . •· . . I . (CJITCh l1ok1111\'l'I I( li'., I. d111< / ..i ' , . , . ".· ·I " ··1. n·n·1illlr111v harwv zi"\"1"'.I li :111y ·. . . I .. · ., \Vstlf\'lltll11osL1,~.c\\\L!lll ~ zielont:J ··1i1isLi1.·h Ln.·wnvc· 1 . li· "l'·".l 1L . · · :· .. ··I. ··I .. , I\' '/llL'"" dla rodziny rec„plllrt>\\' barwy · · I „ ·. I .··1·01(1'nl'.i\ll)111c;;iw1crlll•\lldl.t"-\l1)S_l ,., 1Jr;11 •:ll.1.'.ld I. OL IS L,~.< .. . I .'\I' I I 1'1~ I li I' I. tlll.I I/,)

:I podobny do n..:prc:-;orn operonu

l\•I T

V /\ F H I' /\ /'•. /\ 1··.1 p /\ /\. /\ 1··.1 F' 13\"/\VVH r:i F ::c: /\ F _,„ /\ /\ 1·· 1 P 1:; Y !°" F·. H f-' h•l /\ /\ l"/\/\/\l··.\P .1'. I' H F' l. 1·.;I /\ ,1\ ./\ /\ F ;1. /\ /\ 1„1 F' c~,Y/'..,FHP /\ /\ /\ /\ /\ 1. .1 F' /\ F \-1 I" F' /\ /'.._ .!"„ /\ 1\1 F' I-il I":/\ Y/".i'HF' /\ /\ /\ 1. .1 F' C y /\ F \-1 p /\ /\ kl I"./\

I pod"l'll\'I\.~

() ------~,,..

· , . .z iy.s. . , '! ..>. ' f\h' pozycjach . . . li· 1 hloh1 zth'.liniow:111cgo dla pno11m1 . . . , 7, . 9.1. ta) LuJ_io sd\Wl'IHYJIH t .' . ' , \' 'h ulic) urTI. bardzo kn11st:rw:1lywneJ proliny 111 . .1 , ' · „ • . l „ lhl\\'Jl'll' konserwa 1V\\11 L r~ _':'. i 2.\ wyr:ii.n1t• w1' ac 1-.:;.1. y L.1 ' . .. . . ·. -I I I. (hl l'r·l'•lm'nl dopasowania s<'kwcnc.11 rcccp· . . L'tllll'Jl' t1t:fin1ow:1111" 'o. ,u.>I w·1·wtiw 'd .111l11H ' '·' . · . ()PSD) ton iw w1.ro -;.11 u ,,;n,_·gn\vu1 . , . ' . , , • li· . ·J·we1Jc'1i nHl011sy11 (o·;,11~11„·:;.rn1}'cl1 .1a 1\O • " · 1. · 11 1 clnr·1l lc1 vs1yum ' .i ' ' ' I ml rvsunl~11 puka1.;1110 llll' dore Cl'l' ~ ' ' " .... , .„ . I ·1r\l'\'.czc-rwo1w·1 i :t.idu1H'j to1.11aczo11yc l, • . I I . 1, dh s,·I wcncp opsyn ,, . . . . I. J I c) Wyhr:11ll' cechy chara '.lcrys ycz1 : ' : . '., . '~ .· . I u l;:ijtll'.' opsyn s:1 lak hardt.o do sic 1IC p<, 11uwicd11io.
.\ .. \7.\00(}

o

!-" I' F'

~Plansza

. I

u

.l;l'i0.11111

.il

.

--

JO!l.000

i:t)

.1011.000

,.

\\

\ ,~

:ifHl.Olll\

\

~'IHUHJ(ł

~\\ :'

: ; ~I !f'/tl~f

1~

//

l!fJ:,/l ,, 11111.111111

... \1, ··„::: ·· ..";»

111apa z1nic1111ości rRNi\ 111alej podjcd11ostki rybosot1111 dla Fschcri"11ia c·oli

~

·····m:.:...····.

'!.

(<111).11011

"'

f''.l/_!

·.···•···

(1)().(J(l(I

(")

-

.. -

71111.01111

••;•1

."

;~.\

I .~oo.ooo

.,,

··„.

.··...., .·· .. .·

~

gon.ooo

..:u1

1"1·?;.1 !R I I

11

11P71 :11 1 I rJI 11 ł I

' ,,

,, ,, ,. 1.100,000

Jl

~·

..

21

\::···;;.

:::

·..

............ '" „„ .•...•.

\.llllll.llllll

'illll.11110

':.

(Il!

··..

/ 1'

iil!ll!rit

N

in11<1111

N.

<<11111/"I/

··. ···...

.. .

•• · ••••• „.„

'

;. ;. ;. ;.

.

~. ~

.

···; Il

1:>··.::

fl:'!i

I

.„ ( I ·l fT7j 5

...•. ::

·

I I

N !''''1111:1·/,1

-''"""

Jl,·1•1
\\!ll11,,m11·\

!!Ul\

LI .\ut.«1.imt'•

„. ,lnsz,1

l 'I·

(I

!'I

11 I Stntl·tut"I dnt)«>II\Odmva rRN/\ 1nalcj l''"ljctl11ostki 1yliosrn1111 dla 1„·. coli. l(ol\lrat11i uzm.1·

·.

"

. . . " ::> • , )ZVC)C czo!Hl poziom zmienności sekwencji w do1ne11il' bakterii. Kategoria O .~kolor l1oktnwy) oznac·~"~ !)~ ·~l

1„1\l·owicic niczlllicnnc. Katci~oric od l do 'i uhcj11111j:1 .1.akrcs "d puzycp lnmlzo wolno ewol1111_1.1qclt (kJ, _, ' . . ' ' I· I . . ' \V)1 Sl\'pl'I<\ Inr 11ichil~ski) do szybkP ewoluujących (kolor c/.t'rwnnyJ. 1101. yc.1c o11.1ac1.01H' ".n ~H~l'lll ~.1.;11~11.1 .·,·1~ ic.h .,,., · · · · 2c:p .·,, v,·ll '_"l\tlllk{l\v i nic wyk.011:1110 dla llH:h jHHlll:tl'll szybku,'1<'1 /,1111,111 C\\ olllc)J ) ' \V 1\1111\'l Ili/, .l /f' 1 1 1 111 .J't-.i ' . Rysum:I; rcprrnhtkowany 1.a z.grnlą Eur11pca11 l\ibusornal l\N1\ databa,c, Ili l:p:; /nl""nll. tvrni;, 11 ,_·w 11 1 . i.JC<: HOHO/ 1l
F.

,„ t

F.<

''I !l!111.1ml,,11al,1!''''

Plansza 12. I. ( ic11nn1 N.h·kcffsiu 1·011orii { rcpnld11k1i\\'ano z ( ))!al:.1 i in. (.~OO I): vupyrigh! ·.::oo I, i\i\.:\.S ). ta> /,c \V1J(;trzn~ 1 Lr;1g pokazuje pozyrj1· nu!dculyth")\\1 w posL1L·i lil'zhy ;;isad 111ic11rn1cj w l\il'rt111L11 pu.cciw11y111d11111l'h11 \\'skaz{l\vt'I, /.L'gara od 111iejsca urigin replikacji. I )rngi i trnTi kr:1g wska1.11,i:1po1ycj('<11\1' C1dpowi('d11iu 11;1 11i1'i (+)il l. 1 li,yte kolnry 01.11<1c1.a_ją r(>i.ne funkcje gcn(iW. S1r1.alki na ol,1t,'f!.ad1 t'J.wartym i pi:1ty111 wsk:1n1j:1 pu1.)·1jt· gc111)w, tl\N1\. a tr;,y czarne s1r1.alki 01.n:ic·zaj:1 rl\.NJ\. <>kr~ig sz1lsty i sitld111y 01.11~1L?.a,i:1 knitkil' Sl'h\'t'lll'j(· puwtt') \'/tli. ( )srny okrąg pnka:;,uje rnlrliyknic (; nd ( '. ( it·rn1111 jcst w dui.cj 111icr1.c !d1li11car11y z J!.t'IHllllt'!ll N. 1>ro11·0 .. 1·/,ii. z wyj:1tLicrn 1.acie11iuncgn oh~;1.a111 na dole planszy po kwcj slrunil'. (!i) Tr1.y n'J!.IH' lrag11Jc11I)' gclHHl\11 N. n){forit

homologicz11y111i rragllll'lll:lllli }U.'11011111 N. /1/'0\\'rl:~t'f1;i. \Vięks!.fl~;t; )!1'110\V jcsl ol11·L'JJ;1 \\' tc•j !·;a1111·j ~:olcjnrn;ci u uhu gat11nk(1w. ( i{'1n1a i .~rodkow;1 cz1,•śt; ry~.1111ku p0La1.u,i;1 pudzi:il gl'tHiw, odpuwicd11io. N. /Jl'011'1t:f/,ii 11\. conorii. Dol11a Cl.\'~;L: zawier;1 fragment nickodujqL')' 11 N. JHO\!'tL'r'/,ii, kiury wyL:11.11je p1'\\'llL' prnlilliit·1ł\lwu du

tlopasow;111v /.

st'!, w encji I 1111Lcjo11ali1L·J.1 0 gt'lltl I 1·( >!1111:\ J 11 /\.

1·1111/Jrii

(11'.l

lilHL!;l'·I li \i L 1:t1W" nlH1lli·'.Jl1 !1\)1!'

.·,(l

l'!\IMll!

ll~l'l

c;1pl<>n·,

łkrniJ

L~i

•. p ł Fu•; V Hl!.! I łoili I ~O ll !Ul? U -11 -li ··C -·1 !illl>··f LYJB I

tl\llfl".:

!'r·o\1;in:;: !',!

n

rli!Uh~ ~'.

Lr:nv,:th: lb'.:VJ

G

:t1Jl„i\l;J!.!,1',l'!,i!ll t,Olll

li

Ili

fdl ł
!.li'>

(
I i"ill•l

ll\11 !

I'! Ił!

!Jlll•\\,\I

!1

Ilf-\

.lhl

!!_l

,h1n, 1 u!ln11111.1o·:l,!ii>J! l•'•ll lli•lll

!Il !11.!JH\!!1!1

.'ł

J'"'

:1r: .::Jli ·.

1·~ 1 1

Jlll

li llJ

Ili

111

J,lll !

,'! lliE'1lf1l11

i

!'1 n\(·in·:

vd !11,

I •·11·;\h:

H!hh· !.

!t~

l l''

lin1focyl U ośrodków n)z111n:1ża11ia

J! !

Hllil

_I\!

!li!

liml(icyl 13 p 1: tdld llll'<>•li

11r;11111

iJpl,

IH"!

!l

f»! .1

l J /11„! i<

li J111J

l!ll

li11i'll1cytclll"I'

Jll

.li

1

01:111!>l nlh>ffl\Jl.ll!lll1!'ll

l!l';j f.\I!

nktywownnv

I

/I

!Hit 1

I

!jl!h!J.'U

PHll!,(<10'>

J'.1

l oni ,L; !d~'.I ,1fq1 J 1

!Wl!t,:

;·;·

1

!

~;

1\111!·, ·

!.,·nj'.lh;

IW\!

Ili 1dl'd

1101 ! !!'.\!Jl

011·1>

tl!H

L.1!l!-i1 i 11·i tun11 i1

!llMl

Vtl!l

/Il"'

1

ll!\l

!'1111··111,·

1~!

l

o::i

11rn

tM.:

'/

I i:n\(lll:

11\11!11: ::

l.<.>nt'.lł1:

f{! li!

E'r·T

.i

'

'"''' '"'"""'

I I 1\lhl

(H.'.l

rn11

l!!J>

l'.l

LIU Lil Ll\Hl

Ił

nn

f'lh

llll.

l'!'JU',

gl~rn)w 11pnr1nitochondrialnyd1 tfl'IHHlH,)\V zwierzql 11zyskm1e na pndK :.111wit• 1>a1.y ( )( ll{c (rcprod11kowi111
('!

.1>1/

Plansza . . I dla danych o ekspresji gc1H'iw. ZaprL'ZL'\llowano 'I.Wiązki po· . . LU. I I'1cr;1rc Illl"l.llil ana 1·1za s I(lljl\S; 1111 \'dzy ll'mrc;11lli ekspresji w·nów \\' <)(1 pn'ihkach zdrmvycl1 i 11m1·01worowych lillll'ocylt'iw (reprodukowano 1.: ;\liz11dch i iu„ 2000. Nt1!11re, ·IOJ: )IJ.\ I I. z11 zgod;1 N11111re l'ublishing. Uroupl

(a)

/

/

/

6(1Ąll

/ (al

11inln1lHH1kt111H'irk11wy rak pluca 1ak ukn;i.nicy

,.,

6000

"r'

4000

::;

2000

·;:;

o

rak pien;i

j

®

rak jajnika

('l

rz,

o •tj r:::

bialaczb rai: ncrL! ® c1.c1 niak rnk p1o~taty

o,

~

@

tal. ce11tra\11cg<1uklatlu11c1\\'U\Vcgo

-2000 6000

r·

,)

"

7111!

c• I ,, I

"

\

I

\

/

I

I I I \ I \

11

5000

3

I

I

\

I

I I I

\ \

lOt~

\

/

\

r

/

I I

\ \

4000

12

(< ')

3000

\

/

/

13.

/ /

/

M/Gl

2000 1000

sk ladtnv:i drnga

o !1000

··HIOO

6000 •1000

·2000 -3000

/

2000

/„

o -2000

/

skla
/

\

,, I I

„)

I I I I \ I \

(bi

"//M/G1 w:1p1'dczy1111ik korclacji w101-ca cksprc:>ji genu z !Y.,)

Plansza IJ.2. i\11aliza danych 111ikrrn11acicrzowych z. hll linii ku11H.1rd; 11011«1twormvych 1r«prndoknwano '. · su pp ll'llll'lll. ,,L: " „"()1.. ·1 , ·z.i· ·1.go1 I·•\ N·1t111·1· (lnn111J (a) R1.ut da· · 2002. · Nt1lllrl' ( 11'/li'//C'S z: Sltlllllll, . ' i'11l1l·1,lii11« , c• ' , • " • · · ·I · · l t • ,.,„ · · ,,·, c·l·t1ir\•ch IYI"'"' 110Wllt11010ll ych na trzy pierwsze składowe glowne ll\VH ac1J1ia, 1.c pomttlt)' ) ll'rarc 110.11a ana ua sd1p1s, " '. · • _' · · . , . i·k 11 wycli. S i R oz11ac1,aj~1 linil' nowotworowe. udpowicdllio, hanl1.o wra·i.lnvc luh ll"Z han\111 pn111c !hl c cvtochalasi11 I)

„ ··

Plansza IJ.J. /\11~ili1.a d:111yd1 111ikro111~1t:il'rzuwyd1 dotyc1.:1c)'Cli cyklu L(11\1t'irk()\\'L'.gu droi.di.y wvkrn1a11;i ;_;\ JIO!liocq 11wlody SV!) (reprnd11Low:1110 z.a zgoił:\ z: ;\ltcr i i11„ 2000. l'rocl'l'di11gs 1f1/1c N111i„11,;/ ,\«11d1•11/l' 1fS<'i1•11cc1 /IS.·\. 97: 10101--(>. rnpyriglil :!OOU Natiu11al ;\cadt'lll)' ol Sci«lll'l'S, 11.'-:,\). (a) fvlikro111:1ei 1':11 ,·ykl11. Lt•lll' punkty I<' ic:prcz.rntujq: M /U I l;olor i.1illv, U I kolor 1.icl1111y. S kolor 11il'liicsLi, .\/
Modele ewolucji n1oleludarnej (i>)

()

=

·'<'.

n::

C:11

C:

(l

~·-·-,·--··-~-·~

Streszczenie

,,,.!

10

f, I /, 11 "(L')

:''.

(>()

Modl'il' cwolm'ji kwas
LU. Mrnje!e ewoh1cji sekwem;ji !cwasów rmkleinowych 4.1.1. Do czego

są

11oh'zeb11e modele ewolucji sekwencji?

() ()

10

\iczlrn p\)l;1czd1

I " 11· 1 w hJ111tirkad1 droi.di.y ( rl'prml11kowano z: .k< >11g i i11., 2001, 1 · powt · Iy110.1.' I11,I·li·\(), k'1ż· I" 1' ti)' W<>/ cl l'l'f11'l'.Zl'llll'IC ' ·,.• s,1. '.. . . . . .. , N111iti«'. .111: „11 -'·za i.gol •I dlt11c 1"'1· ·· t . . . t>i'1lh1--hialko. Oddzialywa111a 1.11k:111ylikmv,U10, . , „ . . . I .. 1m1t·dv11cz•· rn t /.Id yw.uut , , . . t· 1·l •cJ"l d« poL\t"/.t'llll' ias Il J'lll.l.ll Ili< . . 1· t . w1·1h re11rl'1.c111111c cieki wywo ,111y t c c ' _ . , , ·t . 111 u dwu\lvhrydowe1so. \.O 01 , · { · , 1,,„·1.ys1ai'I" 1. dro·1.d1. ' 1111 lid " · . . „ . . . .·'li, dl'i\I 11 icz11a11vl .

i'lansza

. .. IJ·

llld ,o ' d " ' u„I . 'I apa (ll 11 ( 1·1''il)'W'lll (.' ' .) ' , ' I· N· ·· 1'11bl1>;1!111" '""'Jl. I\'

:;pnwolllll'.llll' \\/.IOSlU. /.O

)

,

-

Za każdym rnzl'm, gdy dysponujemy dwie1na podobnie wygh1daj<1cyrni sekwencjami, nasuwa si\.' pytanie o to. jak bardzo n'i:i.nią si\: one od siebie. Mo:i..emy n'iwnic:i. pytać o inne rzeo·.y: „C'l'.y ludzki gen hardziej pP.ypo1nina gen Sl'.yrnpansa, czy 111o:i.c goryla'!" lub .,Jakie jcsł tempo podstawidi w genach ludzki111 i szympansa od chwili, kiedy rozeszły si\~ ich linil' ewolucyjne?". J\hy 11H\c odpowiadać na tego typu pytania, tr/.c.ha dysponować ilościowym 111oddc111 ewolucji. Najprostszym sposohc111 \\')''1.n:tC/'.enia odległości 111it;dl'.y pryciJ wysqpily podslawic11i
4.

BB ('1)

i sekwencja O j

l sekwencju

1

!

'

I _kzha n'li.niqcydi sil,' po1,ycji /)

Wyst:1pilo jcd110 podslnwidw." jl'dn:1 n'ii.niri.,· 111it,'d1.y :;d~we11 c_iami wil'11ii._'

,

i (j

(c)

\ (j

: ('

sekwencja 2 '

I: 1\('('T
jesl !"(,)\\ltlłl

(li)

1\ '

4). Modnlo ewolucji. :rnl1wem:ji kwasów n11l1lninowyclt (d)

'

('

WysU\pily dwn

pudsln· widal· tylko n'ii.11it·1; rnkdzy

wk·ni:1 jedną

svkwc11cja111i

"\/IO

Rys. „1.1. l'odstnwie11ia w dw(il'\1 s,·kw,·11cj:wli wywod1.:1cych si\' od ws1H'1i11c:»" pr1.rnlk:i

w spns<)h przypadkowy i w staly111 lr:,111pic, wi\T średnia liu.ha podstawicti, którr:, wystą­ piły w danym okrL~sic c1.ast1, h\'.d1.ic propon:jo11al11a do o.asu /. kd1100.cś11iL'. gdy I jest małe, mllcglość 111i1~d1.y sekwcncjarni. /),powinna 1.wi1·k::1.a(' si1: li11iowo /. o.asem/. Kiedy uplyniL: wi<;ccj czasu od ro1.cjścia się linii ewolucyjnych sl'kwcncji, wtedy rnoż.e i.darzyć si.;, ż.e na tej samej po1.ycji wystąpi wi1.Tcj niż jcd11u pmlstawic:11ie. Przy-

padek wystqpie11ia dw<\ch podstawie i\ pu.edstmvio11u 1w rys. ·I. I (c ). (Idy pon',wnujemy dwie sekwencje 1. dwóch obccniL: ist11iej;1cyclt gatt111ków. wid1.irny i.l' si\.' r\1ż.11i:1. jednak jesteśmy pr1.L'świadc1.cni. ż.c wyst:1pilo tylko jedno prnlstawicnic. Na rystll1k11 'I. I !d) pok:m1110 pr1.yp:1dL'k dwóch podstawic1i (I (i 1ia /\J. ale 1.auwai.111y. ż.c ty111 ral.L'.n111ie pr1.eloi.yly si1· one na widnc1.rn1rói.11iq:1ni,·d1.y sd:.wcncj:t111i 1. nhcrnic istniej:1cych gatunków. I ,ie1.ha widoc1.nych podstawie1i llli1:d1.y dwiema S<'k wc11cjarni jest 1.aws1.c mniejsza od lici.by podstawieti, kt()re w rt'.ec1.ywisto.~ci miały 111iL:jscL'., luh n'1w11a tej lie1.hie. '/,tego powodu w dłuż.szych okresach c1.asu I> i.większa si1: wolniej niż. wynikalohy to 1. linio· wcgo wzrostu obsL'.rwowancgo dla kr(Jtkiclt okresów c1.asu. kśli okres o.asu ml rozejścia si1: linii ewolucyjnych sekwecji jL·st skrajnie dui.y. 1w k:ri.dcj 1. pm.yeji wyst:1pi:1 liczne, podstawienia. Sekwencje stanq si1: wtedy calkicrn zra11dotni1.ow;u1L· \V1.gl\,'.dclll sekwencji pr1.odka. W dopa:;owaniu dwt1ch takich losowych sek WL'ncji 1.awil'l'aj:1cyc11 jednakową liL'!.h\'. każ.dego spośród c1.tcrcch typt'lW 1n1klcotyd\'1w rfo.nice wyst:1pi<1 średnio na :l/4 pn1.ycji. Innymi słowy. widkoś( /J 1rnicu.a do .\{I w 111ia1\'. jak dlugu:;c· ,,kresu czasu od ruzejścia si\'. linii ewolucyjnych sckwt'.llcji staj,· si1: hard1.\J duż.:1. Prohk111 1. wykor1.ystywanicrn wil'lkości I> jako 1niary odlcgo:ki 111i1:d1.y sekwencja· 1ni polega na ty111. 'i.e ;miany f) w n.asie 11ie 111aj:1 charnkteru li11inw,:g(1. Byłoby lepiej, gdyby dysponować talq mi:tr111 or:t/. U 1i:· 111i1:d1,y sckwenl·j:i pr;,odka a sckwt·1wja1ni ohl'('llic ist11i,'.i:1l·ych gatunków. ·i.ycic hylohy prostsl.L', gdvhy udkglo::1'.· ll!icd1.y I i 'hyl:i pu prnst11 sumą mlleglo.~ci n1i~· d1.y /\11 i /Jo.» czyli /111 1>111 I nil." (!dyby to li\'iO pr:1wd:1, 1:1k:1 n·cii\' wy;.11ao.011ych udleglości 11a/.walibyśllly wla.~11iL: :1ddytyw11u:;ci:1. kd11:1k w pr1.ypadku. kiedy /)jest po pn1st11 rnl.,l.'lkic111 n\ż.11yl·lt pu1.ycji I': dopas\1w:111vc·lt :,('Lwe11L'j:1d1. taki1: odległości nic h1·d:1 ;1ddvlyw11,;. '/.wyk le- udk,1!.k1~L' iJ 1, l•<:d·1.i1· 1n11i,'.j:;1.:i
B!l

(lei, W()/.Wal:i „ · c 11 dJlydlllL'.Jakodfcohcw 0 I llL\JlllC .icst ok1\•slo11a para SL'.kwc11c,11. VI/ odrói.nicnitl od ini·ir; /) : li· . , ,„ '. ' ' .\ . IVIC \l,\Sl' d lllL' W"ll'1I"' ' . I I I ' , z porow11a111a pary sekwcnc·ii hl· . 1 • „ . . . . ·' ,,i JL< 11:1; 11·1posrcdnio . . · ··''I.O ldll.ylllV fHlilll.CJ IV ·'i , . , · . 1 korncczne ,1cst stwor1.cnic od pow i, 1 ·, · · · l li \\,\'/.ll.J<:/.c111a 1.v1clkości d , , CL 111cgo 1110(1cli 1 L'Wol11cji sch i • • „ ( )proc;. JHll'l1w11yw:111ia inr s ·I· , ... „ .· . " • 'iu1e11. . . · ' ·' '\\ LllL p, 11101.1w poro\Vtlyi „ : „ 1I. · v.i~ " '· !~l'llJlY spokr,:w11ionych cwolucy,1111c sekwencji. N·itt1l"ll , · . . . I . ' ' Il) 111 spusu 1)('\li pr1cdst ·1w . ,1cst l r1.cwo lilogenl'lyczne Istni"· 1. „ , · • ' ll'lllil lego pol;rnvil'ii.•;lw;1 . . . .. · · LJ•I 1c1.11l sposoby wv 111 .1 „ . ·• 1 . dr1rw. Z:ijini,· · my s11: 111111.1 hli1.cj w rwd; '\ W·;rt 0 . . · '<1..1n1.1 111,1ch 1u 1c< 1na'1 1.:111ważvć ż. „ , . 1 1 · . · · „ ' · • drzewo. klorcgo dlupości "'ii\'/·1,„ . ·. . " · .l Cl.\s o L' IL'e111.v \l'\il.ll.,u (LO l\lWllil'/ 1,1·.J1.1c· ,-;;r;.,·. . " o ' VS)lOilllJi)C lllOdl'lcill il 1-' . · · . ." w1arygod11ość hipotc1.y il' 'tll'tliio ·, · < ,·,L"l\lWyin. 11m1.c1llv \lhlil';y,• ·. · , ' ' · WdllY /. 1)Jor sd wctll'J. i L'\\'l I . I .· ·. ny przez wybrane dr1.cw\l li I< , . . ..· . ' ". ' uow:1 w sposoli opisvw;1. . '1:-tlle 1YL1.11c. J\1101c11 1y /'tlen 1 11„ 1.1 , . . · 1a l1loge11dyci.m· IJ't j) trze11. . . ·. · " .1 OSL'l\lWac :ill1'r11a1vwnl· .. . I • ' rn 1s 1<1w1c porow11:1111·1 1l'1 1 w;ol, I11 · · · . · . '"· \' c1 w1ary1.'.od11osci. Drzewo li loPenct Y<'Zllc 0 1 ,. . . . .:· · Liii.rnowulL' cwolucvp1L· 1, 1.iT I· · 1 . I SC\We11c1a1111 !~crniw. C11·sto 1·ed1nl· .. " . ".· . , •.!· '' 1111\'L ;y a11:Ji11.ow:111v1lli · · . ' · · . ' 'p11.yp11u1c1nv ze to '"t 1 I me zwi;1:1.k1 cwolucvjnc i11ird1v '" t 1·: . . . ·.... "' i io l 11.cwu up1s11.1c j<'dnoc'l.l's· , , ., .. ._ „„.i u11 "111ll, I. ki()rycli 11u ·11 011 I·. J·. ·1 gcnow. j',aklaclamy tyrn S'illl"I .· .. ·: . . · c •1 o \\Cs 011\' :ą·kwencjL· , I , . , , .> li. l.c 101.111n~ llll\'d1y '"tl111 1i" . . . mą:( zy waria11la111i 1c · s·iin<"i „ . . „ . " ' b' sq w11·ks1.\' 11i) nJi.1iicc 'dllll 1 1 ' . ··' .·'"'\Vl'llL'JIW\ISł\'!lllJ''I .. nic ma w11.:kszc!!O i'.1J:tt'IL'lli·1 i't .. ,. . : . . ·!'._\ 1111 11 lLg\1 s:11ncgo galu11J..u. /.ak111 , I Ia1tL'i'\J atu11ku " . . . , . ' u1 )' I. waria11tow ''"'"'"'11\·1'i i'1 I . . l.mal M, I ·I, · „ • · · Y lll'l'l.c11 11· 1:1k1l IL'pn··„,·11 11 . f,f' . ·~ c· . I \ ' L cwu 1uq1 .sckwcm·1·i Il . . . . . , ZlC 11110\\l:Jlll' j)O()l'/e/ \\'"i"·' ·1·· . " . ' l l l \ \lllldWiillllY \V l\'111 l'\l!.d1.i·1k ""I · · ·' 1.ti.111 '1 tempa podst· 1' • I' I · · · ' · "" ny, bedqcl' ko11sekwe11cj<1 ut1w·tlc1li'1 \\' ,I ,l\\.IL 11. lH st:1w1c111:1 Il' l'L'Jlrc1.1·11t11j:1 ;'.111i;1. wyst· · · · ' · ' · popu acp wvlwrnyclt \\" : . · · 1 · •IPIL'111.a 11111tacji w 1101·\'dVn .. .1 . ' · .1.i 1.1illo\\' :;e.'w«11cji. :1 11 ie . " · l I . . . Ll.yl I ~.c 1'''1t·11q·ll'li Si ·1 1I . II . , I . · )\\"tll'. .. · .· · ·' · · ' " ww „osi· ws ;;11.11il..1i11· l\'lllJl'I I Olstaw1c1i .1·cst dl'tcr I, . . I I ' . . 111 1111 . ' ,1 pt ie; pro Tsy tycznego, kt
.„ ·,

„

.

..

.

•

Modelo ewolueji snl
91

'IO

:;y:;tc111ach wy:;\lkiL' on·ny punkloWL' u1.yskujq te pary arninokwasów, kt<1re sq ezi;sto ;,i<'iiiL· wy111ic11iarn: w toku ewolucji. lh'.i~:ki icrnu najwy:i.L:j ocenione dopasowanie t y111. klLH"L' z nvolucyjm·1•.o p1111kl11 widzenia jc~;l najhardziej u1.asadnionc. Ostatnią tq'.o ro1.dzialt1 poświ1:can1y rnaciL:rzoill punktacji pods1awici'1 aminokwasowych. l\01.d1.ial ninicjs1.y u1nicścilis111y w pocz<1tkowcj c1.~:ŚL'i ksi<1żki, howicJll jego tośc' st;111owi 11aturalnq ko11tu1111acj1: wst1:pu do cw1;lucji rnolckularncj z rnzd1„ 3, a i1· dl:tt<'!'u. i1· 11:1 jego jHHłslmvie 111o:i.na rnnówić kłuc1.owc w hioinł'ormatycc wv111;1,·1:111ia dopasowyw;111 s1.'k\w11cji trnzd1„ (1) ora1, ll:clrnik analizy troi.dz.:)). 1'011icw;ri. ro1dzial zaWiL·ra liczne wzory i !ll'!.cl;s1.taln:11ia 11iatcn1atyc1.11e, nic. kt1ir'l.y 1. c1.yt1•l11ik1iw ·1.cchq za1w\\'11e po111in;1(: takic tr11d11ic:jsze l"ragrnenty. aby powr6~ 1.-H: do 11ich po"i.nic·j, po 1.<1po1.11a11i11 si\' w kolejnych ro1.dzialach 1. konkretnymi zasloso.' \\ :111i:1111i 0111awi:1nych 111 1111Hkli 111ate111alyo.nych.

··

RAMKI\ 4."~' HOZWll\Z/\NIE IVIOOELU ,,rnu:SJ\-CJ\NTORJ\ Rozwa:i.111y pojcdy11u.:1 po1.ycj11 w sekwencji. 01naczrnv pr; 11 !'· ( „ . , . ka pnzycja jest 1.aj111owa1rn prwz 11ukkotyci i w LTtsic; po;~ w·1;:' '1)· I" .i1~dopodob1cns1::·0. ze ta\V czasie O iw tej pozycji hvl nukkolyd i Prze; . ..''. · .. · .... ' llll dl'lll, z.c W sckwcnc,11 przodka , . . , · · ·· · 1 O(d/. .I 01.n.iu..1111y lu 11uklcotydy J\ c (·I I1T p . ' ' ' li · 'Ysu11ek w ki1'iry1n pewna iJnzvci"i z. · „ . „ • , „..J.~ iluslnqc 11 · , I przypadek. „ · · · · ' • ",11 111 mi.in.i pou„11 1 dJll'O pr1.C1. llllkko1v I 1\ za\V1cłil 1111' col.\< I\ po C/.ilSll' f onv. 1111klen11·d ·. · J1( ' ' • IL J·., dni Idcno odcml"I „, . ) I' 1 \ po up I V\\ .·, dobicil:;lwP lakiL~i sytu·H:ji (?dellu· .· ·) . . . · :·, \• L:t,.tsu I. rawl opo. .' · ' · „ , " ·11 O/.ll.JC/allly pr1.ez l',\A U l·S!) i 1110żc111, ·c · · · „ -. -. . . prmvdopodoh(t'llslw po wszvslkich u1ożliw1•cl · I Vl I·,ie·I l, Idnie . . Jllooly wvsl . ) 'I) J. ;,"l"'"LJ.Jko su111r . . . · · . l llll 1·! \ Ul wczasie I . .ksl1 IHildt·o1vde111 /; .·· ·1esl (,., to 111·111J\' „ I. I l . .. ,„ · („! )\· :"'' , . • • . I' 1.J\V{op1H0Ht.:Jlstwo/) · \"' · ·ll.l · , lcJ pozycp · · na IH"lt'/, prawdn1)odobk1\s111•1 . .l«lllllillla . i\( (' ,Il'\ ze J\I I' JCSl ' C w c1.asll~ I po11111n·i.ont· . , . l ll'I\/ ' /.t' . I·\\y1niema11L~ .' •' ' .· .Il. W podobny sposoh podd1od1.ill1V do fll"l\"Jl"ldl 1i1,1 , 11 01.. ·I '· „LJL /,Il w 1 r1u, ..is1e I · . . · ·. ' ' ·" ' Yl ' ' ' lo ( •, luh ..I. 'W oslal!lin1 ,. I lai, g1 )' /, o1.11:1c1.a uukko1yd ,\. rna111y prnwdopodohie1is1wo /' (!) : ' 1·1, . I I ·)I"' pn czasie I plllllllO:i.1J1\\' przv. prawdopodobic(islwo llll' col.yt _A wpo1.osla[e · · ż, .c 11 ." , .. z.is;. ,.<\A. o 1..1111c 1• /.t pmls1aw1e111c iir· , I· ·. i\ I czasu 'I. \ . w11. ,c. Jll .awc IopodolHrnslw .. , . ) I .:1c1.nc tempo prnblawi„·(1 ·1·cs1 · r
1

,

',

,

••

••

„

l'-l:1jp1w;l:;1.y lllndcl L:wolucji SL'k wcncji został oprncmvany pr1.c1. .lukesa i ('an lora (I „;tqd \\" dals'/1'.i c11·sci m.11au.any j1:~;t w skr cpu11i. I>. jest wy111ao.a11y hczpośrcd11io 1. pmów11ania obu sekwencji, jednak nie l)(I-; 1.wi1·1'l'iL'.i,· liy,; 1.:1111iL·11.1011y n:1j1.·dc111. tu.L'L:lt ·1n11ycli, a zatcrn rnllrnwitc tempo jego wymiany j1·s1 1'udst:1w.1c1i pr1.cz dlug()ś( okrc:;u czasu. Na rysu11k11 :.1.1 (a) dl ugość okresu czasu mię' d1.y s1·k wc11l·j:1 pr1.mlk;1 a sc·k wc11cja1ni oliecnic islnicjqcych galunk<')W wynosi I. Zatem lqo.11<1 dlugrn;ć okresu o.aw. w kt(H'y111 sekwencje mogly ulegać zrnianrnn, jest równa 1.1. i )':l:1lec1.11ic· wi<,T średnia liu.l>:t pmlstawie1\ na pozycji· w sckwc11cji In

.lml1 J /'/\/\(I).

111iały

wy1.11ac,1.yć śn·d11iq

pomno).yć

(4.l)

t"/:IS

li

Rys. ·1.2. ll11slraL:ja pojcdync1.cj gal1,zi rodowej. ktorn w_yk
k

czas

I

w 11i11iejs1,cj ranH.'L'

;\

Dla malych wartości 81 wiciHy, że /',\;\ (/ 1 ,\/ J /' , 1. . ,\/(d/1\1\/dll(por.p.M.
·'

'

!\,<\.

d /',\,\

(·lJJ)

d1

Wie1Hy "'"wnici.. I';\:\·co Jl" pnislll oz1wc1.a. ii. s1l111a 1>rawdo·· podohic1is1w ie/ ·,„. :i.c -, /',\t, ·I /'··.11 .• ·I· I',_\I. . .unym1.1111\l'Olydo\\·('
•

V

\V 11rnkt.\'l'l' r1.<1dko z1ialll)' 11idkości / lt1b cv. Dlatq'.•l wy1.uac1.c11ic d bezpośrednio 1(11v11. (.. 1.1 l 11ic jesl 1110).liwL:. l\111 11iL·11111iL·j llHlŻ.cilly ohcjśL' IL'.11 prohlcrn, prowadzqc 1Hl11"1"·inl11i,· 11>/.lllllll\\':lllic'. W r:t111n· ·I. I wypn,wad1.ili::1ny z:ikż.nw:c' opisujqcąjak war·

i\

••

1

•

'

·'

•

d /'„\;\

di Powyi.!):r.e n'nv · · . /.d\\ . , · , . tylko.1cd11;1 . . „' zemy WSl\'Jlllil'lldlllL ,. -. ', lc1<1 „ . . n1ezna11;1 . . · 11 ·Y.M' · '' .ll'g" rozw1:11-allll' ma 1 1

I'. , , . , . 10 1csl dosvc. !'rosie' .11110 . (Il 1 \, 1 „J"i 1• · . · . ·I >. gdz.1c ,\ i li s:1 11wie111a s1aly111i. ktiirc naki., wvwm·i , ; . 1 . . 7. prnccdur:1 opisauq w Jl M}f -, I I· .ie.\\ sl,rn '".l·IC Io p1ob11c roz.w1:1zn111c do niwn. (d.7l, z.t'.1Hlnic . . '\I l O( .il ,u llJail"111alycniy111, oka:i.c si\'., i.c n'iwuanie h1'dzic spc:lnioue i't111kc·l'

.I.

/>

posiać· /'

,\,\. ''"' 11.1n11.

„. -. '. · .:\.\

tos1· Il 1.111il'11ia si\' w ci.asie: /)

\

\

I

I

c

:~1n

(·l.'i)

.

4. Modoln ownlucji 111t

!l2

(IWolucji sokwrn1cji kwasów nukleinowych 93

dla fi ~· I /·L l'rzyjrnuj;1c jako wan11wk jH>G.'!lkowy /'/\/\ (01 ostatecznie rozwi<11.a11ie111 n\wn. ('L7J JCSt

I.

, czc.~nicjszych obserwacji. i.c poc1.<1tkowo f) rośnie li11iowo /, c/.asc111. (idy 1 jesl dt1żc, staje zaniedbywalnie 111aly i f) zmierza do .1/•I, lak jak oczekiwaliśmy wc1.c~nicj :V rn1.w;~),;miach dotyc1.qcych dopasowania sek wen ej i lusowych . .z Porównanie zalcznosc1 ;v1elkosc1 n 1 d od czasu pr1.cdslaw10110 na rys. '.l„lth) . zauważmy. 1.c w row1i. (4.1) 1 ( 1 1.2) /.arowno d. _pik 1 [) sq lu11kcp11111
1.11ajdujerny 1\

~;,łon wykładniczy

.l .t,n I l . .1c d

'/, uwagi 11a sy111etrię. 111mldu, /'('('(/), /',·,,·,(/)i i l',,r(I) s<\ sobie n\wnc, zate111

l'n(I)

sq niw11c

l'/\i\U).

Rr\w11ici.

l'N;(I J

I

:1 t I

.J

/'/\,\U))

·I

c

·lrrt

I· (I J •1 /' ·(I) Jll'!«dstawiono 11a ryi;, .1,J(a), Wartości obu t'unkcji z111icrzaj11 Wykresy I.u11,cp 1\/\ /\\ ·". . _ · . ·" , , •I· , ," · · 1i wa1 , .tosu '" lZ,1s „ , .111 [)zil',I<' sii· tak dlatei.ne nukleotydy Jl'SI rownc 1'-1l'awdo11odolnc11stwo, z.e Ila ruz,w.iz„ll\\J poz.y J , · ·i " 11 <11 W lt'll s11
-'

:

,

In ( I

•I .\

/'

„

i

si1~

:::-

:

•

.

•

,

:

·

•

IJ)

gu I.

I 1..\)

'

co po podstawieniu do rów n. (·-1. I) duprowadl'.i do

"

"

.

,1

ihJ l.·I

1,11

3 111 ( I

·_I /) )

I

.1

( 1„1)

,

To najwai,niejsze r(>1v11;111il' w tej c1.1·ści ro1.tl/,ialt1. [Vloi.l'1uy na jL·go podi:l;1wi1· •1h liczyć otlll'glo.~ć cwolucyj11q r/, na kltircj 11a111 zak"i.alo. 11<1 podst:1wic warlo:;•·i I>. Li\'ir:1 możemy wy1.1wc1.yć hl'/,Pllśrcd11ill 1. dllpasowa11i;1 1:ckwl'11vji. /,;1uwai.111y. i.,. 11· IL'11 :;pllsób do określenia d 11ic pulr1.chuje111y z11:1ć ani I. a11i <1'. Wielko,(ć ,/ jesl 1.11a1l:I j:iko odległość Jukesa-C:mlorn 111i\:d1.y sek\vc11cja111i. f\la rvsu11k11 Ll,.I pob1.a110, w j;1ki :q10 sób wielkość il 1.alei.y \ld I!, Jeśli I I jL'SI 111:de. r/ I>. ( id,v jcd11;1k I! I ' t! .\lpodohic1i:;l11':1 wys1;1pil'11ia wi,· lokrotnyclt podstawic1\ Il:! lej s:llllL'j jl\l/,ycji w sl'kwencji. Odlcglo.~L' t'Wolu,·yj11a rn.<11ic do niesko1iczoności, gdy !J 1.hlii,;1 sit,~ do 3/L l'r!yklatluwo
d(I)

4.1.3. Bardziej złożone modele~ ewolucji selnmmcji [li\lf\ f:'.

CL

ll,2

• _t

--~ .L~~ .. _l

t .2

. ---L

I ,i>

2,0 at

R.Ys. 4_3. Ro1.wi:v.anie rnndclu Jukesa l 'antorn w funkcji cri

dla

/'A,\ (I). 1'1\f'(I ).

I )(I I or;rz.

,/(I)

podanych

Model JC jesl 11ajpro,-;ts1.y111 spo.~J'\id wiciu C/.\'Slu .\los1•wa11yclt 11· lil<'f.'.<'lll'l_\'«• llH>kku larncj modeli ewolucji sekwencji. ·1:1kic tnodclc l<'rnp:1 IH1d:;l:1wil·1i s:1 11i<'1.h·d11c 1111.y wyznaczaniu odkglości nvoluL·yj11yclt wykorzystvw;111y<'li j:1k,1 <.lam· >\\'(' 11· 11IL' lodach odlcglościmvyd1 (IHldrrn'.d/„ ))„)). :;1a1wwiq t;1ki.c: po1łs1:111T 111ctud 11a,1wi\·l,::1cj wiarygod110.~ci (podrozdz. i).6), fvlotkl te111pa pod.•;tawil'ti jest okn·ślo11y [>l'l.t'/ 111:ici1'r/ wska1.nikt)w tempa podstmvic1i. w k1tircj po1,;1di:igrn1:il11c «kll1<·111y r;; cliar:tl;tcry/,llj:1 lcmpo podstawic1i nukleotydu j (r1.:1dJ ·t'.:1111i:1sl lll1klcutyd11 i (kolu11111:t). ·1;11„1 111:ll'i1·r1 dla rnodclu Jukc·sa C'a11tora wyglwla w 11ast1·1Htj:)\'\' spwlil1: i\ (i

,, . - . li I · „ . . . · ' t._l"l)dwon1a CIdy I jest hard/.o 111ałl:. 111oi,c111y /,;1slqp1c I u11kqr; wy\ at n1~1·.~:1,„~· I ll\\llL 8.~/. Dzigki · , , ' . ' , ,. , · S/l'J'e<> jllll\«1owy. lj, t pierws1.y1111 wyra/,;urn JCJ io1.w11111c1.i ,,. , . c· i: . . , . I",1tY, , tnsf.ych , Il, (I" , 'I) /) (m'/, UzvskU)\'lll)' i'.
(,

'I'

;\

(i

('

T

_\(\'

O'

li'

(l'

("

:\u'

(\'

(\'

(\'

(l'

(i'

,\{\' lt'

(1

I !

1111

(\' \11'

Ucme111y 11;1 gk>1v11vj pr1.ckqt11cj lll:tl'itT/.y. r 11 .111;1jq uj<:11111q 1v:11tu:„· 1 :.:1 J'.'.\\'lll' •"' ,1,, hc1.w1,gl1:<111cj 1:1\'/11\'11111 1L'lllp11 pod,sla\\'it:1i ii<>W\ll11v:!u 1111k1,·,i11d11 .1111i:1·.1 1111 klco1ydu i. l:1c111r')!,O lt'li1pa podsl:1wi1·11 \)(IP'''' i:1d:1 ::t1111i" po„.o:d:i!, ··11 "'"''"'·11

War!o.~ci

Vviclkoś'"

~

J; l

Modolu owolucji f;ukwnncji kwasów 1111klei11owyc1J

l
lejne pararnelry 7111. JTc-, li<: i n,„ kt1)rych wielkość odpowiada e1.t;sluściom wyst\:powania ;iszczcgól nych nu k lcot yd(\ w:

11

d l';j

di

J\

l'()wvi.sl.LI n'>wtianic 111oi.c 1.osua:· wyprnwad1.onc w podobny sposób, jal~ n1w11, i 1.IJ)) 11·.r;itllt'<' .1.1. l·'.()/Wiq·1.;u1i:1 w !Hlslaci l'unkcji I'; i UJ moi.na wy1.nau.yc dla Lidi ;;q>n'./.t.•11lt1wa11ycll p<11li'i"'.i llJ()clcli lc111pa podstawic1i. ,. i"!ii·co IJariU) n'/.tlac;; 111 y jako K~'l'. l'onic·wai. 11' an;liizic r1.L'C1.yw1slych danych . ""i, -1 . 11.1,, ' :,c· ll"lll'IV<'.I" wv:-;1,·1rnj;i L'l.\ISL'iej 11i·i. lr:111swcrs.1c, ' Wl\T w niodl'lu K2P \\li Jl " ' „ 11 1 ' /, ' " ' ' ' ' , . 11 prow;;dirn.10 dil':< p:ir; 1111 L'lry <<' i /> cllaraktcrywj:1cc, ()dpo,WiL·d,1110: c1.11slo:c1. lra'.1.zycji · i tr; 111 :.;w 1_·rsji. 'vV og
.'.fJ

(I'

(;

(\'

(;

('

T


t>

fi f!

- 2fl

-(<'

('

/I

II

T

/i

fi

fi

u,

2/1

-o'

<<'

(l'

„.

2/l

111 ,Hl,11!1 moi.,·111v wy1.1wc1.yć w1.<\r na odlcgl()śc' cwolucyjnq. Dla danej pm:y :«:kwciicji 'wy;.nau.: 1 si<,' ()ds<.'lt~k IHJ/,ycji, na kt,j<'dy11c1.<1 po1.ycj\' w sckWl'llCji [() 1 )1; 1 le!'.''

rl

2S

\i)

I

·I

In( I

.2 \i),

(4. 13)

Ti\:Śt' 1.:idania .1, 1 pod:111cgo 11a ko1\L'l1 te120 ro1.d1.iali1 1.awicra i11J'orn1aL·jc przydatne d<1 wvprow:1d1.enia niwn. (·I. I_\). , ' \1_' . . O, Odle-'ć 1>la par)' s 1~kwc11cji n:i rys. •.I I ( a) 111allly"' .(J ,„c, • I , i /) ,., d rod1.aj11 ui.ytcgo rnodt:l11 cwolucy_p1cgo. Jednylll I g,low'.1~ch. 7:'\ . l< >"< ,11.. 11·1 ()l\1'\11•· <1<1 lt"'" ci.ule'. na 111ew1c 11·1:1< -· ,, • ,„ c»l11 ·· nH1!•:1 -~ hy"· · hanl1.<> _ . - · i· 11 , 111." 1 ;.rniai1v 11· 11Tj~"i1>11·v1:h 1•dkglu:ici:wl1. Dlal<'go, 11·ykor1.ystup1c
()

c

T

:1:

tYn·
/JJT('

/-inT

JT /\

* /!Jr" fi JTu * fl7r(;

CYJTT

(;

l.Y

('

f!n11

T

/III A

IYJf(,

flTr·1

(4. 14)

*

PodolmiL1 jak w pr1._vpadk11 wc1.eś11iej 011wwia11ych rnodcli, ekn1e11ty na gJ,\wnej przclqtnej (oz11ac1.011c przez :1:) 1naj<1 ujc11l!Jv-mc co do wartości hczwzg11:dncj su111il' po1.oslalych clcmcnt1)w w tym sa111y111 wicrs1.u macier1.y. Funkcjc prawdopodohic1i:.;twa podstawic1i dla rnodclu I IKY 1naj:1 takq wlasność, i.e dla hard1.o długich okrcs
Oznacza to, i.<· dla duwolncj pary starn1w i oraz. j liu.ha podstawic1\ na pojcdyncz:i po1.ycję w sekwencji w jednostce czasu jest taka sama, niczalci.nie od kierunku hicgu czasu. Wynilrn st:id, ŻL' dla dowolnego czasu t mamy

a laki.e, i.c c1.~'.slości nukll'otyd(>w pozostaj:i w przyhlii.cniu stale w c1.asie. W Jasność odwracalności w czasie rnodcli cwolncji sekwencji jest istotna w metodach filogene1yc1.-

nych, gdzie niemal zaws1.e zaklada si\: odwr:icalność ewolucji. Ogólny model ewolucji odwracalnej w czasie (a11g. genem! time rct'l'l:l'ible, GTR) jest okrcślony przez 11nst<;~pu­ j:1c:i 111:1L·ierz wskaźnik(>1v lclllpa podstawil'1i: ;\ I'

\)

(.

wy1iil..s··i·1 r11't'i.vwi:,l1'<:h :.ckwcnq1, kinra llll'.l<'Sl 1111"1.gl<,1ii·v·i.s;.y 1·h modeli. jest to, i.c l'!.\~stości wyst1~pmva1l1:1 w sckwc11c1ach c~tc1ec 1 YI , ' ' 11 ic :-,q ~t>l1il' ' . I lascu,aw:1, I'' I. ' V ( !')"">) OZJl'\CZaJl\ inikklltyd
J\

T

i\

(_j

('

ol:

{\'.'\(jJr(j

ff;\('if('

*

IY( ;1 ·T11'

U'( i'{'ll"r

:j:

11('TlfT


*

(\' ;\( jTr i\

ll'N ·n,1

ff(



j('jf(j

T n'11T7l"r «I. I 7J

Podolinie jak po1Jr1,L~d11io, ckrncnty na glWlll' cod() wartości lwzwzgl<;dnej su111ie pozoslalych ele111L1nltiw IV ty111 sa1nyrn wicrs1.11 rnacin1.y. Model GIT( 1.mvicr:1 cztery pararnt~lry charaktery1.11-

9G

'Modnlu ewolucji sekwencji kwm;t\w 11111\luinowycli !!7

jqcL'. C/.~'.stości wyst1,1mwania nuk lcotydów (podobnie jak rnodcl 11 K Y) or:i1. sześć paru' metrów, ko11troluj:1cych tempo ws1.ystkich mo:i.liwych rndzajów podstawic1!: cvi\G, ai\C itd. Dla każdej spośród mo:i.liwych par nukleotyd\'1w, clemc11ty n1acicr1.y spclniają n5wn. (<-l.15 ). l'onicwa:i. model GTI{ ma wii;ct.;j wolnych parametr(iw ni:i. wu.eś niej on1<)wion modele, mo:i.c 011 opisywać ewolucj\'. r1.ec1.ywistych. sckwc1Kji w sposób bardziej uv··.iv·.,,;i: .. \ klmlny. Wszystkie wymienione tu moddc definiuje si\.'. za pon1oq parall1L'tr6w, wartoŚL' jest wyznae1.ana zwykle 1H1 drod'!.e dopasowywania 111odclt1 do danych. Takie dopasowanie pr1.cprmvad'/.a si1: na pudslawit· krytcriu111 najwii;kszcj wia. rygodności. Zagadnie.nic to omawiamy S'/.C'l.cgólowu w ro'/.tl'I.. i{,

4:i .4.

Bóżne

tem110 11odstawie11 na

różnvch

pozyęje it1waria11fne

ruzk la
pozvc.im:h w seltwem:.ii

Dotycho.as zakładaliśmy, :i.c ewolucja 1w wszystkich pw.ycjach w sck1wncji '/.achodzi w jnlt 1akmvy111 tempie. l"J.y li :i.c prawt lopodt 1bic1\st wo wyst~1picn ia p()( lstmv ien ia jest jcd- ·• nakowc 1w k;ri.dcj po1.ycji. To '/.alo:i.cnie prawic nigdy nic jcsl spclnionc w przypadku r1.co.ywistyeh sekwencji. Ewolucja na JHl'/.ycjach wai.nyełl '/.c wz;~l\~chiw strukturalnych: luh l'unkejonalnych 1.achodzi wolniej ni:i. w pr1.ypadku plm>stalych, lllllicj islotnych 1.ycji w sckwrncji. W skraj11ym pr1.ypadku wyjqlkowo lllorncj presji selekcyjnej może; 'I.darzyć, że jabś pw.ycja w sekwencji h\:dziL' pozytj<\ inwariantną tw. nie h~:dą 11a niej '!.<1chml1.ić :i.adnc 1111ia11y. /.alóżllly. i.,: istnieje odsl'le'k pm.yt:ji f. kll·ire sq inwa· rianl11c, ora'/. i.e na po1.oslalycl1 po'l.ycjach 1.aclmcil.;1 pml.ot:l\vic11ia w sposlih opisywany . przez llH>dcl JC. Mo;'.1w wyka'/.aĆ. :i.c w 1:1ki111 pr'!.ypadk11 ndlcglość cwol11cyjnajesl dan;\: n'>w11aniern

po./.

·-

J :i

(I

/) 111

(I

·ł /)./')) .

.)( I

ktti!"l' sprowadnt si\'. do zwykłej pustaci odlegluści L'.WolttcyjnL:j .lukcsa ( 'a11lura (równ, (•IAJJ, gdy f d:1:i.y do '/,era. lsl11ic11ic w1.gl\:dnic nicwil'lkivj liczby pm.ycji i11waria11tnych przekłada si» 11a calkic111 du:i.<\ n'ii.nici; w rnlleglości ewolucl1j11ej. /.:tlci.ność 111ii;dzy od: lcgluściq cwolucyj11:1 a mlsclkiern ni:i.uic w sckwcnLjach dla I O,.'.~i p()ka1.ano na rys. 'l.·-1. '/.auwa:i.rny, :i.c w n\wn. (1 1. I i{) /) ci:1glc je.ot obserwow:111y111 odsl'lkiL'lll odrnicn· nych pozycji w ca lej sekwencji. ad pm.ostaje n)w11ic:i. nieliniowane jakt1 średnia liczba podstawiL:1\ przypmlajqca 11<1 pojcdynu.:i pozycji: w cakj sckw1.:tH.'_ji. 1'011icwai. na cze· :;ci pw.ycji (/l 11ic /.Wal'.· 111udck111 opisuj<1cy111 taki w1.klad lt·111p~1 pudsl:1wit·1i 11' s1·L wc11cji. Najcz.11·
.n.

)Ir. Ul

„

l '(li lSl · I

11

I~.'

(!l.l 9)

W lyrn pr;.yp:tdku jl'sl tc:111pc111 prnl:;tawic;\ 11:1 da11<'_j po1.ycji wvr:1>.011y111 wzgl.;dclll C:n.·d11iego IL'111pa pod:s1:1wi,·1i w L'ilkj sc'kW1'1l1'_ji, f 1r. 111 _j1·st pr:1wd•.11Hidohic1\stwe111, że wyhrnna pt•1.ycja w Sl'k w1:11t-ji 1·liar:1ktcr\"!.Ujc w1.gl•;dny111 lt'lllpt.·111 pudslawic1i I',

a paralllclr

11

określa ks.·1.t:tlt rn1.klad 11 J(szt·ilt\' 1-lizl·i·i I 1 · • ·' • ·' ' ( L ~'.:1111111:1 t 11 :1 rni.11y«ll w:1rtm;L·i

u pokazano 11a rys. l'vl.'1 11· dod<1tk11 111att·111at"l'l.lt\'llt (·I.' I I ... I . 1 1 '' · · . -' · · . ,s1t<1 t 1u klail11 d1· 1 l ra\lcry'!.11,1c wyra1.n1e 'l.:irvsowa11e 111aksi111t11 11 li· . 11· ·t" ·i I · „ · · ' I '"" ' . ',' ·. . . l d I ) IS ,11_ I . 1111 11'1\'LS/t' wartOSl'I //. l)~l: mn'.qs1.:1stop1cn 1.ro1.1J1L'OWa11111 tempa podstawiL~li po1.ycji w sl'i;wencji . .Jeśli w:11" losc 11 Jc. sl lu1d1.o.ch11.a. rw.klacl przybiera ks'!.t:tlt i1111111 t„.· 11 tll,·i 1. .·.·.-I(

l · ·' I. t·o 01.11:1t:'l.:1, i.1· 11:1 wszyst och po'!.yl'_Jach L'Wolucja '/.acliod'!.i w slaly 111 tl'lllIJie ( 'd\' I"\' ·ii · 1 "' · 1:· I •)/.C s1i; o/, wysli;pow:i111e111 w sekweill't'i liL'Zll\'1'1111\ 111 I·· · · · · · ' 1· · ' ·( ewo 11t·1·1 /'Il' 10 1 1· I ~~;;:,t ,c, c sz1 lw1q od ś1nl11icj dla całej sckwL'ncji. I 'o ~v1-)rmv:idiri~it1 rni.klad; 1' 111111 ."1 'b osc ewo 1ucy.111a w 111odelt1 .J(' jest n\w1rn c '

„

,1

„,:

d

·I~) )

1/u

uwol11cji sel
•Jl!

() /,;1:;(0:;01Vanill 1'1111kcji )!_lny111i po1.ycjami w sekwencji. Chociai. nic nia' l"'wod,iw, dL1 klLirycl1 rn1klad le111pa pods1awiL:11 w r1.cczywistych sekwencjach powj., lliL'll (\V( r<>!.klad )!.;\llllllH, (Ojl'll!JS(aĆ i'u11kcyj11a lego l'O!.kladujcS( wyslarczają.'d "'> 1•l:1:.l\u.11a. :1hy ohcj111owac; 1w1.ypadki l'!.CL'/.ywislych ~·:d\wcncji. Oplymal11:1 wartość 1>:1r:lllw1rn u wy1.nac1.a si 1· 11a drodl.c dopasowywa11ia 111odelu do r1.cczywislych danych 11 wtLHl;1 111ak::y111:il11cj wiarygodnm;,·i. S1.ct.L'/-'/ily zawiera praca Yang a (I ')l)(, l onv. odnoś11 ik i litc•r:11111·L1\\'\' \\' 11i1'_j 11·hr:11h'.

99 .'\:

I i

Il: (':

n:

I

TL KKV()KT! T I, KK VI) K T T L 1.; K I <) KI) I I TK I.<) K(l T TK L!) K <) T TK I <) K CJ T I. Tc) I C) I(()

i\:Tf.l.;KV<)KT

ll:Tl.KKV
<': T I KK I <) KC)

I >: I I I' K I. <) K <)

() ik 1111>tkl ewolucji sekwencji Dl'l1\ jcsl 1.dl'fi11iowany w pustaci macierzy o wymiarze I ·L ;111:ilo1!iL'/.nY llllllk'I dla sekwencji hiakk p1"1.yhicrn posiać lllacierzy o wymiarze 'I) 'Il i 11w1.;d1,·d11i;i k:1'i.dy 11101.liwy typ p!idslawienia a1ninokwasowcgo. Pierwsze 111acic:r1.1· ll'llłp:1 11odsl:1wic1i :i111i11okwasL"1w 1.ostaly 01.1wc1.011c sknilclll 1'/\M pochod1:1L·y111 od a11:1iclskich :;low 1wi111 111'i·1·111nl 11111101io11s, L'o oz11ac1.a utrwalone mutacje, punkl!>WL» Mi:111c111 nmi:acji utrwalonej okresla si\' lak;i mulacjt;, która ro1.przestrze: 11ila si,· w pop11ikrcw11io11e bialka. Rtli.nicc w dopasowaniu do· W!ll11cj pary sL:L1w1wji 11' lllll\~hi1· rrnl1.i11y nic pr1.ckraczaly 15'/f,, Nasą:p11ie dla każdej rnd1.i11v 1.11s1alo wy1.11<1c1.n11c dr!.L'WO lilogL'.IWlyc1.nc ·1.a prnnocq 111e1ody parsyrnonii. l'arsy1;1011ia j1:sl ,,"pise111a dokladniL: w pmlro1.dz. g.7. W tyrn llliejscu warto jednak IHHla,• pllds1;111'!1w;11.as:1d1:. 11:1 klLll'<'j si1~ ona opiera: wy1.11ac'/.011c dr1.ewo filogenetyczne: "h:1r:1kln\'l.11j1.: si1· 11aj11lllicjs1.:1 n1ni.liw:1 lie1.b:1 podstawiL~1i amiuokwasowych, które S!l 11ic·1.h1·d11<·· d„ 011is:111ia 1\\'i:11.kL,llV cw111ill'yj11ych 111i\.'d'!.y :;L·kwenejallli w analizowanej, ~ •. n q 'Il'. .l:1LL1 1>u.vklad rn1.w:1.i.111v dopas!lwa11i1· kn»tkich sekw1:11cji bialek J11'!.edstawione na r1·:„ ·I. i. l'u.vl.l:1d1l\Vl' d!l11a:;(>1V;1ni1.· powstaln 11a pods1:1wic rzeczywiście is111iej;1cego,alc 11 n Iii 1qin>::/.l'1.t'11ia 11:1 p11s/.c:l.L',: 1 L"ll11yL·li jego pozycjach wysl\~puje lylko 6 r(1ż11ych ty· I" 1w n·s1.1 :1111i11ok w:1:;01\'ycl 1. ( ldp< 1wiadajqci: lc1nu dopasow:rn iu dr1.cwo li logenclycznc 1•11V11i1"i. pu«d.,:1:1wioiH1 11:1 rvs1111k11. Sekwencji' /\(i n:1 li:;ciach dr1.cwa s;11.11ane, a Lwc11<'i1• I "i :n::l:ilv li<1hr:1111· pr;1'1 LHlpmvicdni prngr:1111 kolllputerowy w taki sposoh,

·;c·

i': T I T K

I.<)

KI)

aby zrninimalii.owal' l:1c1.11;1 liL'l.hV pods1awic1i a111inokwas0\vych w caly111 drzewie filo11c1w1ycz11ym '.l·tchml'l'l.. I · · , · · ~ " , • .' • " ."ce poL s 1<1w1e111a sq 01.11aczo11c na rys. 4.5 pri.y gal~~ziach drzewa ł.1cz,1c)1 eh pary odpow1edlllch sekwencji. l'f\> wyz11ac1.cuiu Wszystkich podstawie1\, 11'/.yskujc~my rnacicr;, klcirej clclllL'llty 1\. w kllirych alllinokwas i jest p;Hls1:1wio11y rn;iinok~1·iseni · ·I\!]. c,'I<'>': <'l p·1rsy „ · · · · . • " ·1 · '„ ' · mon11n1L~111ow1 nalll u kierunku 1,1111<111y. która wyst
1

s ą iczb:t przypadków,

>.

1,?

V

'

'

4, Modclo ewolucji mololiularnoj ' I

IUO

I<

L

()

T

Hll

1U! .• Modni PAM nwolucji snliwencji bialol<

V

I\

lv1

/()()

llJIJ (il

1

(4,21)

I,

'!

() ']'

(i(,

rn

ł)il

')

') ~ )l)

Ig/

J
I/

•10

1lg

113

() ~;

7~)1J

·m

IJ

/I

I ~; (i

1'12

I!

!/(1

~) (i

I ,1?

11 li lli•I

(il)

l'i I'.

iH

~: '.)

37

:M

IO/

;17

B

1'.l

\()

l

/_~

(ib

l'i

YiJ

·'

.'i

IH

.'I

~) ()

/()>I

1%

1

(n

1·;1 I '" "'

:1

a11łi11ukwas<'Jw. r<>w11ow;1'i,nych w świetle parsyn1011ii, kśli st•kwt·11cj<.' 1.wi:i1.:111L' '/. wew111?tr1,ny1lłi w1·1l;1111i dr/,<.'Wa s;1 11itjed1101.11ac1.11c. lio,h:1 1,lio.c1\ dla kai.tk:go 111ui,liwq~o typu pods1awic11i:1 .ksi 1wi1·ks1.ana nie

(/'

kilka

~1

I r1

//()

,,

\O

I/

(
Il?

}{,1

1'.I I/hl

, ) ',1 \n)

\~)g

')

~" I

_}Il: ·:'.I

"

:/

\"

,)()

~lg

li

r)l)IJ

[:l){l

1:;q

l(il

//'i ,:1 q

(,

o jc.dnostk\:. ale o odpowiedni ul:unck, .l\l11l'.s. ·n1ylor i Tlmrntun t llJlJ2) wykor'f.ystali 111dod<; podoh11<1 do tutaj ornawiancj, julnak anali1.q ohji;li 1.l1it'1r 1.awit~rajw:y ws1.ystkie

(iwczcśn'1c dost1~p11c w hai.ie d:u1yclt Swiss-Prot. W auto11łatyo.11y sposób poWl'.Wlł. a nast1:pnic zastosowali rnctod<; odkglościow:1 do wy1.1t:1c1,cnia drzew liloge-

1

/()

I /;> q

0'13 1;7g '1.:f)

i /,awierala I ':i7'2 podstawiei'L W pewnych pr1.ypadkaclt /. wcw111·tu,11yrn ws:-

skoj;1r'f,olłyclt

Ili 1·-

/'

IVlacier/, (;\,i) u;,yskana pr1,c'/, i)ayl1oll i in, ( llJ7li) olwj11HJ1Vala ws1,ystkiL· ,20 allli;,cklll dr1,cwa 111oi,c byt"

V

-;111 H'.iB

SI

b]

V

!łokwasów

\'

~~o

;~O~i

K

1 w I' ·' llOI ;•.11 \ /11 111) 11 ;>I I ·11 no 10') ·~ I I/ ;g {}~J:j \') /•1 1 j 1)1

•li I /h(l 'li> (1!) I Iii 1)'.) W) l.'7 lfi I <)<)

.~'.i 7

!),'()

sekwencje

d';.idili rn1i sekwencje na grupy.

od nL'lyc1,nyclt (por. pmlrm.d'f„ lL\ ). kh wersja 111acicr1,y ( 1\; il 1.awit·rn )LJ I
(l'.lt'lłł<.'lłty powy·i.ej 1noż.liwyc·lt typ<'iw

bi.de'!.

macierzy). W tak dui.yrn 1.hior1.l' danych

gk1w11cj p1"1.ckqtncj pt>dstawic11

mi~dzy

arnin()kwasami jest ohscrwowanl' pr1.ynaj1rn1icj jeden rai" Kulc.jnyrn powmkm 1.liczania kai.dcgo 1. pmlstawic(1 w uhu kicn111kach w trakcie wy1,11aczania 111acier1.y (/\;;)jest fakt.

Ż.t'

11as1.yrn cclc1n jest i.budowanie odwracalnego

w ci.asie mo
c1.1~stości wysl\~powania arninokwas(iw JT; s;1 w przybli'i,eniu stale w C'/.asic. nHlŻL'lllY oczekiwać, i.c liczby pmlstawic11 dla dowolnej pary aminokwasów h\~clq rów1tL'., 11ie1.alcż.nie od kit'.runkn podstawit·nia. c1.yli 1\;; /\;;.Liczba

nych w p, LI, 1.2. Zakladaj:1c.

i.e

ohscrwowa11ych podstawic11 :11ni11okwasu j 1.a111i;1st i jest proprocjonalna do ilou.ynu prnwdopodohicristwa n; wystqpicnia na pewnej po1.ycji aminokwasu i oraz tempa l'iJ podstawienie a111inokwasu j i. Wycltod'1.:1c 1. syml'.lryczncj

d1araklcry1.t1jąccgo

Rys.,!.(,, Powyivjgl«11v11cj pl'!.cl.:1t11t'.i 111:1«i«r1v pod:i110 li<'i.hV "l>se1w<>I'' . . ". ,' , 1 , ,. ,1.11L1pi.i(.v.0111''-;;1 " . . lavl(1n : .1 Tli i.imtli p<>d .• t.11111·11 I \ ·i I. 1111\'dll' dowolll)'llll p11r:11111 :1 ; 1;"'"'·""'' · - 1 jqt -) · · 1 1 111 110 i ek111e11ty 1llacicr1.y poloi1i1H' 1)()11iiL·1· /'l\\'I., .. " . " , . ' u111 1111 { l .L ( du\\'11;1 pr:t.·k;j111;1 ' '. " l Llfd IV\'/11:1<''()11/I dh IV<'il hll. ·I I ' I a1ninokwa:;owycli odp1nYit1d:1j:11·:1 111aci ·r;\· 11·\· l\·,,-i.~( I), . , .. t, ~l 1111111dvci11 ll'1·· r · 1' nic111 zawil'raj;1 dudatnic ucciiv ni P/l\'lt", „ . ·: ' d \ lJ. \u111or d /. s1ar_v111 \'.') pt'111'1c · .' . ·· ·' ' ' 1 • 1• i'.l W\'llL do kli>ri·clt · .· '," , , ' ' ' /..li Il) I e "1 pow1;1d:1p1 pod:;t11Wi<' . . , 1110 /.l l 1UJ.•l \\ wv111 1 dl JH'lt'dvnc·· I I ' . z po1.yt'ji IV kmln11ic · · · · · · "',_P JHH '' awic111:1 n11!.k"l\'
1

'U

wic1i 1I;; pod1.ic.lrnicj pr!.L"/ I'Il''/. 11\' wvs1qpi,·1i N, kw:1s11 i w l«>1wai;111_v111 il1'11.i1'/.c· SC(\\lencji. St:id ' . I

.1,,

'/.:llłtiasl

N;

rnacic.r1.y, w kt(irej 1\;; =' „\;;. 11twor1.ony modl'l cwolncji st•kwcncji hialka l11·d1.ic spclnial r(JWIL

(

dl:1 i

~dzic) w· ·1."l.y11111 . ·1, , ~po11i)cj . , .,·l'sl '1c111 pn>pon:1<>11;i11H><«i I'<1 I' ,„ • spu , . , . , • · , ·

(·I. I :'iJ i l11-'.d1.ic udwrncalny w czasie.

),

" "·11 1 11\111;w/.«11111 . p11d:11111 .„pu„<

, '.' 'I'/.} 11yp1owad1.:1111u lłllllCJS/.<.')!U 111od1·J11 l'WOlll<'ji \('i:l\'t'lł<'"1i li'1,1l ·I I ' 'OlllVL'.llCJ\' 11t
dla 111odcl11 L'Wulucji sckl\l'lłl'J,i I l"I•\ '/„ I " .. 1: i1) i.,.,rn 11.1; ' , · I'' , ,,„(}( llll I (,j J,<>111' <'111'1'1 I t\ I" I· ' prl\J\'1:1 ' illl'/. w prt1·p·1dh1 I ' I I '. I ' . '. . '.· \ ) ,I() l()\\ l'.1/lil<' l\ll\ IV lli"I" ·I .„ ' \ li/.('(., '.l\Vl()llYl.' I 11:1 rv~. 'l.(1 d:111n·l1 i 111''.l<'V .lt>ll«.'.'I i i11 I I <)IJ l I ... , . . 1'1'<>' M„ ·ldl i r 111111yd1:1111on111·11\daclti . . „. , . . i ll:i:.<.""1\l"I ,„, , , .i<)ll(, . '111 I'I•. 1"11 li <'I i \·111;•1u11. ·111HJ1 :1111·, . '.'I .'' ll/,11.1c1..1 p11dst:111·1,·111<.' / /.11111i11::1 1. f\!i,·<1kl\' I l:i.i·liulf i iii i l'l "'l .i l ' '/ i1·h Ili l ., I ;,, :1:,1". '".\:1 II .i 1_c111alyw1i;! k<>llll'<'n"1«.-, dl:iic'•..'. <• ·.1111 I \\ ;;\l()d/ . ' 1 0

11.2.2. Definiowanie modelu mnrolm:ji sekwencji l'odoh11it' jak w pr1.ypadku 1nrnleli ewolucji :;ckwc·ncji Di'l1\, 11itTli 1'; 1 (I) u1.nau.a prawdopodohie1is1wo wysU1pie11ia ;11ninokwasu j 11;1 pewnej pu1.vcji w :;ck\.wncji po chwili/, pod i,c w chwili I na tl'.j p();.ycji wyst1:prnval a1ninokw;1s i. './.ddiniuj111y

warunkielłl,

111acier1 l'i\IV1 I jako M;i

okn·.śla11;1 jako

,-~,O

l'u (<')t l. gd1.it' ,)/ jt'.sl \V1.gl1·dnie nicwiclk;1

jed11ostką u.asll

I 1'1\1\!L Dla knitkich odci11k(>W u.asu llH>Ż1c111y 1.aloi.yt.'. ),L' prnwdopodohid1stwo podstawic11jest '/.kolei proporcjo11alnc do 1<:n1pa podslnvvit.·1i (tj, wielkość praw· dopod()hid1stwa 1.111icnia si\'. liniowo

1.

o.ase111dla1n:ilyd1

111iar:1 tc111pa podstmvic1\ jest '/. koki proporcjon:ilna

do

wartośc·1

1 ). 1'1"1,yj\'la pr'/.l'Zllw:1n:i clt podsta·

111ekt<°ąycl

lll:tL'iLT'\'.

,.

· ..

· , :i '·11: 1 11: 11 1., iHllillll)«!1 !"llli· •.'j \\ ,1·'.i\'i'"l'' i11
I1 i,, 11 llc.l\>ll 1 \I

.

.'>ll'\l\\'

11L'''" , 1i l.-111· '''"

I \\'{'Il,

1:11 I:

owo1t1cji snl
;111:tli1.owa11,·p1l 1.hiorn tla11ych. ;\hy wynrnczyć 1.apmviada11ą pr1yj111uj1·111y l.rn1we11cj1·. 1.god11ic: ·;. k11'irq I !'AM odpowiada długości okn:su c1.asu lt1t·ji, w j:1Li1111.()si;tl11 wy111i,:11io11ych śred11io-~ I% l:tl'l.m.·j lic~l.liy reszl ( Jd::1·1cL I" '1.y1·.ii. 11a L 1i'1ryclt wys1:1pi Io pods1awie11ie jest n'iwny Ai\to1

1\f;;

y

V

O, OI ,

N101

gd'l.il' ;\ 1„1jest st 1111q w:;1.yslkicli dr:111vn1\\w 111acicr1.y ( ;\; 1 ). S1:1d O, O I N101 . 11101 .\\1y d11!..01.1c1 1ild\':;L111i1· 111:1cinzy l'AM I, 1nusi111y jt:s1.c1.e 1.dcli11imv:1ć prawdopodlliiil'1is1wo M;,. i1· ;u11inokwas i ni1· h\·d1.ic 1.astqpio11y :i.ad11y1n i1111y1n w c1.asi1: I l'AM. Wieli.o<< t1·go pr;1\\'tiopodol>i1·11:-:lw:1 Il> po prostu M;;

LM;;. i/i

ivl:1«i1T/. 1'1\fv! I ,,. po::taci 111y::k:1m:j pr'l.L''/. Jo11esa i i11. ( 11)1)'2) pr1.1:dstawiono na' rv::. ·1.7. I lla WV)'11y 111 111aci1.T1.0111 p1111ktm:ji r1'1i.11iq logarytlllic1.11:1, rozwai.yrny hanl1icj s1c1cgmowo: dl:w:t.L'go 11ic'kt11rc' wskal.11iki 1c111pa p()(ls1awic:1\ s:1 wyrai.11ic wi1.~ks1.c ml innych. Na razie jed11ak 1,;1mvai.111y. :i.1· w udnii11i1:11i11 do niacicr1.y (A;;) 111acier1. ( i\1;;) nie jest symclrycz' 11:1. Il1icj<' si1· tal-. dl:tll'go, ·i.c· c1 1 ·s1t1śc·i wyst~'!Hlwania pos1.c1.cg(1lnycl1 typc\w a111i11okwa; :;ll\\' nit· :.:1 :;ohil' niwllt'. Vv':trlllści tyci! c1.1:stości '/.pracy .lo11esa i in. sq podarn; 11a rys. 4.7. l'u11it:1v:1i. 11111:1wi:my 111rnkl 1.·wol11cji _j<:sl odwracal11y w ci.asie, niallly: n; M;; = n;MJi· l'ii.ykl:tdtl\VO dla;\ i V rn:11lly: Il.On. o.oottn 0,()(J(). 0,0026(1 0,000140. 1'011i1·w:1i 1'1\1\il I rnlpmviad;1 prawdopodobic1istw11 wy111iany 0,0 I h1c111cj liezhy reszt :1111in()l.1v:1S1lwyc·IL 11u.ckiwalihyśllly i.1: elc111c111y 11a pr1.ckqtncj glów11cj 111acicr1.y bgdą 111i:tlv 11-;11·1<1:;1· ll. 1)') 1c1.yli IJ:. a111i11,d„w:1:,tiw. \\' l'/.c'C/.\'Wistości jcd11ak 11iektl'1rc· 1. a111inDkwas1iw S~l podstn· 111:111c· " 11ii i111H'. I )!;1 1:1kich ;u11i11()kwas1iw wartośc· prawdopodohic1istwa, i.c nic 1,,„1:1 pud::t;1wi1>1t1' w ,·;.:1si1· I !'i\IVi li1:d1.ie 111nicj;,;a od 0, 1J1J. '/,kolei wolniej podstawia· 11\ 111 :n11i11()l.w:1:,(ltt1 1i1·d:1 otl1H1wi;1d:tly wi1:ks1.c· 11d 0,lJ
nys. 4.7._ Macicr1. l'J\M I 1VY/,Jlac1.u11a pi'!C/. .lottcsa. 'l\1ylorn i Tllllrtlll>tla I Il)
i

„

wartoś.ć 111;

•

'

p1 ·awdopodohic1is1 wa podstawienia, 1j. O,O I, 111.yslrni ny

amino 1\Wasu 1:

wzvl~dną mnf m·\"tiność '

I

'

•

J\'/;1

Ili i

O, OI w laki sposób warlości W/.gl1·dnyclt 111utmvalności podauo w dolm:j :1.sc'. 1Y:'· "1:7. Warlosc w1.gl1:dm:j rnutowalności równa I odpowiada sytuacji w ktJ, drni.y ,uh11ral1111: pr1.yp1sal1 ala11i11ie si1~hv' I~· I· n1m,tl11os1. inw11:1 !OO. l'ode.1sc11· :t.apropo11owa11c pr;e; Jo11cs;1 i i11. wvda'1e I I J . llle , ina iadnvcli . 11z·1s:1 cI ),] . II ( ,/,Il' · '. I l I'/,".l s''<' !0111». g( I)''!.. ;1 Ia11111:1 s1wc1':1l11vcli wlas11os'c1· J1·t1"l·1·1· "" (Il\'\ \' l\I "' ' . . . " , • , ' \ ' . . wyro1.111e111c Jt'J w laki c1.y i1111y spos1ih.

CZ'~~~Y.1· 1 '.au.011c

„

•

•

.

•

•

"

-ry1oclol PAM ewolucji sokwo11cji hialol1

IOG

104

4.2.3. El
•'-=

<'il · r;j

M;;.

,~,1·1 .L.' . iI

·r;i

J)wa ,białka IV odległości l'J\M rtiw11cj. I , .i«

OZ)LJI I · w ich. sckwl'nq11as1lo s1l'd1110 O, Ol "1mdst111•1t•11 · . .•\I ' I' 11t111. 111.1< I"" I0 bicnstwo 1.1110( e a1111 ~·woluc1i sekwencji l)Ni\. gdzie lucyjill' /.ll'\'l;lc pu;·dstawia sii· I) (il. 11 iii·· I ·I I''! ,j\'I . ')ltjl " 1 'jako. liczb\' I11odsta1V1l'111w ,", . '... .1H>1.y1:.11· li' scLwcncji . '. d. dl'li11i111"'lll\' - - . il ' ,l łlHH l li 1'1\M 100 i/ I podsta1Vw111u ·1·· '/' tCJ1,U . 11\l' · \\')'lll . ·1 ,;1 Jl'( · I Il:!,, 1 , , „.U( .pu111.1d.1 ,·, . s1cd1110 · , , 1w 110/Vl'I·\. ·- · IV ""c·I \ 1„,. ' 11 c..1 1 ze na 1vs,.)stL1cil po.1.ycp1d1 t ·. \Il' Il 1«·t 111·,. 1„11 ,I,„/ ,1'.i. 1·l', !l;J I. '01 ·11 ' , 1V)'sl:1pila dokl:1d111c .jl'dlla w 1, · 111 i,11 n'• 1„•«li"' . doszlodo nic hvlo i·1dnvdi ·• .111. \\t 1'. /.ll1\,\\'l~,11S('!IHSl'lc , ... · : t . · I · 1 I;1 dl.. podslaw1c·11 mai takie, na kt
•••

•

"

,

.

.

'.

\lv'yz11ac;r.otia wcześniej wari\ iść )„ ji:st niwt1ow:ri.11:1 wyborowi tak icj d lugo:ici okresu czasu 111, w której zostanie wy111ic11ionycli I 'i<· rcs1.t a111i11okwasowycl1. l'r1.ypuść111y tcrnz. i.e chcemy u1.yskać prawdopodohiL:11sl wa podstawiL:1i a111i11okwasuwych dla c;r.asu ~'.81. W ty111 przypadku nic oliowiqwjc 1,aló11ość /'u(2r'JI) 2ivfu: /\hy wyznac:r.yć wiei kości tak ich prawdop()(Johic1isl w, 11:ilci.y ro1.wai.y(· wszystkie przejściowe pudslawil:11ia. kt(in· 111ogly wyst:niil' w o.asie 2r'il. i je :r.su111owal': 1.

/,

'/.atc111 jeśli cl1ce111y przejść z /\ do V w dwl'1ch krokach, 111oi.cn1y wybrać drogi , /\ --·~ V. ;\ "' V ., V, ;\ l\ • V lub dowol11:i i111q spośn)d powstalych 17 111oi.liwych. W og<\lny111 pr1,ypadku, aby wy1.1iao.yć /';i(11 St). ko11ieo.1w jesl sumowa: uiL' po wszystkich t110:/,liwych arni nok wasach. kllirc 111ugly wyst:1pić w /1 I po~rednich pu11ktach w o.asie. Stosowne obliu.c11ia wykonujl: si~. 11111oi.;1c llJaL:icr:r. (Mu) 11-krolnić pr1.e1. siehil'. '/,tak u1.yska11ej 111acicr1.y ( 1\!l;j )" 1rnli.11a 11as1nmic wybra« udpuwiedni cle·. 1m·111 ij. Pr1.cbieg obi io.c;ii llloi.na 1.apisa( w 11asl1:puj:1c)' spus('1h:

1\

·

„

•

''

-

/) Lil i (I M:'.).

. Jesl. I<~ /.:llclll il·t·ll:/.)'ll. pr:1wdopodohici'1stw;i, :ie p11

'

. '

l'/;isic

niw 11 y 111

/1

.

«Uli

l';\f\1 :iniinuLw;i~,~·!ll

~v, ~He'.·w~~~·t'J.~~e·k.\~'t'l.ll'_J: Jt'Sl:t ... or:1~, praw.dopodohic1istw;1, i.t' rn!ptl\\'il'thtirn ;uni 11 nk\\'t1Sl'lll \\ drugit:j :itkWl '.llJI '.IJL.JLSI '. I ow~11.s1.'t' 1uw1ia1HL' poi.wala powi:11at· oh!~t'!'\\'P\\':111y odst·!1'!\ po1.vcii rt'ri.11ia. cycli SI\' 11111·d1.y sc·k />. 1. odlcolości·1 I '"I 1.\ „ tl'll! ltl\\lllll\\';\/.llC . · ·ł'll\\'I\. · · . , . , . Wt'llL'ja1111 ' . :-· · ' c·wollll'\'l.ll') .. • I / · ·I,·, (·\.-]) dla I odlcglosl'I . l11Les:1 . ,„ I I „„ Tl" I· ( .a11tor:i 11· odpmvi«d11i111 111odcl11 1.·woln<"Ji ·. sd, ll'l'll<'Ji llN ,•\ . 'i"· '.111>1111-11· wy \res I ismy za l'/.110St' I> i 1d il 11:1 podstawit' danyd1 l'l 'hra11vd1 ,,, t;ih » ' \, „ . ' I).' i·I 1·1· ... l{J7PJ p I. I . I . , . ' . -·· \ JH.H \ .l_,. Hl ! lłl '' · 1'/.C' i1cg CJ d'/.)'llCj ,ic·sl podoli11y do l.r;ywcj / rys .. J„I l'ilaraL1n1·1uj: 1"'j. llH•d"I" I JN 1\. ( I?l~1 malych war~usc1 I J pr;chw: jcsl liniowy. 11:1101ni:isl dla d11i.ych / > ;ail'; 111 ,„~{· 1J1:i di:iraktvr nii·. hrnowy. I J dla 11icspokrc·w11io11)'l'i1 · n·;„ ·I)~. l!Hl/.t'lll'' · . .Wartosc , . . - Iii-dcl • . ' 1111i . c'ITI' il o ();"I -~' . ·I· l'.i p11( Isl:t\\'W pow1!'dz1c'.C. ie odlc·glośc1 t! • - I udpowiada wartuś,• / 1 r
„.

.„

\;ckWL'lll'J.i .1 i,(' Il„/, · ·~·· 1 \\l. l.j/ p11/.()~,l:tllll' !lll'/.!l\lt'l\Hlłh'. kol'.11.llll( (·Li I) IV tal.H'J postaci .wst 1.dccydowa11il' lllllicj prrydailll' 11ii. hyl" dla 111odclu .I(· llyspollUJ'IL' parv · !llC · lll\" . . I dopasowa111c:i11 . . , ~ sekwencji . hiail'k , llH>il'lll\' ' . hlwo . . 11'\'/ll'll'/)': . . . . 'l /).I'· . '\(\\\'ll:l!ll(' \VI 11:1111 wv1.1wczy<' il . MożliW\'lll „ . . JeL nak . . w ,1ak1 sposob . . · '. . . 101,\\1,11..1n1L lll tego pn1hk11111 1es1 wvl:n 1zysta111c wyk1csu 1. rvs. ,U\ . piko krzyW<'J. , l li :I O t1~)1'1'\\'U\\l:llll'J ·.. " \\'tviko.',l'J · · · . • _ . k·dibnc"1·11"1· • • J. • · l'ri\H ._,\dl IU\\O /)" •0.5 11101.e111y odc1.y1:1c' z wvLrcs11 rnlJH11viada1·:1n (i ,1\" prn Is·t·.t\\'ll'll · · ·11;1 pP!.\T_I~' · · wil'll ,, , • • ". ,·,.,1 . , ,,.•,• .) r/ (c?.il Ol'.l~:;do:'" 1'1_'[\·J rmv11:1 ~\(J). 1\by wycli111i11owa<' kll11it'l.·111"'''' Lu1I1stnllia; 1v_vkrl's11. 1„ j 11.111 r;, (I J8.\) ll)k.11„d. I.< kr1.ywa opisana ruwna11ic111

Sld 111u Jll llq=-"o podsl.1W1L'111~1 11;1 po!.\ll'Jt' w l, I ' '\ ,' • . .

1 .·,

>

'

',

-

„

111(1

fi

/, /,(//)

•

•

•

•

•

•

(

I' (11 ii I )

nii.11yl'l1 illlh:ks:wh. 1'1:1 tyt11 kotit:1.yllly \vyprnwa· gd:r.ic su111owa11ic pr1.chil:ga po /1 d:r.l'11ic n}()delu l';\IVI. Uzy~;kanic macierzy opisuj:1cycll 11. l(ot1:·:trnkcja lllodclu 1'1\IVl i'J.(> ::1h1krl·w11io11ych sckwcn· cji. Malo d11i.c 1.11an.c11il' :r. kilk111H1\\'(>dm1'. (Idy :;ckwc't1cj<' c::i dl' ::il'liic podohne. latwo 1«·y1.11a<:1.yL' id1 d(lpasuw:111it'. IHlllir·w:>) jr·sl um> 11i«111:d w calw.ci li' 11.hawiu11c pt?.crw. ( "' wi Tcj. Jakie dopasmv:111i:1 p(1/.ost:rj;1 w1gh;dt1ic· tlil'\\'r:ti.liw« 11:1 '""l,1.aj 11i.y1cj do ich 1

.„

1

/\/;'.

i

J-= 11!;1. M1,

4.2. ODLEGŁOŚCI PAM

I

1wto111iast prawdopodohic1istwo tego. i.e aminokwas nic i.ostanie podstawiony to

l';;Uit J

RAMKA

i-11l11:, l,i,':,1.1·

„„. "

·

•

11. Motloln ewo1t1cji 111olol
i Oli

4.3. Mneiorzn p11nl
Hl7

wyznaczenia lllacier/:y pu11k1acji . .Jest to cen11a wlasność wykor1.ystywana w procedurze konstrukcji lllodelu PJ\M, gdzie dopasowania wyznac1.am· na podstawie niezbyt dobrej niacicn'·Y punktacji w praktyce nie r
'.·I

4.3.1. Macimw Pl\M Opisi'.cmy tc:ra1.. w jaki sposCih tllodel l'J\M może hyć wykor1.ystany do wyznaczania macierzy punktacji stosowanych przy tworzeniu dopasowywa1I sekwencji bialck. Rozważmy dwie bardzo dlugic'. sekwencje hialek, które s;1 od siebie odlegle o 11 jednostek P/\M. Odsl'lek pozycji, 1ia których pierwsi.a sekwencja 111<1 aminokwas i, a druga sekwencja ma a111inokwas j jest r(>wny Jr1 M,'j. Zahiżmy, że losowo przetasujemy reszty aminokwasowe w oh11 sekwencjach. C1.<;stośL' wyst<;powania 1ms1.czcgólnych aminokwst\w pozostanie laka s:una, ale nic h<;d1.ic 111oż.na już. mówić, ż.e podohie1!stwo mi<;dzy lak przetasowany111i sekwe11cja111i rna podstawy c'.wo]ucyjnc. Odsetek pozycji, na których pierwsi.a SL'kwencja ma aminokwas i, a druga sekwencja ma ami11okwas j b\:d1.ie teraz r6w11y n;1r 1 . '.l.dcfiniuj111y R;i jako stosu11ck tych dw(ich wielkości:

'.,()

o

11„1

()

-

li

l

" O. I

() __, ud:~1·!t:I;

O, l ll.-1 po, )'t'!i rt'r/.ni;ll'_\'l'h

Il.) 'dt;

O.I>

11.7

0){

111i1.;dzy sckwcncj:1111i (/ l)

0.')

Nii

Jr;Mfj n,-n i

Mfj ![

(:.1.3·1) J

l<;J jest 1.alL'lll slosu11kiclll dwóch liczb w lic1.11ikt1 111a111y lic1.hv pr1.ypadków, kiedy aminokwasowi i mlpmviada a111inokwas jw dopasowaniu pary sekwencji hialck (których cwolucj\' opisuje model P/\IVI ), w 111ia11ow11iku ·1.aś wyst~>puje liczba przypadków, kit:dy a111i11okwasowi i odpowiada a111i11okwas j w dopasowaniu pary losmvn wygc11L> rowa11ych sekwc11c·ji hiakk o takim samym sklad1.ie ;1111inokwasowy111. (Idy R;-' > I, dopnsowaniL: an1inokwasu i do arni11okwas11 j jest w pr1.ypadkach opisywanych 1.a pomocq 111odl'l11 1'1\IVJ hard1.iej prawdopodobne 11iż. w pr1.ypadku losowo wygenerowanych st:kwencji. Ponieważ. 111odel l'/\1\11 jest odwrncal11y w ci.asie, 111acicr1. zawieraj;1ca warto-

Macinrzo punl
101!

IO!l

/\jest symetryo'.na (lrn. Ru = /\Ji ). Ma to sens. gdyi. wartość i.e aminokwasowi i odpowiada a111inokwas j w dopasowaniu nic powinna 1.ależeć tego, którą 1. sekwencji owaczymy jako I, a którą jako 2. Podobnie jak 'vV ramce 4.2, 01.nac1.111y przez {/" i hk a111iuokwasy na k-lcj pozycji w sekwencji ohu białek. Stosu- , nek wiarygodności dopasowania pary sekwencji, których pokrewic1\stwo opisuje model' P/\tvl, w1.ględcrn wiarygodności dopasowania pary sekwencji losow1> wybranych tych sa111ycłl reszt aminokwasowych n1>si n:11.w1: wzgl!,'.
co ta warlośt:: 01.1iac:za. mo:i.crnv przckszl"tleić r<'iwi 1 ( I "() 1 . .. , .. . „ · ·' · . ' ··' l (o pusl;ILT /{. fl·\(1./1/c · w Olll1lWldll)'lll przykladz1L: 111an1y: Rww o~c 101.'/IO 11 () . '. . . IJ. . . . białek odległych o 250 PArvl rcsit·i w . , .1 1 · · • .i l.<1lt.1n w St'kWL'lll'Jach · ·' IL·S c op:1sowywana do w \I (1 1., . . . . . . wynikałoby Io 1. przypadku . .Jest to sl,-ull . . 1 , . i·· . . . · · M.y 'z1:snc1 111:i. Li '1( } . . . ' \ '1Clll ldll /,() lllsk1q n111low:il11ości vV . row11. ( „~ l). I odob111c. an1111okwasorn L'i1·11"'1l· te1· . . .. prn. . · · ' ' ' yzu 1w:vm sir wvs >l'" t I · · --·1·aknp.S -·od11owiad:1·1·111·1sl"1c·t>c·L·11y . .przck: . .·· 1 . . ." ....· t. "' 111u ow:111osc1q · ·' · ' · · 11.i, ~ I'OWllCJ Sjest dopasowvwana z S l"lko 11"1c·'11·1L·"11·1,. . , . ·. . : I 11c.1111.iuc1 zy. co oznncza. i.c c l'Zl'Sl"IC\ Ili/· „,„, .. ' ' . li · . "·' ,.i/.)'W.t 1v 11:1 to p11yp<1dck. I

„

.

•

'

)

;,

I

•

•

;,

I.

rI i::.,,,„,..

w1.glę.dna wiarygodność

k

(4J5)

I

Spośrtid ałlernatywnych dopasmva1i pary sekwencji lii:ilck powinno si1: wybrać dopasowanie, które 111aksy11iali1.ujc wartość w1.gl\:dnL:j wiarygod11ości. a 1.alcrn powinno to być takie dopasowanie, które bi,:d1.ic najhardziej prawdopodoh11c w świetle pr1.yj1~tcgo modelu ewolucji sL:kwc11cji. /\lgoryt1ny wy1.1rnC1.ania opy1rnal11cgo dupasowa11ia omawiarny w roi.dz.(>. l't1nklow:i ocenę dopasowai'1 w tych algorylrnach wygodnie jest przedstawić jako su11ą'. po pos1.C1.ególnych pm.ycjach dopasowa11ia. a nic iloL"1.y11.iak w równ. ('1.35 ). /\hy ,,,,1yz11aczyć tak:i occ111:. wystarc1.y poslui.y<.'.· się 1.logaryt1nowanymi wielkościami R;j. Ocena dopasowa11ia a111i11ok wasu i do aminokwasu j jest n'iwna

S(i. j l

(4.36)

gd1.iL· U jest wybran:i pr1.c1. 1ws podstawq logarytmu. a ( · slai<1 o arhilralnil' ustalonej wielkości. Wartości I> i C S
ocl'11a dopasowania

:ce: "\_..,

LJ

S(u1..

/11. ).

(4.37)

/,.I

I )opasowa nic. kltlrc maksy111ali1.uje wari ość su111y 1. n\wn. (.LT7). jL·st tym samym dopasowa11il'll1. kt(m· 1naksymalizlljl' wartość w1.gl1~d11cj wiarygodnośc·i z niw11. H.'.\5). Po·1.osl:1wmy do 01lltlwicnia w ro1.d1„ (1 ·1.agadnic~nil' konstrnkLji dupasnw:11i. a tul<\i rnzwa:i.1ny 1.naczc11ic powyi.s1.ycll ocen. Macin1. punktacji ohlic1.onych n:1 podstawie n\wn. (4.3(l) nazywamy macierzą punktacji ró:i.nicą logarylmir:mą ( :111g. /og-odd.1· 11111/rix). 'l11k:1 niacicrz wyz1iac1.rn1:1 dla P/\1\11250 na podslawiL· danych 1. pracy Jonesa i in. (I lJ92) poka1.:mo na rys. 4.wncj llrl.ck:1lllcj 1nacinry). W tym pr1.ypadku 1.an\w110 li. jak i C s:1 n\wnc I O. :1 •iceny pu11ktuwc 1.d1r:111t' w 1nacicrzy Sżnionc w laki sposób, co oz1iac1.a. i.e wyst1:pmv:mic dwtich idcnlyu.11ych :1111inokw:1s
4.3.2. Związeł{ z fizylrnchcmir.rnymi właściwościami amino!nnras1h11 Elemc11ly pm.a pr1.ekq111:1 gltiw1q 111 acicrz\1 / 1.,,'" •-I ,.1 1 ._ · · · Icn1ycz11yL"1 ainillol , ,. ,.l.l\\' "I· . · „· ..''·'· . · ot .pow1 · · . '1d·11·1 '.' Ol't'll· <>I·111
<··

1; /,aniw110 t vrn 1 v 11 ·1 j·d · r. I I . . · . .- • . . . . " '·.' ''. tll)' oa a11111a sq a111111okwasa111i :irn111;11 'l'/.11 •111i . . ;:. 111,1 SI\ '1nlyn1L' ollt'Cl1o';L·1·1 o1·t111\' ()i I I I . I . .\. . d Il z . ' ,... ( ()
,„ ·· ·.

D ,... H /'.an'iwnu asp: „ I · · · .·... . , 11.11. Jn1.111. J.1' I gli1ia1111111:i11 111aj:1 kw:1>:uw;1 "l"llj>>' ( "( )() :11 .1;t1y111L'dlt1g<1sc1:! l:11\n1cha l>rn·1.11c1!.ll. .. . . :1 nii11i:1 K -<·' !\ /'.aruwno l11v11"i i"tl 1· .. · · . " '· .'' dl!!.111111;1 s:1 a111111okl'"l""ll . . . . I . . w1<>l•·dnie 1J · I· · · "·" 1 11 I.ds.i •. mvy1111. ktrnr 11r11·! 'L~ " • L ugw .111t:11chv boc1.nL' 1.akrni«z . I 1. · . · . "' mi Nil) alho Nil;. . .. 011< l lH .i1111l' 11.i1:1dow:111y1111 grupa\!<- l Zarów1.10 waliin hi i i; I, . . f-11 „ I '.".'' .o UIL:yna sq :1111111okw:1sami /.L' średnich r1i1.rnianlw :di1.'1) u.nym, lyd1ofohowym la11cucl1cm hou.11v111. :1 nii.11iq sic ob. ·11 : .-. I I· ,owe.1 grupy llll'lyluwcj w izoil'11cy11ic. . . Ll o.st J,l t Ol .tl-

lnaC1ej · . . . .jest . w Il··11·YPrl . . . . . .t„' " 1\ ." .ist111usc1:1m1 111.yko . · ' l ' .i11111Hl,1 11-asow l'/\'Slo „. 1 lll"J , · . · w11~ks1.oś<.'.· oce11 dla 1nr zltii1i11'Ti . I ·I· 1·1 . , .·" . .) p1.„;11w 11,11·1111H: '""<'11V. i1p. . , . . ' i z IVl Jo I o11't"'O i lt\·drnl'< I· . . . llJrnrn:1. l.alwo 1.auw·livl' ie 1· „ . . ·. . . ,.... ·. '"'""!'" :i1111111iLw:1s11 i<'.SI · ' " · · 'lvd 11.11\\'o 1111c·1 wv1111,·111·1i·i · · · I · 1cy ski na. maj:) d11111 • wasv. 11vp1, ,1; 111 . · · · . ' l \\ dSl 11\.0Sl I 111.\'k(WIH'llll<"/ll. 'j' .. I ,. . . . szylll an1111okwascin / Inr111 1 „ , I· . ·' · '· 1.1 11 o llll Jl'\I 11:1.1\\'1vk · · ' .P 'u1.1111 .111nl<'h«111 ho '"I , 1· : I · 1 11111y111 :u11i11okwas<'m /"ljW\\'IH' 1 · . .· . ' · 1.111 1. ' " 1·1 •.· .Jt·.110 pod::lawi1·11i1· · · ·· " · l opiowai 111 <1tl 1·.tol111'; 111i· I lle.J b1:1'ka. Dlaic·110 l'lk·1 1r11·1l1··1111 I I I. '. . ,· . .t , .inv ::ln.1,.lurv 1w1.cstr11·11 „c • • " • t 1ipot 11 >lllt'J "'/ udl111" I .· I1 I · · · z pop1.il:1cji w Jll"OL"l'Sic dnhoru . 1 .. 1 , ·, · ·· · .i Hill ;1< Id ."" 1.11: ..!1<111110\\':111: 1 . ltd 111.1rn1'J•. 1,(·i:;tv n";il"ii 1v 111 . " 1. I 1I . . lllostkuw "i;llL"ZkO\\'\'ch 1 • „ ,. (, I· ' · ·· . ·1J.I ·' 1 11():·;1· 111·01"1.<'111:1 """'"'" Z„c1wa111t· l:ikil'ii w·1. - . ·· .. . , . .„:1nd1 . · ,.„ „1„"T· · •" 1 I·.11 ·1„11" 11:1 j!«plvtl"11'<·1·•>. ' 11..in 1„1p«11 lll' l'llWlll<"'/ I \ „ .;. ' ' ' I . ' ' . lego ohsnwuwam· ll'llllH' j><>d·1· \ .- .. I·.· iu1 ..1.. Ili< 111> v111c· i1:i "l1t1kl1in: hi:dk:1. i i1:1 . . "d 11<11 () ll'(lllllP!<"Vl'li \ĄI l11h (' . I ' . li. :11n111okwasoin udpuwi·i h" . . . ' · .l<"s 111«11·1c . w. ( i[l 11 ,,, 111 · . ·. · 1 \V:trh1.\c1 ocen 1,. 1 111<,\V ,· .. , , 1 I··· ( ( t.ltJ '"YS(1,1e . . cq IH."L.'ll\' dop:ismn1i; 11ic11r1I „ . • ·tl. . . .'· ' 111.1 111/1. „:.1111c·1 111;i,·11T/V · ' · ' ''·"1.1-:; \1'111 jHi1q··1·iJ1·1 11 ·1rn·11 111 i · · W nml1i·dc· > IH: · ·i· · · ··"' · ' ' 1• 1:1.\:.11111 ·"" 1q1·111111 · ·' -· >S\\'JLTJ 1.\lll\I 'iJon• miej· l""J 11111·1 „ · I · · · \\'ykrc,-; wvnik:1·i :1111i11•1k11:1.<.11 11 -. · ,,„ 1 1 . ' ' .·!.
,„ '

,,,

p1111lllncji H\żnic:1 lo'larylmiczmi dla aminol\wa:;(1w

1111 (ll'' w 111:wi,·o.y P;\tVl sq hlisko siebie n:1 wykrc:sic PCJ\. J\hy sil' o l pr/.<·Lu11:1c 11rni.11a wykrn1<1,; kopii· rys . .2.1 O i poląC'.i:yć pary p1111kt6w ndpowiadajy wyn'ri.11iu11y111 ,:knwntrnn macilT/.y 1. rys. ·l.ó. Wynika stqd, i.c w pr'!.ehicgu (;wolu :;;1 11w1.gl1·dnia1w wla:;ciwuści ;11ninukwa:-a'>w. Tym samym potwicnl'f.a si1· ·; rn1.d1 . .\ \) stahili1.11j:icy111 wplywic dobom nalura.łncgo 111ianowicic i.c działa l'li<.·ci\1 111ula«j,1111. ki,)n· i'l'<\\V:1dz:1dll1.hyl draslycznyd11.mian we wla.~ciwościach 11ol.w:1:.ov..- i 1.:1p<1hi<.'1•<1 u11wahu1iu si": 1:1kid1 1.111i;u1 w populacji. Pary CW i CY c.·h:1r:1kln. 1'ry Ili<· mo:i.c hyć w pmsty :.1;!11i«1I\' pr;,·; .'.:1d«11 illll\' arni110Lw:1s. Dui.c wariości <1 :«pll<1«id 1r1.«l'i1 1111Lłt.·otydliw w kodo11ic-, natomiast inne podstawienia ·11ni11uL wa::\\\1'<' \VYlll:q'.c1.i:11«>wnm·1.<.'Sll<'.i 1.111ia11y na dwli11_v.-.1uv "'··.1.c·kiw:1L' ,i,· prnislawic·nia :11ni11okwas\\WC wy11ikaj:1ce ·;,podstawienia i'" Iii«:'" 11uk h ·1oclyd11 h\'d:1 1:1,:hod1.iL' .'it.yhcicj. Na rysu11ku •ł.6 , 1.m:1:ilv :1;;q~iaduj:ii11H1g;1 pr1.c'I \() hy'' wy111ic·11ia11c w wyniku po· , P"d::t:1wic·11i:i 1111klc.'
d<1j;1 wy:«>ki<·

1

111

nic1.aln niepo:i.<1danc. efekty 1.wi;izane 1. wyst1;powanicm losowych mutacji punktowych. Ch~1ciaż j)(lW;'m:~ch111c uw:v.a s11:, ze kanonic:t.na wersja kodu genelycmcgo pojawila sii: bardzo wcze~111e w cwołt1c:J1 (prr.cd rozc~jściclll sit; linii ewolucyjnych arc:hconów, bakterii i j<1dn:wcow): a wu ana pr1.y1.iisa1\ kodonów do alllinokwasów destrukcyjnie wplywa na orga111z111, Io Jednak 1sln1c_i:l Jic~.ne przyklady 111ałych zmian w kod1.ic, k16rc nast
,;l

4.3.3. l\llar.ier:rn BLOSUM Macicrz.e BUlSlJM (llcnikoll i lk11ik1lff. 1992) sq ałlernatywnym 1.hiorcm rnacieri.v punk1acJ1,_k1<>rc pod wieloma wzgl1~dami pr1.yporninajq macier1.c l't\M. chociai. oha n;. dzaw mac1cr;.y wy1.11ac1.a sit; w i1111y sposób. Ustalanie punktacji okrcślonvch podstawic:ii \~.nrncwo.ach 1)1,().')l llVI 1.:1cl1od1.i wyl;icznie na podstawie a1;:tłi1.y dopa~nwa1\ sckwcnCJ,1honiolog1c1.11ych i 11il'. ()hcjrnuic' ani 1"r1.cdslawie11ia zwiq;.ków <:wolucyjnych mii:d;r.v sekwenc,1:m11 w postaci do.ew:1 lilog,·1wtycrnL:go. ani twori'.cnia modelu cwolucvJ·lll'.";) Of}ISlli'll'l'' . .. b · . ' ~.< ) u Iis<. '.1wowa11,· w I)'« J1 se I\\l'Cllt'_p1d1 pndslawic·ni;J. '" '.~l()I\.' lllL.'lody wy1.11aL?.a11ia rnacicrzy BLOSUM lllll'i.1ia 1.iłustniwac' 1w pml.'itawic 7 llc ,csn1c·.1 an:d 11.owancgo dopasowania sek wen ej i holllologic1.nych ( rvs. 4 ..'i ). Najpierw wy1.11ac·1·1 "'t <)sc1 : .- 1\ys , ·1 <;pow;1111<1 · rcs1.t am11Hi(wa.sowych · I · · ·" ·sic·. c·1·\." fi'/. 1.lic1.aj:ic wysl:~pic-

112

Mm:iorzo punktacji róZ11ic<1 louaryt111icm:1 dla aminokwasów

nia pos/.czególnych rod/.aj<\w a111inokw:1s()W w określonych sek wc11cjach. Nasl<,;pnie l każ.dej pary aminokwasów i, j uslalamy i le r:u.y arni nok was j zostal podstawiony an 11okwase111 i ( 1\ij ). Na rysunku <1.5 przedstawiono dopasuwanic sicdmi11 sekwencji. kai.dej pozycji dopasowania całkowita liczba dopasowanych par rcs/.t jL'.sl równa 7. 6 42. Siódma kolumna dopasowania /.awicra wyl<1cwic rcs/.ly K wkład lej kolumny ;\KK wynosi /.alelll 42. W picrws/,cj kolumnie dopasowania wysl\'.pujc s:t.l'.ŚĆ reszt T ijc JO, 6 i na L St:1d wklad tej kolumny du An·. ;\.l'I i 1\rr wynosi.
()

n

K

L

L ł(1

oV

(1

I (1

() ()

V

(,

V

()

(1

12.

L~ (1~l

IO I O ·li

(1

T

'['

ł

.2 ·I

I\/lacicr1. la r()ż.11i si\~ od wc1.c:;11iL'.j u1.yska11cj 111ctodq ł'1\IVI (por. 111;1cicr/. (·-1.21 )) tym, 1.awicra liczh1· dopasowa11ycli par rcs1.t. a nic lio.h1· podstawie1\. St:1d elcmcnly nn przclqt nej gl(\WllL'.j 1ir1.y k ladowej lllacicrzy ( 1\ 11 J wy1.11;1C1.011cj 111l'lod;1 1l LOS U IVI s;1 nic: zerowe. Warto 1.wn\cić uwagi:. i.e 11iekt\irc clc111e11ty 111aciLT1.y. np. /\v 1„ pu.yj1nuj:1 war: tości n\·i,11c od 1.cra w 111etod1.ie BLOSlllVI (11iacicr1. (·l,_rn)). a sq n'1wne 1.cru w metodzie l'J\IVI (111acier1. ('-1.21 )). Wy11ika to 1. l"aktu. i.L' res/.ly V i ł, twor1.q part; dopasowanych rl'szl na pi:1ll~j pozycji dopasowania. 11alo111iasl zasto.~uwanil' 111etody parsymonii zilustrowane na rys. 4.5 W:ikawjc 1w wyst:1pienie podstawie ii V· :. I i I n , I,, klóre wykluczaj;! moi.liwość bezpośredniego podslawienia V•'·• I,. Zatelll w oh11 poniw11ywa11ych metodach wy1,nac1.ania niacicrzy p1111ktacji takie sa1110 i.nidlowe dopasowanie sekwencji jest trnktnwane w nii.ny sposl')b. co przeklada si<; 1w n"ii.nicc w ost;1tco.1wj punktacji nkreślo11ych podslawie1\ ami11okwasowycli. Odsetek dopasowanych par /.ada11q ,o typu ij jest n"iwny ż.c

1

;\ if <'fi!

1

):!di.ie ;\ 1„1 jest su111:1 ws1.ystkich elelllcl1ll"iw macit'.l'l.Y (/\ii). Moi.na 1.ate111 określić C'L;ę· slość wyst1.·pow;111ia par rcs1.t ij w dop;1sowanych sehvc11cjach hialek hulllologiczny~h w1.gł\'.dc111 spod1.invanL'.j o.1·stości wysl:1pie11ia takich par w dopasowaniu losowo pr1etasowa11ych sekwencji hialck o laki111 c:a111y111 c:klad1.ic ;1111i11okll":1c:owy111: !/,_; 71',

(4.40)

][I

Tak okrcśl011L.' wiclkosci /\ii 1H.lpowi:1d:1j:1 wi,·lku;.:c·iu111 1\, 1 wy111:11·1.;111y111 llll'iodą !'/\tvl Wl'dlut! wzoru (•-1 ..\--1). '/.atl'lll w 111ctml1.ie l\i ,( >SllfvL prnloh11i( jak w 11H·tml1.ie P/\M, 111\>i.c1;;y pr;.cdstawil' .f\i 1 w post:ll'i nii.llil' lognryl111iu.11vcli 1wor;:icycł1 >:vstc111 p1111ktacji pudst;1wic1i a111i11ukw:1sowycli (niw11. ( l,,)(1JJ.

Metoda BLOSUIVI jest ku11ccpcyj11ic prusls1.a od 11wtody 1'1\l\/l, gdyi. ohlic1.cnia prowadzi si~: be:t.pośrcdnio od /.n"idłowcgo dopasowania sek \\'l'.11cji hi a kk ho111ołogici.nycli do odpovvicdniej macicu.y punktacji n\i.11ic;1 logarytmic?.11:1. hcz ko11iccz110ŚL·i ko11sl1:11 k cji modelu ewolu~yj11cgo (Mi;). :1;1k ie podejście ma _jc:dnak 1ww1w wady. ['\Ja ui.yskany ko11cowy wy111k wplywa how1c111 ohec110ść w dopasowaniu grup Sl'.kwc111.:ji blisko spokrewn!onych hialek. l'o11icważ. w oh1\:hie takiej grnpy sckwe11cjl' s:1 11i1·111al idl'lltycznc, zliczane dla 111ch par)' dopasowanych ll's1.t hrd:1 miały dui.y wkl;1d do warlośl·i cłclllClll()w 11:1 gll'1w11cj pr1.ck:1t11L'.j 111acier1.y (il,;). (!pisywany prnhlt·111 11ic wysti'IHl_jc w przypadku 111etody l'i\M, gdyi. takie nic111al idcntyc·1.11r· S\.'kwL:IH.jl' hiakk s;1 11111ics1. czanc blisko siebie na dr1.ewic lilogl:11elyc1.11y111. a podstawienia pr1.ypisa111· odpowicd· nirn rozgalżnil'\)Willlia rnlil'głośc·i ewolt1l·yj11ycli 111i1.·d1.y sck11•,·11l:ja111i w -doi ><1.·;o waniach wykor1.yslyw;111yd1 w 111l'lmł1.ic BI .OSl II\11. Hcnikoll i lk11iko!T ( 1<)1)2) wykm1.ystali wiarygodne i po1.h:l\vin1w pr!.l'IW dop; 1 sowania sekwencji dOJllL'll hiakk 1.gro111ad1.011t' w h;1/.ic d;111ych l\lJ. Sekwencje w kai.dym 1. dopasowa1\ zo.~taly podl'iclrn11· 11;1 gnipv. 11· ohrchi1· k 1rirvcll ud setek id<'lll)'C!.IH>Ści dla każ.d1·j l moi.liwycl1 par sl'kwc11cji hyl wi1·k.„1.y od 1.;1d;11;<·j w;11· tości progowej (np. l\0'1<· l11h (L2%). W lrakcic 1.lio.a11i:1do111acic~r1.y (. \, ) par dopa;;owa 1 nycl1 a111i11okwasV :'l'kWl'll cji w pos1.c1.cgól11ych grupach (11p. jeśli grupa 1.awicrn dwiL' sdw1_·11cjc, ka;,da 1, 11 ich b~dzie miała wklad rryd1 idl·ntyt·1.11oś( 11ic pr1.ckrnu.;1 go 1:;. i (1,";;„ odp" wicdnio. fVl11icjs;,c m1111cry w 01.11au.e11iacil 111acic·r/.y BI .OSl 1rv1odpllwi;1d:1j;i11rni,·j::1l'j identyczności sekwl'11cji. 11atorni:1sl 11lllicjs1.c 1n11111Ty w 01.11ac1.c11iacli 1'1\M <»t1powi;.1tl: 1j:_1 wi~ks1.cj idc11tyc1.11ości sd;.wcnL'ji. . Skalowanie OL'L'll pu11klmvyd1 w 111m·icr1.y BI,( JSl llVl(1.~ "kreśl:1111y w;."11·111 ::(i. J 1 = 2 log 2 N.i.i· Oznac1.a Io. i.L' oceny s;1 wyrni.onc w jL·d11osl kal'11 n\wny<.'11 po Iowie bitu .. I(· den hi! odpowiada C/,y1111ikowi 2., a jcd11ostka ucc·11y w 111;win1.y odpllwi:1d:1 ,·1.v1111ik"wi V2 We wzgi\,d11L\j wiarygudnośei. f\1:1_jwyi.s1.;i ()L'l'11q w lej 1u:1l'ic•r;,y j,··;t ,','(W. \IV 1 I I, co odpowiada Rww ')I l_i! 15 ..~. v\1;1rtośc: 1:1 lli<'Wi\'11· nii.11i si<.' lld !<'•'." ("() 1;1'\ Il' ra rnaci<:17 l'J\i\11250. \V t:dwli -I. I 1.:1\\'al"lu poniw11a11i1· tr/.('\'il 111<1«i,'·1 '\' 111qi\:,i . ki1q,· Z'.lslaly otr1.yma11L'. nii.nyrni 111cl1l\ła111i i 11;1 pudsla\\'ic rl1i.11_\Til dop;1,<;p11:111 ::cl;1\'c1i1.·ji. I'" lllcwai. oceny 1.chram: w 111aci1.·r1.acli 11iL' s;1 taki1' sa1111" wvkor1.y•;i;i11i,· 11,·11 111:wi,·111 dowy1.11ac1.:111ia dopasowa11 sc·kwc11l·ji 111oi.c· da<' 11i1·z11<1n'.11il' rn·,"_1;,. w1·11il i. i-!1(' 111 1i,·111:< to !"aktu. ŻL' 11ajistotlliLjs1:c ct·1·hy po1.ł:i11ych 111a,·i,T1.y pu11kt:1c.:ji ·''I t:1Li, :::111w. './.:l!m:·11<> gru11" · . "ł . „ . I I . . J 11a.1s1lllL'J1 na1s a ll<'.J kn11:-:crwa1,vw11yt'l1 a111i11okwa:;tiw. jal; i n•1l1;111v1„11l-.11 JH111k 1 ~ · Il Ut Is t a\\IJL'll low·111vch · ·· · I ·· · a111111" · I\W:1:,;11111· :;q \\' 111·1v11:1tll..11 . . llll\:1 /.\' ro1.11ylll1 \1·:.;v:,11icli11 _.,.,·1 1

11. Moclole owolm:ji

iii:icini.v h:1rtl/,1l podoili i<' do sic·hic. !Vloi.c111y wi\T 111icL: 11ad1.icj\.', i.c. 011wwia11'.:. macic.,. " 11 11111 11:.lacji llio::: 1 prnwd1.iwi1: istot11;1i1il'ormacj1·1.aniw110 <11:wnlucp sck;vcnc.11 j:i!-: i ::posilhi 1: uw:t.pli·d11i:111ia wlaśc·iwo~:c:i li1.ykm:hc1111c1.11yd1 a111111okwasow w 11:1llll':lill)1lll. 'li'ahda

„i_

f. Istni ile wlas 110 ~;ci wyhranycll 1uaciL'.l'/,y prnlstawie1'1.:1rni11Dk wasowych

I. _;.

JTT250'

Ili .OS\ llVl
l\laj\\ V;_,·j

p1111\. l111\':lll<'

)L \\'a~„o\\T

p11d·:t:l!l'il'11i:1

w

1

('

li I. \'. I'

.\.

y

I. \V )

"I

\.

.J. I'

;1111i111

I.

('

w ('

I.

I. S, ;\. T i'I . ~. I. V

I. S. .\. I. V. I .

I. y. ·I· V· ·I, I'> -1{. Il· ·I~. Y • r 11 \ ~·I· -1,M·.·I.

I. Y··I·. V· ·I 1-;. ·R. I J ·-. !\. y. ·li, L· -!. lvl. ·I.. p„ rQ,

I. )

w.

,y

I. 2. .l.

'115

()rnawiam: w ty111rozdziale111odclc rnalc111alyc/.11e wykorzystuje si1: do konstrukcji drzew lilogcnctycznycli opisujqcych przebieg ewolucji sekwencji. Prowadzqc molckularnq :mali/.~ liloge1;ctyczn:1. zwykle nic jesteśmy zai11teresmvani badaniem alternatywnych waria111i\w sekwencji w obrębie jednego gat u nim. ale ustal:1111y, i.e określony gatunek jest reprezentowany przez jcdn:i st:kwencj\'· Dlatego wska;.niki te111pa podstawidi w modelach ewolucji sekwencji opisujq zJlliany. ki<\rc zat·hodzq w lakicj reprc/.enlatywncj sekwencji i kl(m: s:i wynikie111 utrwalenia w populacji nowych :Jlkli. Wskai.niki 1cn1p:1 podsławiCJi sq za1e111 z:dó.nc od 1nutacji, dohorn naturalnego oraz dryfu gc11ctyo,ncgo, a ich wartości nic pu.ckladajq si1: \V prosty spos(>b na tcnipo zad1odze11ia nH1tacji w pojedy11c1.ych sckwcncjach. 1·:wol11cja sekwencji I li'li\ 111oi.e być opisywana za prn11ocq 111rnkli zadanych przez 111acicrzc wsk:1i.11ik1>w te1npa podstawic1i mi1·d1.y t·1.lcTl'111:1 n11kkotyda111i: i\, (:,(i i T. Najprostszyn1 spośród tych 1111Hkli jcsl nH> powania w sckwc,ncjach ws1.ys1kich c1.IL'rcch zasad i gdzie ws1.ys1kie IH\\i.liwc podslawie11ia zacliml/.:] w jcdn:1kmvy1n tcn1pic. W hard1.icj /,loi.onych lllOdclach le dosyć upraszczajqce 1.aJoi.enia sq zlagod1.<11w. W 111odelu uog!\lnionej odwracalności w czasie wyst\_'pujq cztery paramelrv opisujqce c1.1·s1ości 11·ys11·powania 1.asad oraz s/.CŚĆ par:um,tn'•w charaklcryzujqcych 1cn1po p;1szc/.cg(1h1ych rodzaj1»w pods1:1wil'1i. I lla czlcred1 n11kleo1ydh oce11iL'. obliczajqc odsetek pozycji /J. na kt1irych mi1:dzy obiema sckwencjallli wyst1:puj:1 nii,nicc. Jed11ak warto dysponować n1iarq od!L-glości cwolucyj11cj mirdzy sekwencjami, klż11ica 111i1·dzy par:i sckwem·ji osi:1gnil' I%. Wi,,lkości prawdopodobic1istw prnls1awic1\ w ezasil' r(1w11y111 /1 l'AIVI uzyskuje si1' po po1nnoi.eniu niacierzy Pi\fVI I 11-krntnie pr1.C1. siebie. Podobnie j:1k w przypadku mlleglości n1i1:d1.y sekwencjami DN/\, odkglość l'i\M n1i\?d1.y par:i sekwencji hiall'k odpowiada S/.acunkowej liczbie podstawic1\ na JH>zycj1' w ich sekwencji. cl10ciai. zgodnie z konwcncjq liczba ta jest w 1y111 przypadku 11111ożo11:1 prze; I OO. S1:1d ml legł ość l'!\IVI r6wua /1 odpowiada /1 /I OO podstawicniolll 1rn pozycj\· w sekwencji. '/, n1acil'11.y podstawi„11 l'i\fVI ( 1\fii l 11111i.11;1 olr1.y1nać 111acier1.1' punktacji ró:i.niq logary1„ micw:1. 'li1kic 11lacin1.l: wykor1.ys1ujt: si1-: w al)'ory1n1ach wy1.11aL·1.:lllia dopasmv:u\ scl;wc11cji hialck. (le cny p11nktmv,· Sii. j) s:1 dcl i11iowane jako logarlylll stosunku prawdopmlohie1isl wa wyst;1picni:1 określo111.·j pary rcs1.t na odpmviadajqcycll sobie pozycjach w sekwcncj:1ch l'IVO·„ luujqcych 1.godniL· /. pr1.yj\'1yrn 111rnkk111 do prawdopodohit•1istwa dopasowa11i;1 takiej s:u11c:j pary rcs1.l w 11icspol.i«·w11irn1yd1 sekwencjach. Dodatni1· wartości ocen wska1.ui:1. i.1· podsta· W1cnia mi1·d1.y ukrc·ślo11.v111i a111i1mk wasa111i 1„acl10d1.q 1·1.1:ściej ni i. wynikalohy to 1. pr1.ypad„ ku. Na wil'lko.c;[· O('(:Jl wplvwaj:1 wl:1ściwo.c;ci li1.ykodll'111iu.m· odpowiednich a111inokwastiw

!Hi

117

or:v. struktura kodu gcnl'lyczncgo. Macicr1.c p1111ktacji BI ,USUM s.1 altcrnatyw11y111 1.hiorc 111 Jllacicrzy p11nktacji n\).niq logaryt111io.nq, ktlirc powastaly w wyniku bezpośredniej analizy:, podstawic1\ w zbiorze dopasowa1\ sekwencji hL:/, konstrnkcji 11Jodcl11 ewolucji sekwencji. 'lhkic 111acicr1.c lllogq hyć u).ywanc do konstrukcji dopasowa1\ SL:kwcncji, ale 11ic w anali1.ach lilogc.·:, JJL'.t yu.nych.

W punkcie 4.J. I omawialiś1uy dwupara1rn:1rowy model Ki111ury opisuj;1cy l'wolt 1 ej~ sekwencji DNA. Celem lego 1.adaniajcs1 p1It'Ślcd1.c11ic kolej11ych clap
(ii)

(i) IX

(;

I!

Jl ~·I. I 'N(i. A 111odcl or a111i110 acid suhst i1111 io11 i 11 prot ei 11s c•ncodcd hy DNA . ./011m11/ o(Moll'rnl11r 1„·,,ll/11ti1111. 42: ·l.~lJ ()};.

.'/)

Adach i, .I. and I lasegaw;1,

lk11m:r, S.1\„ ( 'olll'll, IVI.;\„ and (ionlll.'I. li.I I. J
ur proleill Sl'
duri111~

\' ((

h111ctio11ally

;\ 1111H1"I or cv11l11tio11ary d1a11gc in proteins. 1\t/11.1· of'l'mtl'ill St'f/lll'll<'t' u11t! S1nw111n'. :'\(.\ J: .H'i .'):'. Washi11gto11 Il(': f\Jatio11al llio11ll'dirnl

Dcli11icjr 111odcl11 wsplilu.y1lllik
l'rn111datio11.

.lak poka1.ano na seltc111:1ci1· tii) powyi.:,1.q'.u rysunku. l:1u.tll' 11·11qH111:111/.)'l'.ii / p11

ined divergc11t cvul11tioll

IJayholl, fVl.0„ Sd1wart1., R.IVI.. and ()rrntl, IL<.'.

l'rof('iłl F11gi11t ('ri11g, 1

7: I JL1 J:1..

l'r/~\.

l't:isenstci11, .I. 200 I. Pl I YLll' l'hylogcny lnkrc11c'(' Package \'<.:rsion .\.(>. l ldost1:Jlllia11y na stronie: Il L Lp: I Ie vol.< 1Li on. ew net.i c::. v1'"' Iii ll(ll u11. '"lu/ pl 1y 1 i. p. 11 l.111 l. l'rccland. S ..1., l\night. IU> .. 1.andwdicr, 1„1'„ and llmst, l„ll ..1.000. l'.arly lisation ul an opli111al codc. Moil'<'lli11r lliolllgv 1111
gcncli~

1lasegawa. M„ Kishino. 11.. and Yano, Ti\. JlJ{{), llating or tlH· l11n11an apL' .\plitting by a 111oll'ciilar or 111itocho11drial I >Ni\ . .!1111m11/ 11/' A/ole1·11/11r l·.'1·11/11ti1111. 22: I(i() 7·1. l lenikolT, S. and llrnikolT, .I.U. 1'!92. /\1nino acid suhslitutirn1 1natriccs fro111 protein hlocks. of' tiu· N111io1111/ 1\rndc111y 11/'S1"it.'11i't's US;\, 89: 10111)„JlJ. I lrnikolT, S. and I lcnikolT, .I.Ci. I 'Jl)J. l'erl"ornw11ce cvalualio11 or amino acid suhsti111tion 111atriccs. INS: Stmc111r1'. i"11111·1ic111 und Ul'/1etics. 17: 'l'J· (i I. .lo11<:s, D.T„ 'J:1ylor. W.R., and Tlmmto11 . .l.IVl. 1'19'.'. The rnpid gcnl'ration or 111t1t:ition data lllatriccs protein scqucnccs. ( '1\11/0S, 8: 275. 82. Jukcs, T.11. and Cant or, C.R. l'J(i9. L\volution of protein nH1lcrnles. In I I.N. IVl11J1rn (ed.), Mu111111alia11 tc·in Afrta/)()/i.1w. pp. 2 J.. I::>:\. f\Jcw York: ;\cadcn1iL' Press. Ki1nma. IVI. 198.\. t\ si111pk n1cthod ul" csti111ating cvolntio11ary rat1•s or hasc snhstit11tio11s tltrough live studies of 1111ckotidc scqnc11ccs . ./1111m11/ o{i\111/ec11/11r l·.'1'11/11tio11. li>: 111· .1 0. Knigl11, IU)„ l'rcda11d, S ..1., and 1.andwd>er. I ..I'. '.'00 I. Rcwiri11g the kl'yhoard: l'.voh·ability of the gcnctic

ry11 (R) do piry111idy11 tY) jcsl niw11e 2/1. W d:ils11',j <.'/\':;l'i 1:1d:t11i:1 1111.cz l';iUJ oz11ac1.0110 prawdoprn lolli1.'1\s1 wo. ie pol.vcj;1 j< '.\I w .\l:t 11 il· i d 1:1 1·1 ;t.'al 1. , , i J,> by 1: 1 11· sla11il' i w 1.·1.asic O.

(al Ze scliernal11 (ii) ma111y

d f '1rn dr Wil'.111y r(lw11iei„ że lb· = I l'tm· ~~apis;,: niwn:111i1: niż11i0Jm1T 11:1 /'1rn(I) i 1.11ajdi jego rn1.wiq1:a11ic dla warunku l1r1.cgowq!,o: /'1rn I dl:1 1 O. Na

ló.y 1.aloi.yć. i.c og<1111e ro1.wi:1za11ic 1:1kicgo rt'11v11a11ia 111:1 pw;1;1,' /'1rn(I) 1\ I /Je ·I/li i wy1.11ac1.yć siale /\ i li .

(b) W i)'lll lłlOlłlClll'il' /ll:llll)' f'1rn (/) lll«t/. f't()' (/ ). v\li\:tłl)' l'O\Vtlil·:i„

l'i\1\

+

f';\("

"/(>.

Sl"lnnidt. I I.;\., Slrin1n11~r, K„ Vingron. M. and ''"" I lacsdcr, 1\. 2000. l'rogra111 Tn.-c l'nak vcrsion 5.0. 111oi:c zostać pobrany Zć strony Ili. t '': / /wwv1. 1·. u::c• pu': z .l c•. de I. Ya11p., / .. llJ()(L 1\111011g-sitl' r;1tc variatio11 and ils i111pt1ct 011 phy!oge11eliL· :111~d)'SL'S. '/h·1uls in / ,'co/ogymul, l·.'l'l!/11tio11. l I: .lt17 7:1.

/'1m

/'1\I" v\ly/.lla\.'/ /',\< (I).

11/\A

/Hl'. 11· I i',,1l.

dr

Miillcr, T :ind Vingro11, M. 2000. Modeling an1ino acid rcplacc1111·111. ./1111ma/ Il/'< 'm111>11111till11a/ liioloN,\',

;„.

l\1 · I !',,,„ Uw1.;d1·d11iaj;11· sy1111:lric dosla11i1·111v

(c) Ze scl1c1ł!atu (i) tlla111y

t'ode. Nutttrf' N<'l'iews Ue1u•tics. 2: •-IJ)---5B. 7: 7('1

/',,<: orni. i.\' lb·

'/, powyi.szcgo r(ivm:i11ia wycli111i11uj /',\(;. /',," 1 /'.·n 11 1:1L1 :·.pu::.\' 111.v skat' r(11v11a11ie rt'ii.11ic1.kow1· 1..a1Vicr:1j:1n· ll')'l:11·1.11i<' I (dl Ro1.1Vi;1i. olr1..y111a11\,' w p1111kcic (<.') t"
1

I'.\:\ U l

;\ I I!

„

11:1 I (

'1,

,

:iJ· ","«iliw r";

"" I ;: "

i wv·1.11ac1.y0 warlu:;ci :,1;tlycl! 1\, fi i ( '.

„.

t <"1:1: u !<'1111: 1 l,1, 111 111 1 1.vv11ik111\'\'.':l:J1iic'Jli:1 •ltip<>l'.ic„I

(c) Rl11.w:r.i111v ler;11 p;11\' :·:ckw1·111.ji. Lt1.1n' 1ci1di1<"li\·; Si\' ()(l:;1·t1.·I·, po1.ycji ni:i11i:11.:y,·IJ 11iu, lr:tnzycji i tr:i11.•:ll'l'r.-;ji. Wic111v . .i1· :.: wy11ikaj:1 11' 1.:tl1·:i.11„::1·i'' Pl"/t."/.

i\'

!', ..

I )I ) ,

<; L: ,, i

11. Modele owo\11cji

llll

·In( I (,PJ

2 \/ ).

Wy11rnwadi n\wnanit• na \! + 2S w 1.alc/.11ości od c1.asu. naniL' w taki spos(ih, ahy wyka1.ać, i.c ·l·(
In( I

\/

· 2S).

jak\\'11. (cl,.cl)) w pr1.ypadkt1, gdy
lilJ S1nl11ia liu.h;1 p(1dstawic1i n;1 pozycji:.

·L~.

Rozw:ri.111y dltris1.y ()dcind: St'kWt:llcji l>N1\, kl<\rcgo ewolucja 1.achod/.i 11ic Uj. prry braku rlohorn 11al11ralncgo). Ws/.yslkil: wskafoiki lcrnpa 1. 1\, (' i Ci na bi.dy ·1. od111irnnych typ(iw /.asad s:1 równe 11, natomiast wskahliki tc·111pa 111utacji z T na jHlt.ostaiL' typy /.asad są n\wnc 211. Jakich c/.\'slości wysl\:'.po: wa11i:1 kai.dej spośnid c1.1crcch zasad nalc/.y ou.ckiwaL' w takim 1x1.ypadku?

l'ytania w lto.ś('ic doty<."/.S/:acowanc na 1'0 'J na 1.:1s:.Hl1: w ci:1· ;:.11 rok11. k:di linie cwolt1t·yj11t' scklwm:ji 1. 01111 !\at1111k1.>W ro1«:-:1.ly si1• oknlo IO 111i·· lillllll\\'. lat k11w. to ed1.ic n·1w11~· okolo: .\. I';:. IL -~ <,;,;' (

~'. ()'/(

I)

7'.)t;;,

l1'<11\'·· 1I1 i we".' 1\. l'r;111d1lpod<>l>ic11sll\!D, i.c ohil' sekwt·11''j1· 1>i1· rfrini:1 ::i1· "d :;ich il' j<'::t wi1·k-;1.<' tHI :)U 1 '{ I\.

i.

l'1a11'i,· j.-o;t 11111i,·j ;,/('11 .k

prnl:.1:111'i1:11 J<.SI 1.11;"·1.nic·

J).

1.rói.nicowane mi<;d1.y pos/.c1.ególnym( pozycja111i w sekwencji, odsetek pozy: t'ji. na których wysqpily podstawienia h1:dzi1: wi1:ks1.y nii. gdyby 1.mia~ ny na ws1.ystkicli pm.ycjach zachodzi· ly w jcdnak(l\vy111 tc111pic l'o 100 111ilionaclt lat sekwencja zasad w ohu rnlcinkaeh DN/\ h1:dzie całko· wicie: przypadkowa

.\. Spml1.i1:wa111y si1: l.L: po1.yc,1c synon11111cz· nc h1:d:1 szybciej ulc:galy zn1ianu111 ni1. po· 1.yc1c n1e·sy11oni111icznc. ponieważ: :\. l ldzial lranswcrsji jest wi<;kszy dla po· 1.vcji synoni111i,·1.nych I\. Stahili1.ująca ::e'kkcja redukuje czę· stośc' wyst\'powania pmlstawic11 dla 1H>1.ycji nicsynoni111ic1.nvch ( '. ( '1.\:stose' n111tacji dla p;11.ycji synoni· 111icz11ycli jc:sl wi<;ks1.a I). I )oh1ir naturalny sprzyja powstmvaniu Il< nvycli wariant< iw na pozycjach syno11i111i<'l.llycli

populacja n stale.i wielkości N cwol1111jc zgodnie/, lcoriq koalescencji i nic jest po~J„ dawana selekcji. NiLTli '/' h~od1.ic c1.ascn1 od ostatniego wsp61m:go przodka dwtich losowo wybranych osnlmiktiw /. populacji. Które z poni;!.szych s1wicrdzc1\ jest prn~vdziwc? A..Śn:dnia wartość '/' 1.aló.y od czc,.:stości n1111acji /1 ornz widkości populacji N B. J' ina ru1.klad norn1alny p wartości średniej równej N polwlc1i C. '/' h1~dzic bliskie N pokolt:nip111 dla hanlw d11i.ych N J). '/' 1.aló.y od polożcnia poszc1.egw D. Od cf.as11 J:wy sekwc:ncjc 111itoclion· drialne 11 obecnie :i.yj:1cy,:h 1\l'rvkan
6. W pnpulacji w wyniku 111ut;11.:ji powstal

iw·

wy allc:I. Kttirc 1. ptlltiższych lwicrd1.e1\jcst prawdz1wt·? A. Jó.eli. n1utacja jest 111utacjq m·utr:i111:1, 1stn1c1L: )()% pr:iwdopmlohie:1istwo. i.c z111utowany alit:! zastqpi orv!!.inalnv :illel B. ksi hard w prawdt 1pod1 ;l;ne i.;: pod wplyll'Clll dryru )J,L'nctyc1.11cgu nmvv allel /.niknie po kilku pokokniaL·lt ('. f\!lt1\acja Utrwali Si\' IV populacjijt:dynil' w pr1:J1 padk11 silnej p(i1.ytyw11cj sl'ickcji D. k1.t:li 1.111utowa11v alki ro1.pr1.csll'l.L'ni s11: na :\0'.li. pop11lacji. prawic 1.aws1.L' lllL·gniL' 111rwalc11i11

zalożcni11, i.L' ewolucja dwóch se„ kwcncji zachodzi zgodnie z nwddcm .l11kcsa Cantom, a w chwili obecnej rM.nicc mi1:d1.y nin1i wyst1:puj:i na 20% i'lOzycji, prawd:ucst, :i.1:: i\. ( ldlcglość .Jukesa .('an tora jest równa O, 18 1$. < ldleglość' .lukcsa .( 'anlorn jcsl równa 0.20 ( '. ( )dlcglość .I ukcsa· .( 'antura jcsl równa 0,'2.\ I). ()dkglość .l11kesa Cantora nic 1noi.t• być wyznau.ona bez dodatkowycl1 i11„ 1'or111;1L'ji ·

7. Prry

H. Które

1.

po11ii.szych st\vierdzc1i jest pu"

prawm:? i\. Macico. odwracalnvch \V czasie wsptilczynników 1e1;1pa p( 1dstawie1\ jest sy111ctrycz11:1 Il. IVlacier1. odwr:1e:alnych 11· ci.asie: wsp1'llczynnilmw te1;1pa podstawic1i jt:sl wykorzystywa11a wyl;ic1.nie do wyznaczania ukorzcnio11vch drzew ( '. fVlacicr1. mlwracalnvcl; w czasie wspólcr.ynników tc1;1pa pmlstawic1\ może być wykorzystana do opisu L'.WO· l11cji jedynie sekwencji DN/\. a nic sekwencji hialek D. Przy tworzeniu macicrzv odwracal11yclt w czasie wspólczyn;1ik(>w tempa podstawid1 zaklada si1: stalośL' w czasie' L'l.\.~Stości rt'lż11yeh nuklc1ltydrl' z ponii.szyl'i1 stll'ieord1.e1i jest po· prawne'! /\. Do poniwnywania odkglycl1 L'WOl11„ cyjnie sekwencji lepiej zastosować 111acicr;. l'/\fVl2:'iO, a nić 111acicrz I'!\ fVI IOO IL I )o por(>wnywania odleglycli ewolucyj nit' sek wen ej i lepiej 1.astosować 1uacier1. 111.0Sl 1rvl8), ;1 nic: 111acin1. lll.OSUfVJ(J2 <' I lo por(iwnyw:111ia rnlkglvclt cwol11 cyj11i1· sekwencji lepiej..z;1stosm1-:1L' 111acicr1. li 111.
11, Modoln i:wolucji

·120

E F (i /\ o 2 -I () -2 /\ J 2 l) -:I --LI (' 2 --.\ --1 6 I) 5 -.\ --2 E :\ (1 F

,,

D

('

-

(1

(i

H

li

2

-J I ()

K I

·'.\

I I -:\

-'-I ()

()

.·J

„4

'.\ -2

J

3

:I

I

()

'/

.11

J

.1

.\

4

.\

-)

5

2

K

I' I J I I () - I .l· .!\

M N I --1 --2 :1 I I

I,

I I I

,j

I.

rvl

.,

()

·)

')

.\

5

2 (i

N

2

I .\ ·-.1 () I

I'

.\ 2 2

.,

()

R

s

T

V

I -.\

I :I

I I

()

()

()

•)

()

2

()

o

.\ '.l.

.\

·)

:!

()

()

()

-I

3

.\

l~

I

J

I .\

2 -2

.1

.\

')

'.\ 2 2 -I I -1 cl -2

() ()

()

I

1

()

()

5

s

I I

I I I I

5 V

, .I - · Sl\'Ch s1wierd1.ei'1 s11usrn< 11° 111 1" " . ;,y · ri 'J.' ili:\l'ICI dulyc/.qcych p<1dane1 pmv_) .L •

2 2

2

'I'

I() . I'\. 1ó1" t

2 I .\ .11 2 -3

()

5

<)

I I I

w

I

-.l

2. . -I 2 \ .\ .\ 2. () 2 J 'I Il y )

I

-3 l

--2 --2 2 --1 2 7

Streszczenie W rozdziale 1y111 opis11jc111y wyhra11c h:l/.)' danych sc·kwc11cji kwas.iw 1111ldci111J11·yd1 ora; lii:1

lek. Rozpuo.y11a111y ud n>1.w;1i.a1i 11a tc·111a1 lego. li' jaki spos:11.v da11ycli om;_ jal. 1hina1H· w 11ich dane byly orga11i1.owa11c i zapisyw:111c. Opis11jc:111v po11:1dlo pil·1wo11w ha1.1• d:i11ych st• kwcncji DN/\ i hiakk. a w dalsi.ej c1.1·ści n»wni,·i. ll'i<'ą11c b111.y danych zawil'1-:1jqcc i111'01111:1t'j<· 0 rod1.i11ad1 hialek. ( l111(iwie11ic 1.:1sohc\w pos1.C1.l')!Ól11ycli hai. danych olwj111uj•· cli:1rak1cry~.1vl..•· rodzaju pr1.cd10wywa11cj 11· nich i11forniacji orni. struktury icli rckord(111'.

li.

„

llLÓSU!Vl(>2 jest poprawne? . "' Alanina jest dopasowywana du .111)/\. n iny C/,\~ŚCIC-J · . . 111/. · · ws,, ·l"t/V\V'ilhvJ na lo 'j

•

pr1.y pa dek

. \lan'111a nigdy me jl,sl ·1.an1iL'.lliana na IL / cystein~ , . ., ·ypll>l'an C. Najwolniej wy1111e111;111y .1cs 1 1'· .. , l',1~111enly macierzy lc.1.;1ec pu1.a

D.

p1 ;,elroi1orqunalnc Lo 11 l"\l Il<\ !!_lOWlh\ s,J · ., · " · podslaw1cn . • mąL · . lzv tempa -. ro111v1111 · · aniitH )I\ w~1~a111i ·.

,

„

Bazy danych powslawaly w celu z.aspokajania rm-.111ai1ych polr/.dl. f'fo puc1.;11k11 hyly wykor;.yslywanl'. prze.z. pojedynu.ych naukowdlw. u1noi.liwiajqc wy111ian<; i11f'orn1acji i dosl~p do niej wqskicj grupie spccjalisl\'iw z. określonej dz.iccL1.iny nauk hio111l'dyu.11}1 cli. Bazy danych powslawaly n)w11iei. w celu org;mi1,uw;111i:1 danych splywajqcyl'11 /. rc;di1.u-· wanych prnjckl{iw sckwc11L-jo11owania om;. ulalwi;111ia prow:lll/.t'Jlia p11c1. liriny 1':1rn1a cculycznc bnda1} 11ad nowyrni il'kallli. lla'f.y danych. w kl{lrych s:1 gro111ad1.011,· ro1.111:1itc inf'nr111acjc, siały si\' konil'lll poci:igowylll wsptilc1.,·sn1·j biologii. :1 icli licz.ha jest ohcc11ic liczona w sclkacl1. Kai.dcg<1 rok11 specjalny 1111111n c1.:1supis111:1 J\111<-ft-ic :\ciils lfr.l'l'1m·fi 7.awicra katalog dosl\~pnych w l11lL'.l'llCCil' liaz d:111ycli z d1.ic·d1.i11y liiologii 111olck1i1:1rncj (Baxcvanis, 2003 ), or1H)wic11ic poslc;pu w roi'.woj11 isi Il iej;1cycl 1 łi:11. d:111ych m:r1. dn11 icsicnia o nowo powslalycl1. Informacje o hicilogio.11ych h;11.:icli d;111vcl1 n10/.11:1 rnw11it·i t.nalc/.ć w kat\\ .·:11 danych hylo 1.hina11ic i 1n·11':111t, ::.· kwencje. to 1.acz.\:łci rn1wijać 111cl()(ly :111ali1.y 1:,rn111<1dz,>11ych d:111v«li 111110/liwi:1j:1n· 11:1 sytikowanic Sl'kll'cncji." lyrn s;1111ylll kat:doguw:111ie rud1.i11 hi:ikk i t'IJ:1r:1klw.

fi. Za:;nlJy

')'1 1''"

i11lnrmai;ji n ue11acl1 i

Wr:11. .1. 1ioj;11Vil·11ic111 si1,: 1.;1ulrn1ia1y1.owa11ycli i wysokopr!.L:puslmvych :;1·\ \\'c111·jq111\w;111ia 11pows1.cclrnily si1,: projckly ·1.111icr1.aj:1cc do poznania :•1·1H1111ow rfri.nycli organi1.111liw. Realizacja tych projektów 1.rod1.ila potr1.cbt,: porz:1dko1.v:111i:1 i1ll.1ir111;wji 1.wi:11.a11yd1 1. ukrc.~lony111i organi1.ma111i i sprawniejsi.ego /.ar1.qdzania'' ik1i ros11w·:1 ilo:;l'i:1 d:111yc\J. l'mvstaly spccjalistyl'l.lll' ha1.y danych /.awicra.i<\cc infor:' 111:1cj1· wyh11·1.11i1: 1> nkreślony111 gatunku. \V ly111 sa111y1111·/.asic naukowcy doslr/.cgli wagę'. 111·11·dst:1wia11i;1 inl'orn1acji o :,•1·11rn11:wh w s1.crszyn1. hiorncdycz11yrn kontekście unmżli: · wi:ij:1cy111 1lrn11 :1d1.l·11i1: :111aliz pm1iw11a11·0.ych rni1;d1.y )!l'IHllll.L·non1 ich l'unkcji. Takic prf.ctls1mvienic danych ula1willl integrowanie d:111v1·h / ,1.aLn·::11 hiolo:•ii 1110\ckularncj i ko1rn\rkmv1·j w hai.ach danych s/.lak!lw 1:1h1i\i1·/.11v1·h "r:11 1Hldzi:ilvw:11i 111i1;d1.y1'/.<\stn·1.\\lllvycl1. W celu 111·owad1.enia hardziej :.v:.1<·111:11v1·1.11y1·\i had;i1\ llli\il'kularn1',!!.I\ prnlllli.a ch()r<)ii pPwslaly h;11.y danych wią:i.ące "L1·1·:d•1111· :•1·11v / 1\dpnwicd11i111i 1.111i:111:1111i :1.L·1H'ly1·1.ny111i. IVL1•;ml'y 11:q1lyw inl'nr111;wji o :~c1m111ach wywar! dui.y wplyw na badania biome'. dy1·1.m" I h11v,·lw1.:i~; 1.1:~ro111ad1.om: dane p11·1.w:ilaj;1 naukm1•crn11 prnwad1.iC· jHISJ.ukiwania lllTl1i:11; llH)'i.liwoŚl' ich wykorzystania IV lL'rHpii i'anllakologicz; m'.i or:u h:id:w. dl;10.c~1.11 rfri.11i pa1'j1:1ll'i rcag11j;1 w n'1i.11y spos1ih na takie sallle dawki ld.1\w. 1111::1; d111 y1·hc1.as 1.chr:lllcj i1\1'11rm;1cj i .i1·sl pr1.yl lal'!.ajqca. ( )grrnunym wyzwaniem l·•.·d1.i" j1·.i '.;c«11"11i1· i pr1.1·ds1;iwi1:ni1· w post:ici. klilra \H>·1.woli wykmzystać sekwencje ,'" 11"111"11 o.I• i11·i,·k:1 i i1111ych !':11111l1„ów do przcnik1iit;cia 1.awilosci biologii 111olckular1ll'J. 1·" koki 1111111·i.liwi pcl111· 1.ro1.11111i1'.11i1· ·i.wi:11.k1.1\1· 111i1,-d1.y okrcślony111i zmianami :!1·111·tyu.11yrni :1 d11,rnharni. i'li1· 11kg;1 dy~J.w:ji. i1.: 1.sl'i;w1·11cjrn1lllvanic calych ge1H1nHi1V n'ii.nych organizmów, 11 1y1111-•.1·11on111 u.lmvicka. jest wil'ikirn osi:1gnic;eic111. Jednak rosn:1ca ilość gromadzonej i111'm111;11:ji sa111:i w sobie nic przcklada si~~ n:t 1.wi\'.ks1.enie sianu wicd1.y, a /.rozumienie •ll'p11i1.<11.',ji g1'\Hl111u nic dokonuje si1; 1.a dutkni\Ticrn L·zarnw.icjskicj rM.dżki. Potrzeba 1\·i,:lc 1)r:wy. :ihy taki1· dane pr1.cksztalciL; w wicdl.\ hiologiu.m\. Najpierw nalci.y zlol;;ili1.1>w:1ć ~:1'11y i 11stali(: w nich pilloi.cnic 1Kkink(l1V koduj:1cycl!. Bialkorn powslalym 11· wy11ik11 tra11::!:1cji 11aki.y pr1.ypisać 1'11nkcjc hiologic1.nL:. a gdy jest jui. znana struktura pu.1::;t111'llll\\':>1.ccllllic 11i.ywany1.·h nhccnic ha;, d:111ych ma inne eelc islnienia i zakres .lt >:,, i11;111i:1. I 'i•:1'\\'1 >I n1· li:11.) w:111_v1:h l'rag1111:11tach l ll'\Ji\ 1.:11«11. \Hl j1·j upublicznieniu. Pierwotne ;i,;u'!.y d:nc)'d1 (:Ili)'.. f>l'illlllF\' d1t/it/>11S1') /.ilWic1«1j:\ wid1: l'il/.lllaitych i111'rn111acji. które są i•'< l11;il, '·1.„ :,1< 1 I">\\' in·1 •. ·1!1 >w111·. I11au.cj j1.·s1 11· pr1.ypadku wtiln1ych haz danych 1;i11;'. .1,,,·n11t/11n· d111i1/1u.1·cl. /Wa11y1·h l'•>WlliL'Ż hai.arni danych rodzi11 hi;ikk, w których 111!t: "1·;wj:i d;111\'l'li 1. wi('li1 pin11·ot11y1.·li haz danych nil'Sil' pew1q drnl:11\..1>W<\. niewyslępu· 1:w:111· 11i1·1l i111'"1·111
1

Strulnzach danyeh nich s:1 n.1.iisanc w podrozd1.. 5.5) obejmuje rozpoznawanie k . , . ,. . , sckwcuc.11 (11Hitvwów) w doinsow·ii 11· .1 .1· . . . onscn\.itywnych mlcmkow 1 1 . ' '' ' 'cl ww osc \Wl'ncyp1y ·I 1 (· o I . alir;n111c111) rozdz. () 1.awicl"l 01 )1·" "vvl· „ · · c ,m," 11111 1111/c .\'1'1111c111·e ' „ ' ,, ' J '011.vs 1ywanych w ty - . 'I ku na konni IL~j ksi11żki zclwrno ·idres\' 1·111 , .• · · lll ce li melo1 1· W /.alączni. ' ' · c1nc 1owe zaso 1)OW l·t<).. , „ - . rozd:r.1ale. · · · ' ' IL- s,1 omow1one w tym „

5.2. Strnkhmll rnlmnlów w bazach danych Struktura rekordu danvch ·csl . ściśl. 1.. , , 1 ' .1 " . l 0\ILSOna (li ;1 pos/.CZL"''l 11 r•\ 1 \ ·· I· ... lelllll dane 1. rekon Il iw lllO"'\ h"Ć WL"'"I , . · ,~o )„L . J.t/. <.mych. D1.1\:k1 ,_, .J ,,, vw.i11e 1 nulornatyczni, pul er. W tvrn celu koni, •cz n ·i ·c·st 1·111 : : . . · . · c \li l.c 1Wal'!.anc pr1.e1. kom. . - .. ' .1 . lll lllnnacJ·l' 0 1 .1,1,. 11 .1 , ." ... ,· '· v\) - l.l • do1y w skrotowc1 1 1OnL'"O rL·I· li' I11 ( " t·I· . ' " • OSll (),l('S . . . z bazv da11ych Swiss-l'rnt 0111 1.·l\I · "' _ '.< ( . Jll'l.Y' .idy 1denlyllkalortiw . ·. · , · 'm1Hl w IHH 1rozdz. ).Li J () -r · . ·, · . 1dcntyfikal<>l'wvcli J·t·sl li . , .. '. e 1111ow.1111l. 1 wykor1.ysw 111 c -' · ... OSyL I O/, 1l'" 1Vlll '/'l'"ld111' '' 'T' lek lub kwasów 11uklcinow"ch 11100.' l ; c'. „ ., ""' cn1enL c sa111L' sekwencje hia. -' ,,A )\'C u1rneszcz.one w ni" ·I I . . · rycl1 kazda slosujL' swói' whsil)' S).'Sl: . . znyc 1. JM.ac 11 danych, z klti. · •· · · c1u oznaczann rek 1 · J' · I .1 wymi. Wynika s1:1d koniecznośc' ·1st111·, " . I . . ' . ( J( ow Il cnlyf.1 \alorami tckslo.. · · · · · crn.i m poWIL'dn1ch 0 I· I· „ · wro1.nych bazach dan)rch N 1·1,1. l<'ii·, . ,1 l sy .tezy nui;dzy rekordami · ·' c St' wcncw s·1 dosl' · 1 · · ~-Plll' w wie uf ragmenlach i kai.dcmu z nich 1ialci.y pr!.)'IJis·ić odiJ
„

•

•

.

0

„

".

'

„

'

•

)Sj()(l!)'lll L'il'lllcllil'.lll dcfi11ic'i ba;. r d· r, . ', • , . . • nych. Przykladowo kaid)' 1·L·l·l11·ct.l lJ" )I dll)lch .1cst st111ktura i i.mvarlosL' rekordu da„ • „ • • ·' .11.y ( anyc 1 schv ·n .„ J·l IV1crac 11<1!.W\~ "L'llu inf\ ..· . . . . ' e c.11 IHJ' cotydowvch powinien z·11 I.llldtJt,: 0 or~1a1111.1111L', !. któreoo l. ' . .• . . ,_ · . · .. . . " 0, go 1.sckw1·11c1onow·i1 .1 1.11 .„, (.. , . . . . 1.en "'en pochodz1, kto 1 kicdv . . . · ' ·' ',;.c .Jcs 11 to n101.l1wc). pika· ,. 1 · "' 1. . "· . . . · IV
Oazy. danych sekwencji nulduolydowyr.h

121\

W przypadku wiciu haz. danych sekwencji, wyświetlając zawarlość pliku z. dyncz.yrn rckordc111 danych, trz.eha prz.cwim\Ć z11ac1.ną jego cz\:ść zanilll dolrzc si<; l'rag111enlu ;, sekwencją! /,wyk le w tej c1.\:Ści rekordu liG.ha ;.naków w wicrsw jest śle określona, a o.asami kolejne rcszly w sekwencji są podane w grupach po IO ków. Liczby podane na poc!.<\t ku i ko11cu kulcjnych wiers1.y z.awieraj:1cych Mc1' w"1"""·<· ula1wiaj:1 i.orientowanie sit,\ w jaki111 jej miejscu aktualnie si<; 1.najdujc111y. Wicie lów oprngran1owania hioinl'<1rnialye1.nego ma wlasny ronnat ;.apisu sl'kwcncji . .ledny 111 1. najprosts1.ych jest format Ri'ASTA. W plikach 1.apisanych w ty111 rm1nacic pierwszy wicrs1. rekordu ro1.poc;.y11a si<,'. 1.nakiclll >,po którym 1.najdujc si1; 11llll1L'r dost\'.PU do re-· kordu. identyfikator tekstowy rekordu, i upis 1.awarlości rekordu. W kulcjnych wierszach: jest podana właściwa sekwencja. Zawartość puo.ątkowego rrag111cnt11 pliku w i'mmadc F;\ST/\ z sekwencją kodującą białko ludi.kiego prionu wygląda nast\'.p11j:1co: :«.iii l'J()!\()')lqhJMLl()6'7.1J!lUMPHP0/I llllll\i;\l\ pt:·iun p:i:ul.t:i11 I .'.C:!1GCAGCCA!1c;c:•.1H.t•cccc/\'J.'A/\'l'GAC'J'( :C'l'C'l'l '.(:l :·.1.·cc ;'J'C:f\( ;C:AI ·:/\

'/:\O

(:Gce 1\C f\'l 'C:CAC' l'G/\C( '.' 1·c:c:r :CC"l 'C' l'c:1: /\/\C:AAC:CC;( :ce AN :ce I'(.:

i wicie kolejnych wiers;.y ;, sekwcncj:\. W powyi.s1.yrn przykladzie picrws1.y wicrs1. 1.awicra 11u1ncr dus1q1u \M.13 66'7), idcntylikalor lekslowy (llUfvll'lH'OA) ornz nu111L:r sdrn1e11cji ( \'J()r\ (,')) · nic.jest lojcd11ak wy1naganc. Właściwie !Hl znaku :.. lllOi.na urnicśeic': dowolny ei:11~ 1.nak1\w, a więl(: si.ość z prngratm\w ui.ywanych w hioi11ron11alycc do a11ali1.y sekwencji poprawnie rozpoi.na laki plik jaku zapisany w l'ornwcie FAST/\. hin11aty lienl\ank i Swiss-Prol są i.decydowanie hardziej sko111plikuwanc nii. rurnwt \;/\ST/\ (pur. rys. 5.1 oraz 5.3). Pro, gramiśei be1. trudu zauwai.<\. i.e lal wiej napisać jesl prngra111 odcz.ytujqcy sekwcncj<; z. pli·, ku w rm111acic F/\ST/\ ni;i. program realizujący Io samo 1.adanic dla pliku zapisanego w ronnacie Gen Bank. !'rosie l'urrnaty rnająjc'.dnak wady uwidac;.niaj:1ce si<; w prt.ypau: ku dlui.szych sekwencji. /.apis ci:1gu wiclu lysięcy 1.asad he;. pr;.env, plld1.ialu 11a wiersze i regularnych w.11aczc11 pm.ycji moi.<: z.nao.nie utrudnić pr;.eglqdanie sekwencji. Różne ror111a1y z.apisu danych pllwslaly w celu zaspokojenia n'ii.nych potrzeb. Przy twmzeniu bazy danych zalc:i.y na111 na 1.ad1owa11iu c1.ytelności rekordów i un1il'S/.l'zaniu wiciu in· rormacji 1.wią1.a11ycli z nkreślonąsd:wcncją. l'r;.y tworJ.l'niu oprngramowania do analizy sek\vencji islolnajcst łatwość odc1.yl11 i 1.apisu danych. Pliki/, Sl'.kWc'.ncjami /.apisanc w r(i:i,nych rorm;1tach 111usz:1 mice" pewne cechy, kt6rc po1.walaj:1 programowi hm1puternwe111u rozpoznać rodzaj rorn1alu wc;.ytywanego pliku. Na przykład 1.nak > musi wyst:1pić na poc1.:1lku wiersza w plikach 1.apisanych w fonna· cie F/\STA. a ka i.dy rekord w pliku 1.apisany111 w f'mmacic EM BI, i Clen Bank musi koi\· c/.)'l' si1; na polu 1. clykil'lą / /. Ninviclkie hl1,'.dy w l'ornrntach plików są pmlstawowym i.rt'idlc111 prnh\(.'IJ1ÓW pojawiaj<1cych sit,~ przy urucha111ia11iu specjalis1yc1.11q!_o oprngra1110· wania hioinf'onnatycznego. Istnieje wic'.k n'ii.nych l'orniatów zapisu sekwencji. Jest ich tak wiele. i,l: pow~;tal specjalny prngra111 lll\Hfi.li\l'iaj:\t:)' kOll\Vl'l'Sj\: j<'dncgo for111alt1 ,ilil drugi program Dona Ciilhcrla IZL·adscq:1, ktt\ry jest doslqmy w lnlernccie pod wie· łon w adrl'salll i (np. I1t 1 p : I / vvww . ,,, \>i .
· I 125 ) l owyzsza . ' . rekonlpnw z:1ehowa{ ją w llO·· ·I·I· I . . . , , 'Je 1 c 1.ipow al~wrvl111u 'I" k.1 . . , . . ząs,.HlllO\\'.t,tllm p:u·sow·mit•m (' ." · · .i p1ou.s11azywamy ·m·ili. , ' . .111g. /ll//'.1'//lf') ·1 1'eo „ •I. . . •" przclwarzancgo pliku / dan"mi 1 ,,:: 1· .. '.' ·' . '°o llll.c 11t:g zalei.v od slrul lllrv J • • e,, I Wldl 1 Oil]() /('SL'! \ 1 , • • ' • oznaczonylll elykie1<1 ć::
f).3. Bazy clany(;h seinnmm;ji ri11ukli~~ff[y[fowvcli .Sekwencje 'i'\ 11u11l lt'1 l ... "·I· „. nuklcutvdowt· .. . '' \ I \l'\'ISl'l
"

•

1

"

5.3.1. EIVIBI.

'.'

ff/

!i. /asoby infonuacii o 11r:nach i l~G

. .. .„ ... i i' l'IVll\I. sta11owi<\ da11c dllsl:iro.anc /. ośrodlJnv sck:vcnd:illVL'.iL p1L 1 111s1ytm.11 ). / ..isi 1 >. ' , . ·()W hiropcan l'alt.~nt Ol lice (bPO) . . ... ,, , od imlvw1du:dnyc 1l J\,tu 1,owe • / . , . . .... 7 t:ll>ill)W:\111.I ,~l llOlllll, . I . ·t '„ 11i '/J'/C'"/()11\/illl w INSI> (p .. \.). ). · ·. v d·uiv(' 1 1. pai 11c1.u .. · "· J , 1ir:r1. 11ochrnlz:1cc z WY 1111 " 11 1 ' · ·t . iiyiii SL . I ti::rrnlLow S<' 1.IVL'.llCJlllHl '. '· , '()''i "'(" :L'ktirdv (sckwl'11cjc· ti lącznc.1 długo, '\\\'ILTlh ()!\.! ' -'- 1 „. Ll 1 . · · w li11vrn 1 tH )·· I r" I,u 1·• ' ' · . . 1·)()ooo rfrinvch oma1111.mow . , Il 1"' I ( I 1· 1 ') I nu k k"I \'dt'iw I r<·prc1.c11l upiec pll!l,\l 1 . . . , >,I' I . 'l ( ! • · -~ •. )· . · . · · " .. ·i 111 tHklmvvchl. · · t ,,. 111„1"·wa1.ap\t'L'.J t!.<, s< .. · . . . II\' . . t;ik:i.c w edu ulał w1c1!la Zat'l.ą: · . . illl'T 1••rti1na< 1/.lll1Yl 1I l 1•1 - L11 ·' 1 . . ,, '/. 11\\1:1~!.1 11:1 og1011111.\ " .,. ·I 1:1\ill'I ;ost·dv ll . . " · · . • •111 ih ·d wencji ulc!.,;q;1cvch cksprcs,11 11 i'!.11111 1rndl<1w1.~~,o :.L ''' < <. w·--l111·,1. "1.)), .• L '''' lll. · . · , (· 0 · •fi·lfimui.;llput g1•11011111· .1e11111>me.1, / 11,l, . I , ·I \"t'11c11· »c11n11HiW< ,\ll"„ , \\'Y~,11L11pr'l.l'JHIS thVl~ ~)l \_ 1

1

•

,,

Tahela ~;.1. I l'1ialy bazy< irnl\anL

Typ sek w encji 111h jej Jl"chnd1.c11ic

I >1.ial

l'I' I l\l li ) iVI i\1''1 \'lff

11'1\i

l'i.i'I

/ )!1)1 /0lli

inn)'L'h s:~ak{)\\'

1.

/ iiinyd1 kn,·gowc1)w ,1

\lezl\ n,:gowc1)\\'

rPslinm:, /. grzy\)(')w i glunuw

Il< 'T

l>aLl<'ryjnc

\W!.

wir11st)\Vl'

l'llli

1 hak11.~riorag1\w

',/ltlc'J.!lit·

111,J.\ l'.S'I l'/\!'

wyl v;11r11 llll'

llil'OJli~illH'

1.11;H'/_11iLi

~,i·l~w1·11cji t1\t'J':1j:1l">'1·h ck!->prcs.ii

tij)(\\l'llitl\\''11\C

111il:j~·,1.:a 111<1rLt'Hl\\'l'. st·Lw1·11vji :,e\:wcnc.ic pr1.crl:\dowt· 1~v110H111

I l'l'l; I ff(.

\\'\':--.nkt ipr1.cpus1owc '.'il'L \\'l:Hl'jl' 1.!.l'lll HHO\\'t' \\

~v~·.t ih ll"!epu~l()\\T ~l'L \\'l:11ejc cl H'-JJ\

JJTGS) i 11 iewyko1iczo11c wysokorzcp11stowc sekwencje cDNA (ang. high-t!iro11gh1>11t cDN!\, Hl'C). Na1.wy d1.iał<\w wsp
5.3.2. Strnlcturn relrnnlu w bazie dlanych EMIR Rekordy li<11.y d;111ych s;1 skonstnimv<111c w taki spos<'ih. aby ich 1.awartość hyla czytdna zarówno di<1 o.low icka, jak i kornputcrn. D<111c s;11.apisanc w fon nil' tekstowej i urnics1.czanc w regularnie. ro1.rnics1.c1.011ych polach rekordu, dzięki ci.emu programy komputerowe rnaj;i do nich lai wy dosl\'P· Oprog1«1111owanic przcszukui<1ce 1.asohy ba/.y danych nic 111 usi anali'!.ować 1.awartości c:dych rcknrdów ogranie/.:! się jedynie do pr1.ctwar/.ania zawarlości tych pól. kt(lrc 1.awicrajq inl'im11acjc odpowiadajqcc 1.ad:me11111 1.apyt:mi11. zawartośc' pola rekordu danych ha1.y danych I·:MBL 111icści si\~ 1.wykle w pnjcdync1,y1n wicrs/.ll plik11. N;i pocl'.:1tk11 każ.dcgo wicrs1.a '!.najd11jc si'; dw11znakowa etykieta opis11jąca typ da11ych 1.mvarty w dalszej c1.\:sci wiersza. Istnieje ponad 20 n'iż.nych 01.nac1.c1\ wicrs1.y zwi:\/.a11ych /. r(iż11y111i typarni danych, np. w wicrs1.u /. etykietą IU 1.awarly jest idcntylikator rekordu, gr11pa takso11ornicz11a i dlugo.~ć sckwc11cji. Inne wiersze zawiera.i
c1.~ici

rekordu

L'iyk iclq // (/•»::.1·11.

pD

1/11111.)

wierszu

n1,1iac1.n11y111

etykiet:\:·.:(!.

·12u

!i. Zn:;nliy informacji o qrn1acli i

wc wsi.yst kich 1u.ech wym icnionych bazach danych jest banl:r.o plldohny ( prryl~ladowc rekordy danych TrEMBL i Swiss-Prol sq s1.c1.cgl'>lowo 0111aw1a1ny w podro1.d1.., ).':I). Dane 1, bai.y danych l\MBL nmg<\ być pohicrnm: 1.a pomm«\ systc111n SRS O:tzold, lJlyanov i /\rgos. 19Wi). kt<1ry integruje 1.asohy glównych liaz danych scl~wcncp :uninok wasowych i nukleotydowych 1. wieloma spcc_ptł 1st.yc1.ny1111 scrw1sa1111 1 ha1.a11.11 dany cli zawicrnj;icyu1i 111.in. dane litcraturowc ora1. i11for111acjc o motywach sckwcncy111ych i ·slrukturi.c !~ialck. SRS uirJOi.liwia pr1.cs1.ukiwanic baz d:rnych dla 1.adanc.i zawartości wybranych p\11 rckordl'1w danych (np. adnol.acjL: do sekwencji. liasla klnc1.owc_. nar.wiska aulur(iw J. Opróo. wysi.uki wania rekordów I \MB L 1.aw1L:rn_i;1cych 1.adanc c1:11;i tekstowe, moi.na prowad;.ić L:ksploracj(,~ 1.asoh(1w lej ha1.y danych .. wyknrr.yslll.J<'.L'. _piko argumc1:1 przeszukiwania r.adan<\ sckwcncj\' nukk.otydow:1 lub ;111111H1kwasmvą lak1c pr1.eszuk1waniL: 111 oi.mi wykonać 1.a po111oc:\ udost<;pniancgo pr1cz sysle111 SRS inlcrkjsu siecioWL"'O do 11rnorallHJ'vV ;, 1i:1kict(1w BI ,;\ST i 1:1\ST1\. {_-. t:"'

5.3.3. GenBank (IL'llBank (lknson 1 iii.. 200d) jest haZ<\ danych sekWL'11cji 1111kłl·o1ydmvycli 1.arz<1d:.an;\ pri.l'.I. National Center for llioteclmology lnforlllalion (NC 'l\l) w !kllą·sda w USA. Jej ;,;isohy i.ostały po rai. pierwszy opublikowane w grudniu I 9X2 roku 1 ohepnowaly (i06 rekordów. ()a 11 c 1~rn1rn1dzrn1e w hai.ie danych pochOLL1.<\ od 111dyw1dualnych hadac;,y. /. prowad;.onvch ;1a dni.<\ skal~· projckk1w sek wenL·jll11owania. 1. ha1.y danych ( leno1iatc11ttiw .United Statcs l'atenl and me. ,s equencc· ()·it-·i . , , l"isl' ><. , w· •S·1nt·1 ' ' [;c w lJS;\ • • / · bima · . Tradcinark ( lriicc (USPTOJ ora1. innych rniędzynarndowycli lllur patentowych. a tak.ze 1, ho.pośredniej wymiany 111i.;d1.y parlncra111i 1.r1.es1.onymi w rn111ach IN.SD: Wielkość hai.y danych GcnBank rośnie w ogron111y111 lcmptc. glmVll!L' /, powodu deponowania w niej sckwcne.ii EST i innych danych t'L'ncrnwanych 1.a po11H1C,'\.\:ysnkopr1.cpnstowych technik sckwe1H:jonowa11ia. l'rzykladmvy ud1.~al scl~WL'l>ll hS '. w I?~ wydaniu bazy danych ( )enllank 1. l11tcg() 200„1 roku LI(>. 5:-i.1 J(h> 'IX) nukkotydm\ li' 30 l)(Jg •-11 g rekordach) był niwny ok()lo h.\ 1;;„ N:iJl!Cl.lllL'J repro.e11tmv;lllylll g.alunkicm w 1y 111 wyd:1ni11 ha'f.y danych hyl /101110 s1111i1'11s. ;1 dalej (pod w1.gl~:lkm liczby 1111 kkotyd(1w) 1.nalazly si\: M11s 11111,1·c11/11s. N.111111s 11on·1·gin1s. /)111110 ra111 1 '/1•11 11111y.1·, '/ uwa1.,'i na wiclkośL' ha1.v danych ora1. n'>i.norml11ość /.nidcl da11vcli. rekordy bazy dan.ydi c'ienBank zoslaly p;ld1.iclone na działy odpowiadajqcc w dui.L:j ,·;r,·sei us.~;'.lrn,1~1'.1 !-',;·upoili 1aks()nrnnici. 11 y 111 , ;de niwnici. lypmvi 'l.awartych w 111ch s~kwcncp (lóS I. (,SS, fl'l'(; itp.). Aktualny podzial ha1.y danych ( icnB:lllk pudanu w l;1h. '.>.I. 1'011111110 1.asloso\\':lliia ciosy(' ;irhitr;dnych regul. p\ld1.ial n:kord(1w ha1.y da11ych 11:1 1\>'/.d'/.11:lnc grupy JCSI jl(liVlccz 11 ~, /. wielu puwodów. 'l\1ki pod1.ial 111<1twia na przykład pr1.cprnwadzc111c szybLic1.;o_ a 1,;\rn;.cin spccylic;.11L'go pr1.cs1.11kiwania h:i'f.y danych pr1.c1. 1.awt,:i.L·111L: 1.ada11~­ ,,0 ;,apyl:uiia d(> wyhr;;ncgo d1.ialu ha1.y d:111ycli l11h ohj\'l'it· pr1.t•s;,ukiwallic111 1vylqc'..111e '1ych d'f.ial<'iw h:il.)' d:inych. kit'•rL: 1.awi1:r:1j:\ da1w wysokit•j jakosL·i.dzi,:ki c·z,·111u el11n111'.1.'. je nioi.li\vośt' pojawic11ia 11· wynikach pr.1.cs1.ukiw:1n1;1111111t·.1 \\'1:1rvg(>d11ycl1.o,L'k\VclllJ 1 .wv1.1wc1l>nYcl1 1cch11ika111i wys<>l·.uprr.epw:1owy111i. . · l ); 111 c /: bai.V thinvch (i1·nll:ink 1111>)>.:\ l1y(' puliina11,· ;a po11Hwq :;ystt·11111 hntrcz udllsli;pniuncgo ,Pl"/.l'; ['il 'BI. kll'iry 1111H>'i.li1Via pr·1.L·dsl;1\\'i('llit· da11y,·li 1. l1a1. danych

!.i.3. llnzy da11ycl1 sokwe11cji 1111i
129

sekwencji nukleotydowych i a111inok \\lasowych ni.iii. IV kontck::cic wynikliw 111 ;1p()w; 1 nia genomu. hada1I filogcnetyc1.nych. po111iar11 po1.io111u t'.kspresji gen( iw i h;1d;11i strnktury przcstr1.enncj hiakk. System I \111 rei. udostępnia niwnici. zasoby ha1.y danych M f ~I Jl ,I N i·: _ litcrnturowc.i ha1.y d;u1ych stan()wiqccj gltiwny elc111c111 ba1.y da11yd1 l'uhl\llcd 1.ar1,; 1 dzallL'.j przez National Lihrnry or Mcdicinc (NLM). /'.i111L'grmv;111y sysll'111 l•:11trc1„ Wr;J/, z bcZpllŚrcd11i111i powiq1.ania111i do pełnych lcksltiw artyk11i(>w spccjalistyc1.nych i dodatkowych. /.l'IVl1\~tr1.nych /.nidel i111'ori11acji. podnusi 1.1rnu.cnic ha1.y da11yclt ( it'1illank j:1ko źródla i111'or111acji hiologiu.nej. Opn'>u. wysl.llkiwa11ia rclrnrd,'iw h:11.y da11yd1 ( IL·111l;111k zawinaj:1cyl'l1 1.:1da11c ciqgi tckslowc. cksploracj\' 1.aso()()w tej liazy ;lanyL.'h 111oi.11:1 pro· wadzić. wykor1.ystujqc jako arg11111cnl pr1.cs1.ukiwania 1.ada1q sckwcncj\' 1rnkkutydow:1 Iuh a111inokwasowq. Tego typu pr1.cs1.11kiwanic 11H>i.11:1 prowad;.i,'. kor1.yslajqL· 1. 11dusl\'.P 11ia11cgo pr1.C1. system F11tro. intnkjs11 siccioll'cgo do progra11Hiw / pakic111 Ili ,!\,')'I'. W skład kai.dcgo wydania hal'.y danych ( icn Bank wcliud1.;1 n: kun ly 1. M'k \l'l'l1cj:1111i. indeksy slwrn-r.011t· dl;1 wylm1nycli p
\Nielc serwisliw sieciowych lwrn-zy powi:vani:i hipcril'kslowL' do rckllnhiw 1>:11.y da11ych CicnBank 1.awicraj:1cych sckwc11L:jc,: i tmv:11-zys1,qL·c .icj :1d11ol:1c.i\'. W:1rlll ::.:1it'111 p1-zyjr1.L''' Si\' bli;i.ej i'or111;1towi lakicg() rekordu. Kolejne pola rekordu 1.awicraj<\ dane. kl1iryl'li typ jc:;I 01.n:w1(111y l'iykict:1n1i. '/.awar !ość 11ick1<'>ryclt p(il mieści si\~ w pojcdyno.ycli wicrs;,ach plik11 1. n·Lord,·1>1. W pr;.y padku 1.loi.onych l)'[lll\\' da11ycl1. puk rekordu 111oi.l· 1ldpo11·i:1d:1c l'ii1,'ct'.i nii. jt·d1H:n111 wicrs1.owi w pliku rod1.aj rcprc1.c11lowrn1ej inf'orrnacji jl'SI ll'il'dy dod;1lk()wo 01.11a cw11y 11.w. L'lykietka111i. Najhard1.icj 1loi.l111y111 1ypc111 da11yd1. ki(m· 111oi,· ;·:1win:H' 1\·· kord h:11.y da11ych ( lc111\;rnk jl'sl tahlic:i c(:cli :;l'kw,·1wji. W pr·1.yl:l;1dmvylll n·l.md1il' danych. kt(>rcgo 1.aw:1rto:;ć poka1.a1u1 na rys. '.i. I. wyst,·p11jc 11 ctykic·t: 1,1 >r :u.•:. 111·:1<' 1 Nl'l'IOf\l, i\CC't·::::; LOl•I. \/l•:l·:,c;ruN. 1,1.::Y\11/( >Pl>.';_ ::\l\JI.'.( 'I':, 1-:1·:1··1·:1:1·:r\J('.f·:. ( '( lfvlf,110:1'1'1'. Fl':i\'.l'llPl•:ć::. 1:11::1;: C'(llJf·l'L' i !1);1u1'11<' t;\ etykietq.1.awicrn n)wnici kilk;1 innych i:;lol11ycl1 i111'or111;1cji.j:1L 11p. li,·>'h:11111kk1111"[,ill'. hódlo da11yt·h SL'kwc11cyj11yt·li (11il\l'i1\l. d'f.ial 11;11.y d;111ycl! (i'I' 11id:iil,'1.dl'p11111>1\';111i;1 sekwencji w h~11.i(' d:111ycl1. Pol(~ Ill•:F 11•1 L'I' I' Jhl 1:1win:1 "1.wj,;11_\' (>pi~; '·<·k \\'!·1wji ( 1• , 1111:1 wi:111y111pr1.yklad1.i1'.l1t1111,111 111 ,,11 p11>lt•i11J. . Nastqrnit• 111;u11y 11ok l\C'('l•:.1 : ; : I ( ihl 1.awi1.-r;1j:1<.·„ 1rn111cT d·1-;11·1H1: 1111il,:il1w , 111·· z111ic1rnc 01.nac1.cnic· k:i:itk:go rekordu 11· h:r1ic da11vcli (111 i·I! ',1,1,"i>. l'(l 11i111 '''""11: pujc pule v1rn:: I Uhl. ki(.)f"C 1;1\\'it'ra i111"1>ri11acj(· () li(.'/hic 1.111i:111 „,,,1,,, l"IH"jl 111";1/ lllllll<'I sekwencji 1111klcotydull'cj (ang. ,t;1•11i11/i1 id<'nti(i,T, 111 f:f: I <111 [(, 1JI. k11ir1· 111>1<•>lill'i;1

[Jazy danych si:ltwo111:ji nulllootyllowyeh

!i. !a:;o\Jy inlorrnaGji o onnai,:11 i !

g·I)'>

lll:i:J!!!'\j\l!J

'I.'•)

ll\!Hl'l'l'lil' j>l l<'!l

l(qllUI!

I••

\!l\ll

\•p

11\lilli\,

kodu_j:1cc_j ('/'! . . :lJiJ) itd. Odsylac1.c do rekordów lej lub innych ha;. danych są umieszczane w oh1vhic tabeli 1.a pośrcdniclwcm kwalifikatora /db __ xref (omawiany pr1.yklad zawiera odwołania do da11ych o źródlowym organizmie zgromadzo11ych w taksonoJllicznej bazie danych ( t:dxon: 9GOG) oraz odpowiedniej lrans!acji sekwencji w bazie danych sekwencji alllinokwasowych Cicnl'cpl (GT : 19 ()IJ 7 O)). Przyklmlowa 1.awartość tabeli cech nic ilustruje wszystkich moi.liwych typów informacji, które mogq się w niej znalcić, jednak pokazuje, w jaki sposób lak ie in f(mnacje są przc·dstawianc.

l11w.i1

U1l"]ll 1~l l'

Ml\1>(,J

·n:w;Hn ,J.Y\li1!>11:, ',fJ\lld"L


:i:i/i: ·;i:·:<./:~: ;,/·:.: ~: .: :~: : '"~: :.:·:; :;,.r.: ;: 1 1 : .'„: : : :.: : ,,.,' ,.,,, ,, '· ,,,, ''"''''''"'.

111.1u•1:1wc

t;,2 ,;:.'.:~:~ :~:.<„)>,;;'.::::".'.: ~; ;.,)~;:\"";,;;; 111 :.:~\l ~'(\I ":;·i,)::·:

1\\1\"HDF i

1 1 :::; ,' l

!

l"l!'J,i.

::1\: :~.;.::a<.m.1 !

H1dl'\l U\l

1.

(\IH\ \)) :ll tlij I

,;,d

!•")'l !t,,11 1••:1·1

·~

,J
_' I l

I\'!)•, 1 11•1

'•il I'>">'

dll•J'·

:ti!\./lf

l

!(olejne pole rekordu jl'st 01.nac1.om· ctykict:1 BA:_:;r.: COUNT i zawil'ra i11forn1a1cic 0 1111 klrntydowy111 skladzic sekwencji (tu G6 1) A, 500 C, '183 G, GGfl 'I'). W polu

.'\.'()

/•l! 'J•\l!\ 'il!\' ,,u, r.1<•1 "'\

d•

>i\

OFICJ N jest podana, o i le Io moi.I i we. i n l'onnacj;t o lokal ii.ac.i i gcnolllowcj pierwsi.c-

on nukleotydu sekwencji. Nastt,:pnic jest podana sekwencja nukleotydowa. Rekord jl'sl ;uko1ic1.011y pok111 01.11ac1.ony111 elykictq I I. /n.il"

"pl \\l!l

''"l"ll

,1.111

l " " ' '"'""

l

l•\

)')ij\

5.3.5. dbESl

'"

: ;: :~: i:;·~: :)i:iCf: ~i:·:;~:/.: .~:.: :~: ;:,.\:?:ri: : ·:i~:'.t~ ;: : ;':i: .:r~: : :'.·: ·:,: \;:~: :; «>ih~';f;:i•Jl.r

»;\>\·'::

')'''

1' 1;• I:·;, ,,'":':,'l <•:I„ :':, •:•: :·:: . l•ll'j''l• ł'j

«\

J''

li'•!\!)''•,,

•·J'llt•J''

·11'•j\)

1

Znaczniki sl'kWL'nc.ii ulegaj;1n· ekspresji !EST) są wy11ikicm zaulomaty1.owa11cgo procesu st:kwrncjo11owa11ia l'rng111L'nlti\v DN/\ losowo wybranych ;. biblioteki klonów kornplcmcnlanwgo DN;\ (cDN/\ ). EST są wai.11y1 n 11ar1.ędzirn1 hadawc:~yrn, poniewai wykorzystuje si~· .ie do wykrywania nowych p.c1Hiw. 111<1powania gem\w na okrl'ślonych

U.l ''l·\,I F!.f'Jq"

•,111 'l

l

hhll

: ·:1:1: :.'·~:l: •:t:·;:;,:·:i: "l'l"l'll •. . ::::,..:::.::

t >'"·l•\\d\,l

!I

jl

'''I

I'!\,;.\!

d

1•1

·l''·l,·l•t!!'

chrornoso111ach. a taki.e idc11tyfikowa11ia sekwencji kodujqcyclt w genomie. Szybki spo-

""

sób sekwencjonowania cDN/\ oka1.al się hyc; s1.c1.cg1\"t' t'/)

dh• lfrdka IHd1.l;ic1~" prionll., W cdH 1.wi1,kszcnia '. . •. ··~ /ll'i'th · ' ' ' 1·krt'1cn11a. a jej usH1111·ty lrag111c11i 1,;1sl<\Jlll>11y 1111 lok1opk1cm ••

-·

1

1

..

· 1 1 .. . ,1 lwolnv·lllii· sii· dll hic-iqet:j wnsji sek\wncji. IVlodyfikacjc sekwencji I\'\ 11nz1 m ;,nc ' -· ' ·· • · · · · · I· · I·· "· · nztvm d<\ 1HlWrnlować 1.111 ia111,· _jej 11111111.:rn 1: J. ak sallla sd;wem:,1a 11 <~l 1.1t: ~'l
U~:,)

(/\1 '(

'1•:;;:; LUJ\] I.

.

„

1'()11' I( i•:Y\rv( li-: 11:: 1.awicra I ic;t•« llasd klm·1.owych pr1.y_111sanych sek we nep Ima rekordu. 1 lasla le 1.wykk npisuj<\ produkty cksprcs_·.11_ okrl_·slo11cg.o )-!:l'_1H_1 I J.~1.:1 ( ' n protej;d:qś itllli\. islii1 11 ; 1 inl'or 11 1ac_j"·"1.awarloŚL'i rt'kon Iu (lu .1111v I 01 c; . . , • · ('ql · ''()IJl
:I I· ·tl ·i 1·-11-·1 ''!VI 01nac1.0110 hiolo!~icznq klasyf1kacJ\' /.I'()( WWbI nia sdw•·ncji. I '\''1L" ' "·1111J · I"' · • il ilcl„ jak w pr1.yldad1.ie Ila rys. '.'i. I). - "I one rrng111L'n I )-I se '·kwcncp ,. 1,. 1.. 1•-1 1•11 'I" „. 1 11111 i,·s·;,·;.o . 11 c inl'nrrnacjc· wiąi.:1cc ok1\'S l „ 1'·-'

po~~

Ill""lll.J'/ Jll\I 11-1< >111;: : ;Li I) i ':11: :, 1·:11 I'.' l I Y'> I \ '

„

'. '

' ""

-

I

.

.

l

l'IYP'l( (li

11 JH1d:111ymi p11hlik:1cja111i n:111kowyl\\i. '/,lożOJl_\' typ danyc l o1:1s11,1'.\ IV .y11_1 p ,:· '.rNE il:. 'll'l'lltll'" 'l'l'l'I I" ,l(JIJl:l'l/\J,, Jvll•:Lll.INJ:: 1 1'\11\Ml•,U. l•,tyL1Llk.\_IĄl_,l}L1.,. ,·1 VIdi' 'I. n "'· ' " · I „ • CO o/.l\al'/.Ulltl l\Ultt<'r t1 11st1;pu udp11wi,·d11icgo rd;md11 liazy danych l1lcralury met yczttCJ, !.

i111111ilill'i:1 d•>l:tr<'i•· do slrcszc1.<:11ia odpowicdnic~p.o :irtykulu. . . I l " I., 'ill»ll«ll"l'i'I' 11111ui.liwi;i u 111 ic.<;'/.l"!.t·11it.· w rl'kord!.IL' ro1.n1a1lyclt ko111e11t,111.y 10 Y "" • „ ·" L·I 11oni . osornn„,.11·\•1·11 "I- rc„·1 11111 .·1 •;<'l;wcrn."1i1111 lic1.c:h11osc kop11 gen11 I„ JL:go lu,a 11„.tLJ.t · 1. I". ',. , ·' -. • „ . . I „ . . 111 ·c SI" szczc) '1 ·1 I· l 1 I 'I "\'I'! Jl• I"" wsi ·1111jc n;t po1:!.<\l,:L talwl1 cech. w \llll'l~J !.J\:tjl .I · y • ' „ 11;1. "y,11.· < , "'· -. „, . " . -1 111, scl·wenCJI :•.•llo\\'y opis wl;isiiości sl'i;w1·ncji. j
„

czania genów c1.lowicka (111clrnla jest prostsza i wynwgająca mniejszych nakladT dhHST (Boguski. Lowe i Tolstoshcv, 1991).

W lutym 2004 roku baza dhEST zawierała ponad 20 111ilionów sekwencji 1. ponad '.180 różnych organi1.1111"1w. Do pierwszej piąlki najliczniej reprc;:cnlowanych organiw1il'l1.1· (: -5 mi liorn'lw rekord<'iw ), Mus 11111.1·1·11/11.1· (-~4 miliony rckord1iw), Nu1111.1· 1111n·egicu.1· (."i.'-\0 ()()() rckonlriw). 'fritic11111 111'.1·1i1•11111 (500 OOO rl'kordów) i Cio1111 i11tes1i1111/i.1· (4lJO OOO n:korth"iwl. Lista 20 orga11izmów, klt\rc według stanu na styczci1 200-1 hyly najwi1,·ks1.y111 :i.rt'1dlem danych w dhEST podano w tah. 5.2..

.lcd11y111 1. 111anka11K·111
pojawic~nia .~ii.~

hl\'.li<)w w dhHST dotyczy okresu od sierpnia 1.auważono, że okolo l,:'1% spośr<">d gt)2075 rckord1iw 1.deptH1owanych Jll'/.L~Z Washingto11 University U1:11rnnc Scquc11ci11g Ccntl'r J\Ja bli,:d11ie pr1.ypis:!ll:\ 11a1.W\'. źnidlowego orgnni1.n1u. /,identyfikowano wtedy ponad I OO 96-studzicnkowyt·h płytek, 11a których znajdnwalo si1: z;1równo cDN;\ czlovvicka. j;ik i myszy lub klon'. hyly 01.11aczone jako zawicrnjql'c mall'rial ludzki lub 111ysi.

19% roku do lt11ego i<)l)7 roku, kiedy to

hl\~dniL'.

G. Zasoby informacji o uonacli Bazy danych sol~wnncji nul
Orga11iw1

I .iu.ha EST

/ lo1110 sopicns (czlowick) Mus 11111sc11/11s

+ t/0111cstic11s (1nvs1.)

')1f(}f)•I.\:\ .I o:IO P,.\'J

N111111s (sl.l'llll"I

y;g ·I()'.!

'fritin1111 111•sti1·11111 ( ps1.cni,·a I

( ;111/us g11/111s (kma)

5.JlJ '!I'.\ ·1'>2'.i11 ·151 (i'i.'>

I >unio r<'rio (danio pr\·gowa11y')

·IO'i%'.'

( 'ionn i11tcsti1111/is (oslonica)

leu

11111.v.I' (

danych uległa podwojeniu w okresie rnit;dzy lipcem 2000 roku a lipcc111 200 I roku. Aby , porad~ić sobie z lak im 1.alewe111 danych, kttralorzy ha1.y da11ych wykorzyslt1j;1 lokal11it• rozwi,pu1c oprognu1H1wa111c do masowe.i ohslug1 prnCL'Stl dcpo11owa111a 1 pr1.t'lwarzani;1 danych, co poprawia sp(ij11ość ha1.y danych i ogra11icza ro1.pr1.c·stu.cnia11ic si~· lil1,:d(l\v. Istnieje 111oi.liwo.~ć przeszukiwania zasoh(l\v lej liazy da11yd1 w trybie online za po111oq programów z pakicttiw FAST;\ i BI .AST

W lu1y111 200LI roku DDIU 1.mvicrala 30 •IO) 17.1 rt'kordL'>w (.\(1 07
.l'JI l·l'i

k11k11ryd1.a)

Yi/

.'\i•Jlo/>ll.I' /oel'is (;i.aha s1.po11iasta I

Takjak lranslacjL· C'l)S 1. ha1.y d;u1ycl1 I ·:rv1 B!. sq drnla11'<1tll' dl} li;1/y da11yL·li Tri ·:rvm I . a 1wsl1,'.pnic wykorzystywane pr1.e1. kuraloniw do l1Vor1L'ttia rck()rd<\w 11;11.y d;u1yc:li Swiss-Prot, tak i lra11slacjc CDS 1. ha1.y da11yclt Dl )Il.I sq aul11111;1tyc1.11ic dod:1w;11w do bm'.y danych .llPID (.fapan l11ll'.nrnlio11al Protein lnl'orn1atio11 I Jaiahasc), k11'>1.L'j 1.as<1hy s:1 nastc,~pnic wlqczanc do ha1.y danych l'IR-l'SD (por. podrn1d1. 5„1).

O\~;

//ori/1·11111 1·11/gor« (j1·0.n1ic1'1) (i/vc'i111· 11111.1 (soja)

J .. f•l 5.H

11111rn.r (bydło)

.U I l:l
flt1s

Silt11w1111ro11ioils (i.aha bczj\·1.ykmva)

297(),%

/ )n1su11hi!t1 n11·lo11ogus1,,,. ( 11H1s1.ka

'.'.(17 .\t'

owt icow:i)

Sus sem/ii (świnia)

:1c1c1•1.Jl! ·'·1<>.101 :1.100111

( !n·::11 .mrii·o (ryi.) Socc/111m111 ol/ici11<1n1111 (trzcina ('11kn 111·a I

5.3.7. 11\lSD

l'i 200

( '11,•11orlw/Jditis eleg1111s (11icid1)

:1

;\ro/Jidt1/!.l'is 1/111/imw (rzodkiewnik pospolity)

1%'!0·1

i\friliuigo 1m111·11111/11 (lucerna)

I P,7 7h\

„ • '.· 1c,otlo "I· ·I'\\' '/. !'ST na lych W ko11sekwenc.11„ do czt;sci " . 01.1iac1.onycli . .: . .plylkach. . . . . dodano . _ „ · .,t (1-'i7 .1·e l lno'frl'lc111ie hl\dllle opisanych 1.eko1 stosowne oslr1.L'.ze111c, · ' · · . dow 1.ost.tło , l· w;u ·I ni<,'.lych w calości 1. hai.y danych. ( )pisywa11y przypadek stal. SI<,'. sy1ll.lmlu'.1 l~ll .<: jakie niesie stosowanie 1.atttornaty1.owanych lech111k sckwenL'Jl~nowan1a'. 1 s!11.twt ,' ~c ·w edu rn~rnniczcnia niożliwości wystqpicnia pmlobnycli hl<,~dow w op1og1,1rno.\~,:mu opracowy~.vuj<\cyni dane do deponowania w bazie danych 1.;u111ple111cnlmv;um p1ocu lllY walidacyj1ic.

Rcalizmvattl' projckly c•t'LWl'tll'jo11owa11i:1 dlls[;trc1,;1jq l;iL ll,!.'.l'llllllll' iluc p11 jcdyno.c grnpy h:1dawczl' 11iL~ s;1 w sta11il' 11;i liil':i;wu il'h klll11pktll\l«1L'. W luty111 I
Tc.

5.3.6. DDB.J · · I "1'111. ..1()\)1) I ... l· ·I l')l>l'l (DNA l»ila Bank ul · Japanl 1M1y;11.a,1 '· po\\.·st·1hwl986 • • , ·' . ··ł)l)l'Jl···1·obec111e \.11.1. :,~ · · · li ,osc. : 'I ld1.y · „ · cl·<1nyc·I 110„ · "tli'L.Wl\T. ,„I <>wa„11uw111c sekwc11c'1011owania ludi.kiego gc11011111. Wte , 11···zl·11• 'liczba rdmnk>w . li I I \)\)l) " l'\Vll/<'/'lh ' y zdcpomiwanych w san1y111 ly ,o rocu . p11. .) :"" '"'·1c1n.1 „. c' ,.bazy rckonk>w dodaiiycli do hai.y danych 1v popr1.L'dt11ch IO latach. ;1 w1clkos' s.1111 ·.I

R]'s.5.2.Strnl.tllra h;111d<1111·d111,ISIJ "11l'Jll111i< ;11ia I

' (

I>llll.I \

~li<;, .l:q<.11\)

Wy11ikic111 11awi;11.a11cj w~,11<\lpracv .iL'sl '1:11.a da11vl'l1 li,ISI l ( l11ln11<1ti1>11;il l'i11"l"'>1id1· Scqt11·11u· Dat:1has\') 1ry:;, :;. 1 ), d1.i1;ki kl"nj li;11.,1 d;i1:vl'l1 l'l\llll„ ( l<'1li\:11il„ 1 iii >l\f ,·1<:1 ral;1cry/11j:1 si1; ol1L'l'llil· t:tk;1 sa1n;1 ilośl'i:1 i .i:1/;osci;i d;111yl'l1. ;111i.y1I"'''11in. 1kp»11111:11 dane w jednej / lycli ha; d;inydi, 111<1j:1 pl'\\'1111.1"l:1 <>Il<' d":•t1·11111· n'11111i,,/ 1 11 i'" Z0st:ilycl1 ha1acli d:ll1y<:l1. /,;1.•;uhy w.'./'.y1:1Li,·1i ha; d;111v1·li \\l'lind/'.:\, \«l1 '" ,J.1:1<1 111.')J' powit,'.k.<>1.aj:i ;;i\' w wv11ik11 li«1.pnśrl'd11iL'.'~" d1·1•L11H111·:111i;1 d;111.\'<'l1 pu, I" 'l•"i>"l• I.iii"

5. Zasoby intonnacji o 0111mcll i

rJnnych sokwoncji !Jialck ·135

r:tl()ria mn' pd ni:\ okrcślon:\ l'u11kcj1,:. wpływaj:\ na przchleg real11.owan1:1 1·unl;cji liih iiinycil prnn·s1iw tnp. rcpłik:tcji sd;wencjil. s:1 zaanga1.owan~' ~''.. o~ld:.1ały. I . 11\llVI\ · okrcslrnq struktu1v dntQoluh t11.u1rn1.1cdową 1·1 l ··i·\'"l \l'illll:t " ' · ' l·c;hrni . ·" , \ll"'l".llllll.I<\ ·.1. . . , • ·t!( I . l I rc~"ll . I· ·. ·;· 1111· 11 ·11>:.ci 1n111i11lliil"ii i >:kladni op1si'lw cl'ch spmvodmvalo, ze dane n\V:Ulll ~-, ,;; !lhl'<";lii· llptl\VS/.l'U\l\i:111e W rorn1ic 111110).liwiaj:\L'Cj dcktywn;\ wym1aiw nll\'lL1.y baza· ·· · 1v INSD rn„11 11111· 1Ia11yc Ii ·1.11.<::JD11y1111 , · · 11\ll"'\ ,.. hvl' . hezpo:;rcdrno :111al1f.owanc za sp1·cja I ist yc1.llL'!'.1 l 1lpn >1.~ran 1ow<1111<1.

p;

1

l

t

.1

.l

,

•

_

•

,

•

•

•

•

•

pomocą

1· 11,l·1s·1liśrnv gro111ad1.iL' i analif.owac.' I · 'vV1H>Jll'l.l'ln1111prn10.1.1 · ' , .• ie · 1nukowc" • . .1 1.;1e1.ęli •• , • , . ,, '„ I ·. l'1ll·il ·;'1c·;1·lv l1vl' one' wv1,nac1.anc owczesn1e stosow<1nyn11 lccl1111ka} \. ,{ ·y „ J ~ • . • ·. „':' • -_ W 1·1.L'CZ)'Wistosci opubllkowa11yrn zbiorem 1111 SL' I,\\f('nl'JOllllW,llll,\. , · · .1'cdnak • 11ierwszy1n • · I IV·11I,\· 1111, Sn111<'11ce m11l S1mc/11re :·:t· I\WClll.".JI··,)y . 1v 19()" . ·' 1·01,·11 1\1/m· · of'/'mlcin . . -, •. .autorstwa , ·!Vl arg~11\'1·I) a.\'Il t 11·1· (l)·ii1lii11·1· llJ(i"i) Do 11rn I rnku 1\1/11.1· zaw1eral 16(l0 b1,dck 1 hyl swo, ~ , . . . . „ . • , • ·1~I·t t: :0 · 1·ot ,.1,,{ 11·11 ,. \)·11 dane w tornlll. d1ukow,mcJ, ' „·1 11·1 11"cl1" 'N kll'1re·1 11rZL'Chowvwano ~ l ' Id •IVL')' · C.I lC<\\'Y . Jl' ·. I1, .1,t·' 1l1··;y•·1·11' na1·11i,TW W))isać ;1 ll:lll " " , · 11111sieli · . · . .·1c do ko111putera. . . By o .to d!lŚL: uciąi.iiwi'. jt.:dnak warto zauw:l/.yć. i.t: w taki sposoh powstały dwie wa1.nc bazy

~)1.' ,\Vl'lh~ll'. (~ Li\'

„

1

l

;

•

•

d:u1ycl1. . . . · I , . vą v\I rnk11 I qg4 1\1/11.1· Daylrnll /.llSlal wydany w lmll\IC eleklrairm:lt ro1.poc1.<1l arclllw11.owa111c sckw1:111.11. )J.'. :k11'\'l'il. l;lll'l:\lku;Vll lia·;nwal lll\ 11a 1\1/11sie Dayhoff. a 11astqrn1c na _1cgo wyda11111 d~ . 1 1 rnl1i<-.'.iivni. ( )pisvw:u1a wc;,·ś11i1'.i ha za danyclt ~1\11BL1.ostala po r<11. pierwszy · 111una \\' -1'J"' n. 1·1ll\ ,11 , ·1 1'·1·11·1,L'li d\"'l'"now:tl ·1(·1· wyd:llliL'lll 1. I
I

1

)1

•

"

,

.

',

•

udosi/

1

sekwencji. Innowacyjny pomysl Bairocha polegał na wykorzystaniu formatu rekordów bazy danych I•:IVIBL (p. 5.J.'.2) do /,apisu sekwencji 1. PJR-.PSD. Ten wymagajqcy niezwyklej pracowitości i wytrwałości projekt ostatecrnic doprowadzi! w roku 198(> do pierwszego puhlic1.11ego wyda11ia bazy danych Swiss-l'rot zawieraj:\cej po11ad 4000 sekwencji. Dn lutego '.2004 rnku lic1Jia la zwi\'ł,szyla sit,~ trzydziestoszcściokrotnic, dochodząc ~Io

J4:l 790. W kolejnych cz<;ściach fl·go p()(lni1.d1.ialu dokonamy kn'>tkicgo przegl:1du wybranych

baz danych hialck. l'r1,y_jrzyllly Si\' równie:!. i'or111atowi typowego rekordu ha1.y danych Swiss-Prot.

5.4.2. PIB Baza danych sekwencji an1i110kwasowych (I',')))) powstala przy Natio11al Biomedical Re-scarch l"m111dation (NRBl'l w latach s1.cśfal!.iesiątych XX wiclrn pr1.y ok;11,ji prowadzonych pr1.c1. Daylmtr had:u\ nad cwolucjq hialck. Od l LJKK roku baza danych PSD jest zarządzana prze:;. l'IR-l11tcrnatio11al orga11izac.k 1,r;.es1.ającq ośrodki gro1nadzącc. da-· ne sckwcncyj11c dla rnakroc1.:1sll'a.ck (PIR . .llJ'JJ) i JVlll'S). Niedaw110 haf.a danyclt PSD l'IR (Wu i i11„ 2003) wstala wlącw11a jako l'IR-NREI<' (l'rotcin l111'orn1ation Reso11rce No11-red1111da11t REl"L~re11ce) do 1.integn;wanej bazy danych winl1.y oh,~j111uj:1n·j ha1.y danych i oprogramowanie analityczne. 'v\I lutvm 2004 roku baza danych l'IR-NRl-:1' 1.awicrala I 48."i 02'.'i 11iercdu11da11111yeh sekwc11~'..ii z h;u. danych PSD Pii~, Swiss-l'rnl, TrEJVIBL, Rcl'Seq. UcnPcpt oraz PDB. lnteresujqcq ccchq bazy danych PSD-PIR jest to. 'i.c poloi.ono w niej nacisk na klasylikacjt; rnd1,i11 białek, co wy11ika 1. ewolucyjnego aspektu prac prnwad1.onych przez DayholT. Dane w bazie danych s:1 upmz;1dkowa11c w sposób hierarchiczny wok(\! koncepcji rodzin i nadr()(lt.in ohcj111ującyd1 hialka o podoh11cj sekwencji. W obr~~hie nadrodzin sekwencje maj;\ podoh11:1 dlugośc'. a odpmvicdnie białka charakteryzuje podobna architektura domenowa (tj. zaclmwana jL,st liczba, kolejność i rod1,aj domen). Nowe hialka sq dopi:;ywanc do islniejqcych 11:H.lrod1.i11 w spos1)b ;1ulo111atyc1.11y 11a podstawie układu domc , 11 długości dopasowania z sekwencjami sklasylikowanych czlo11ków rodziny or;1z wy-znaczonego 1. dopasowania odsetka icb1tyc1,ności sekwencji. 7.asohy bazy danych sq rvcl':111c uzupclnia11e o takie inf'onnacjc,jak nazwa i krótki opis nadrodziny, dane hihliogralic,~ne, lista id1~nlylikator(l1V dla sekwencji rcpre1.entatywnych i sckwL,ncji kluci.owydr·, arch1tekt11ra domenowa oraz 111otywy sckwc11cyj11e charaktcryz11j:1cc okr1~ślon; nadrodzmę .

1

Powiqf.:111i,: sekwL'llL.'ji 1, opublikowanymi wynikami danvch •~kspcrymentalnvch sprt.yja zan·llVllll poprawie jako.~ci umicszcza11ych w rekmdacl; adnotacji, jak i ogr;111iczc~11u 1nlli.liwości pojawiania si\' hl1;dJckty sekwcncj()nowania gL·nomtt. 'l\vorzcnic takich powi:1za1i jest mo'i.liwe dzi1.:ki sys.1c111owi dep1l11owai1ia d:rnych hihliogrnlic1.11ych, kt1'1ry poi.wala spolec1.11ości nauko\\'(" dodaw;i,:, por1.qdkmvat.; i pohicrnl' dane litcrn111rnwL' 1.awieraj11cc inl'ormaejc o okrc2 N,·i 11 111 "' hcrs)

(f'r::.1·11.

1/u111. l

I .. t . . ~.1.·\\\'1•111.·.11. / dn1\'.J 1110Jn;i

I (Il

.

I

tworzyc rrn 1,l11\·/nadrrnl1.i11~: hialeL fa!lg. sf'n/

danych sokwo11cji hialnk

!i. Zasoby inforniacji o ocnacll

°136

1:r1

ślonym rekordzie ba1.y danych l'SD-l'IR. Na stronach intcrnt:luwyd1

PIR 1.chrano wie n
nych danych ekspcrylllc11lal11ych i artykulliw prZL'"l·iduwy ·h W · 1 , "L . I 111c ;f1irych pr1.ypndkach \vykorzystujc si<,'. wićd/.~' ZL'spol
Dni.a czi,:ść ui.ylcC1.ncj inl'orn1:1cji 0 whś .· . ,: ·" ·I . 1 'I I . . . . '. Cll\·OAldC l SC\\Vćlll'JI ll'"f /'l\V'll'(' cy cech. ( . mt z1 lu 111.111. o z11·111c lub [li'/.c·w·1
5.4.3. MIPS

.

t 11·

w ai

fvlunich lnl'orrnalion Center l'or l'rnlein Scquencc·s (Mil'.\) zajrnujc. sit,'. wspieraniell1 kalnych i europćjskich projd.:((iw sckwc11cjo11owania i a11ali:1.y l'unkcjrn1al11ej, i 1.au.<1d1.anicm spccjalislyct.11y111i. gcno1nowyrni bai.arni danych \np. 1\ml>ido11sis li1111i1, Ne11ms1111r11 cms.1·0, drni.dżc), ro1.woje111 standankJW adnotacji do sekwencji kk 1J1·a1. udostqmit.:1ll spccj:dislyc1.m:go oprogramowania dn a11ali1.y sd.:wencji ( i in„ 2002 ). .Jcd11y1n z gl(iw11ych nurll'iw jego d1.ialalności jL'.St 1.hicra11il' i pr1.ctwarzanic danych sek wcncyjnyd1 w ramach k1111smL'jU lll Pl I\- I IllL'.l'llal i1J11a I. !Vlll'S, podobnie jak Pil\, wykor1.ystujc 1.;111tr.>111aty1.ow;111c proccdmy grupowanią· w rodziny i nadrodziny białek o pmlohnej sekwencji. ;\rhitralnic po.yj\'la dla rodziny hialck progowa wartoŚ(: 50'1<· identyc1.11ości pary sckwc·11cji oz11ac1.a jednak, i.c takie rygoryslyanL' zasady klasyfikacji 111ogq dawać wy11iki 11 w<1lpliwy111 1.naC1.cniu biologiu.11y111. Odcinki wysokiq~o lok:tl11c'.gu podohiL'.1\stwa wystqrnjqce w parze sekwencji niL:spokrcwnionych hi a lek s;1 01.nao.a11c jako drn111:11y. ( ln1py zdcliniowa11e 11a poziomic rrnl1.i11, nadrnd1.i11 lub dll!lll'll s<1 opisywa1ll' (11p. pr1.cz duda11il' nazw hiakk, kodów EC\ hascl ldt1C1.owych) i 1.:1wicraj<\ dopasowa11ia odpmvicdnicli sc:kwcncji, ktL·1rym towarzys1.q dodatkowe i11f'or111acjc (np. 01.naczcnia domen. 111Lityw(iw sekwc11cyj11ych, miejsc aktywnych. miejsc 111odylikacji potra11slacyj11ydn. Uro111ad1.011l'
Dodatkową zaletq hazv da11vch Swiss--l'rnt „ 1· .. . . .. ' .. S,J IC/.llll' IV\'Sl\'illl!'i<'I' llOll'i· .. " . . . . . . · nad 3( ) 11111ym1 hazam 1 dan):ch S·i 11 : .. 1 . ·[ .' · ·\1.. 1111.i 1. pu· • '< OSI()( ll!C l 1l
IH·""

„

•

'

5A.5. Strnlcturn relmnlu w bazie clanvch Swiss„Proft 5.4.4. Swiss-rrnt !\a1.a danych Swiss-Prot od swojl'go powsla11ia w t 98(i roku hyla opracowywrn1a na Wyd1.ialc lliochelllii l\lkdycrncj llniwcr~;ylct11 Gcnc\\·skiL'gu i pr1.l'I. l\!Vll:I „ W l9LJ4 roku liaza d:my„:h 1.oslala li1.yC1.nic pr:1.enil'sirn1:1 d1i Hill h\:d;\n.:go plac(1wk:1 l·:l'vIBL w Anglii. W kwietniu 1998 roku 1rnslqpila kukj11a 1.rnia11a lokali1.;1cji bazy 1l:111ych. Tym ra/.l'lll pr1.cnicsiU1w j:\ do Swiss l11stitut1· or llioi111'urmatics \SIBJ. Ol1cc11ic baza danych Swiss--Prnt jcsl wspólnil' 1.ar1.ąd1.a11a przez Sill i 1m1 (l\llt'l'k1n:11rn i i11. . .'()(U). l111'onnacja :11·h 1.wi:11.:111y1.·h '/ da11ym hialkicm. pudohic1islwic dn i1111yd1 hi;ikk ild. \\/i,·k / ty1.·h in!'orn1;11·ji 11ncli111l1i / opuhlikmvaii'l1111wr>·\·1,111' u/.Jt:tc/l'!li\' pu.ypi.'>illll' (1/11:1('/:1

1h·h_vdn1;

i--

glik1J1.ylacji lub J'osl'orylaci'i llti ,·,s, \ :„ . .". . , „ · . lll 1ans i 011owycli, . I' . ' l . L Vl.\/.dllld 101101\1 llll'f·tl1 111\i d. I · . . kowych ligam ow, powlN'\ 111 1 . . .. dzialywan1am1 h1alko-hialkll itd Teuo t)'IHI i 1. . . . : . . ' . l/.IVl,\l.am:z1HI· L-. 11 rn 111.i1 p1 lllO/L' hyc wy··ii·icthi . . w oknie przcg 1i1darki i11ternetowL'I.
1

1·11:1/\'

L;1itknn1

;l\\.nli1)l11w:1111r ·\·11.

1/11111. l.

1·11/_\!!h1\\'1 put·/ l·.11 '\'!\\!_' t '11111i:. 1 ;iP11, np.

l·:C I.I.LI

Zawarło.~<; pliku / priyl·I· 1 . . . , . '. " 'dl mvy111 i-..: 1\ordcm h:11.v da11vcli Swiss-1'. . .. · · 1ys. 5„\. I odohnic ink w jll'Z"[J'l 11 . „ . . . , · 11JI pok.i1„11111 11: 1 . . ._, '< 'li ie 1,01\ 1ow 1Ja!.y dan 1 ·I 1 l;IVl!ll I." . · ,, ,.11.dc poi\' rei.urdu oznaczone 1cst dwulilcruw·i l't)il i ·t· 1, ·I· . . . · )L . < \ L •I· \C \Oil 110/'jl(ll'/Vn'I ';li' il I .I 1·1 wcoo (JJJ) 'l I 111\c;v I· ". . . ' . ' u t'lll lc t'll(y I \:ilur;i łl'k:;lo "° . , ' . " po ci11 1l1.11ac1.011v111 l'łvk1c1·1 ' ' I I t l'I· . po111yśla11y, ahy zawicl"ll llllr"li11., I :. . I: ' .: . L c·11 y I ,;1tor i<'kst1111 y /.ust;il t;1L . . ' /, 'Il (li/,() Ili urlll'll'JI () /'11\"ll'tll: 1. I I .I 1li ac1.lowicka. Ma 011 pust·H:. i'l'I >'l'l" , . : : .' ' ·"·l' re \cm. u 1 1yl c1.ykl11\ 111 \ [,IJIJl·U I• d1.w i'i"(1'i'l'ltf' ·t I · '11a li\:ta !-;11u1,:i:J·: i.awiLTt' „.. ' .· .' .. "· .... ,„ · '· " '.lt':, sd·11,·1111q 11:11. 11·:i. I ' 11 ' 111· V•,. 111 i.~.llll1.llHI 1rmll11wco 1 \V · (PRIO_lllfMi\1\1) llHlllly 11·11'111,11"1';11· ,: I „ .· . '."' .. , rn11aw1:111yrn p1·i.ykl:1d1i1· ' I . <• • ) " . I( I l l I l /. y Il Il'l li; l / 111' tl i: I '11 1 ·I I . I . il1:1 (ft'lll .lc-::1 priu11. • · „ '' L ,s owe tlll' s·1 przv1n· „ . I · 11 istnieje dodatlwwv rod1·1j . I t !'I ,. " .. m.inc ll:t ,01111:11.11:11:1w.-;11'. dl:itn•11 Wkol.cjnvcli wvd·;n" ·I ·1''. H.l'll'. y I ,;it'.1'.·a. 11.11'. 111111wr dw;t1:p11. kl<.1ry 11ir· ttlq.'.<1 i.111i:111•:111 · · " ' t.i< 1 i.i1.v 1 .i11ych I 1,·11 1111111cr I "f. · llYlllJ\C i w a11:ili1.mv·111v1111.1r1)il··J· ,.·· ~ 11. •,J1ll.Jl'.'-;f IH>d<1w:111v li pul11 r>/.11;11·/11 ., . l . ' „ ._'.I< I.IL' 111;1 poslac t•()1J 1' 1 'l;tl · .. 1 . . . 1.c so i;1 zml1ll'j i111'orrn;1c1'i li· ;'·I· „ ' " . . ' . " . ' ,1 1n1111r I (I' Hic 1111· lll•.·:"1" ra (.. ·I· . „ . • . ( " 11 I\ ,s1.11sL i zwyklv„IJ llld1.1 I 11·st I. 111l do1zy 1. kurntoruw !i:rl.'' 1_111.11. 111\tl_J lll!.J<'ll1'1l lllllll1'I . . . l.. d ' lid lllL' () )(l\l'l'\/111'1<'1'111
„

„

„ ..

".„„: ·· ·

·

c1anycl1 8el\we11cji hialnl( <)!

(11)11

l)\

thllJ

l'lf!" 1·11\1,

.:oo.·

1 ·, .J\Hl

p·

M.1 J<>l

1• 111

PF!ll' H
,.n·

:1,tjd

l·L\E\\"\\lld,

lh'lll

tl.(

\!!•

1111 • 11 \l

l·\t'L,\r.u.1,

1·:11L.11yf)l<1,

Td.•l!l

•.:J,\Hl.tl.
•.·!1\11d,1L.l.

1·:111.1~l1:u:i1<1m1,

'lcit.•:IJt.it.

•'.i1.,it dll Hi.

J(,un1!\itL1••,

!hllH•),

\'J lU\d\!''

\·.nlh••l ld, 'l1>l)i,,

Iii

1'!1

•;i·,1)\JF111:l·.

l'I'

l·1'•1M

1-11:1i1.rnc

'•u;ł\Ul,11

VI.-\

jj

~; il

l' I \ 1·;I!\!' r "t\;l\

"'Ił l.i I

i'
i·.

{!!!'.li I, p1it)c·1"<1" i ii_,„f, 1 l ,';ł ()\./!I li'! J, 1·

}'. >

•l!

i·;!I l,

l·;-",l'fl.:;·1·,

l/o":l! ,\\'Id'/

Il

,J

1 :H .H~ l,

'.il 11]llJ !.E!h I W'

0

1p.i11l

\·I· ll

'.i . ,j

I J ' Ir 11\fJl\d

,·j iFll )!l•j

\!'1

>

li

il(• P10!l'l i.

d

ll\l\l\,\ll

\.'.·\/\'>\\•,)

idlll

l .';

<'C

LH!I!„ \'il!,

l'lill,

~,

Hl \
Etl ~;i~mli i ,

,\•\l)/11

ią;i'

I»

tilM\

l O·\ l

'>'

i,d1,1;i1·l. !i\\ •:t\'J I!, ] \do\)()!l!)J ! ,

i'l IM,

l'l Hill

Pl ,tli\, l'FO\l ·1 /'/ !Jl I !l()~i!Tl·:, p~)(Hl'!Ji. \'!llU!l ·,~. 1. 1 \)•: 1 111 '~ I 1• 11 i 1 1,mi \!l•1u1.\ 1 t•

!JF l!I'

Ili'

!lP

'illdl \ ll'j

dt

!)\(

l'1Jłymnq1h1:;m, iJf.\\!\,

1<11 !"!'

:; l\i!lfd1

FT

<:\!/dl!

FT

f'l'Ul'l·:I'

\·T H'

L! P f!l !'J\lll\lJj\ilJ

l·i'

•'/,\l]\1l!łt'!J

l"\'

\)J!;tJ!Ylll

!·!

l•(JH/\ f!!

!·T

HEPEJ\l'

l·r

nt::Pt:J\'.l'.

\·'!'

lll·:Pl~J\'l'

,~

,j

j •\

•)]

'!

'd ~19 (i0 G'l tiO 7!i lti !Jl !J.1 9 l

iłl·:VEJ~'l'

!"!'

!IEPEJ\'l'

llJ,'

'lid< li\JI !'

\l\

!',['/f.IJ[ll'i!>'lll,

\ J 1I

i\l'

1. 2 3. ,I ~;

i'

,

!,

(!!I

1\/111

/i·T [<\ IJtd'

!·.
0{)(,•\ "'!

PQGGOGHUQP J\Mi\Gf\fl/\i\tji1 !llJtHIFl/1\!}i~I/ ';M'J!,F'J~;

11,L! ;;1· L! FL

l' 111;

l 'Jl;

· · I . I l)'l'l"lC<' . . ·I ) ·du In'/\' Swi•:.s··i'rot I.aw1crap\lT!.!,O L a11L L o , ,, , bialka , . l~\'~-J. :; ..t h;qii11t'lll pr1.yLladt)\\cgo Il\'. l. , ·.I· .. , ··I li· ;11•"11·1 s1.c11i·~ l"/ytclności usu11ięto częsc1 li ')Sl'il w ,\()! Vl 1 ( .1 . \, . ' " . I'"""" t11·1cl„l,1"1'L1<'ill ;„1111,iu11110" '·." ·. . . ,- I 1· . · 1 i1· l1!w bv" l'.t\'11\I„ Widoczne v „ · •! · \ · \\'1<\/lljC '-.l'I:• l' (O tli 11\,I li Il \l I ' •} . , t1;!1rn·1~u n·l_.1i11!11\ .. i!il!l-!111.t Il \uu u 11.11 · t·,.,. . ·I 11·11 th11v1.:li \Varlo 1)un·1w11al· ;,awartosc tego, •

•

.

<

'

, :•. . , . . k\vaso\W Il ('lnnl,tcrvstvc111c osrn1nammo :. h;r.1y ( ;(·11IL111L dla hialk;1 lt1d1J1cvn pr1nw1 {' y~i· ..-:-. ... · , • ~ .~. ; .. - ·h;1rnhallli wywolywanyntl, I . , 1·1. , 1"il· '•i\' 111·1.yp11s1c1a iv1.\l•l SI« I 101.11) llll l I

.. .

l" 'l·K/t' tln

;1d1111t;tL'J1: si.:,w~·iic,11 i tH .i)'

/ rd.1 ir1k r1i

.

IH)\\l!\l'/c'l\!;1LHH!ll\Hl\\t. \iHt

1iut'/

„,

'

prinll)

<;;1

l't' ,1H< (J\\ i1111\l i

.

.

.' • . . .

p11L:i1:111c pisn11·111 po~!.nil11P11y111

. .

,

•

.

. . ,-

Nast\'pm: pola, oz11ac/.011c jako fYT, zawieraj<\ informacje o dacie wląei'.e11ia rekordu sckwcnc.i.
h

140

[i.

dmWGli :;ol1wn11cji IJialnl<

Zasoby i11fqrn1aGji o 0011acli i

cjc dotyc:r.:1cc ro1.n1iaru i 111asy c1.ąslec:r.kowcj nickunicc/.nic mogą odpowiadać dojrz<1ł fonnil'. białka. Stopic11 dojr/.alości hialka lub pq1tydu moi.na ocenić na podstawie infot macji podanych w tabeli cech. W przypadku formy 11iedujrzalcj określonym sekwencji b\d:1 towarrysryć w tabeli cech etykietki SICNAL (sygnałowy), (pri'.ejściowy) i PROPl':P'l'JDI': (prckursorowy). Etykietki CHAIJ\I (imicucll) oraz ']'Jlll': (peptyd) S<\ wykor1,ystywa11c do O/,llaC/,allia dojrzalej forn1y białka. l'r1.ylJad orn(lwiony pmvyi.L-j nie.jest pel ny i wyc:r.crpuj:1cy,jc'.d11ak ilustrnjc bogactwo adnotacji do sekwencji zawartych w bazie danych Swiss-l'rnl. l<.rnuplctne inrormacjc dotyez:1ce. moi.liwych rod/.aj
TrEMBL S'llll ru1n1.1 . 'I 1L,urd11 . ·I· .. wykorzystuje danycli cl s ,· .. 1,. . · IL'll ·' zap101c\.lowany w taki sposób , 11 . . . . . · · · .\ '\\1.c;s-· 101. hlr111:11 tL·n 1 1 ' '" Y z.ispW'I ;·1w·1rl . . I I . ·„ TrEMBL pokazano 1w rys. 5 „j I iczh· , ' ,, ' osc re 'on u h;11.y d:111y<:h 1 , . • · · ' · · d .t·i· .. ·., . · L. tp oi.i„ s1op1c11 ich ~;/c·;L· „ · · ' i ..ic 11 <1;myc 1i l rl · iVl p I 1 · s · , w plikach 1. rckord:1111i 'J'rl~IVIBI ni, , . · ' ' · ' Wl.\s-1 l'lll. Z:i11wai.111y. ).<· . , c llld po 1 1(Olllcnlarz\i (('( ') ., . . 11· . a więc tvch danych kltirc l'innl·t,. . ·J ·· ·· Old/. Id 1 1cv ccd1 ( l·"I') · ' · ' ' ' l i yi.owa 1V S/.L'/,L~f'<'•low 0 ·„ , . · . · . dach bn1.y danych Swiss-l'rot 1.11 . 1 · 1. '. ,„~ . opis.inc ~.ckwc11c·_1L' w rcLur· •· · , . . . · · •' v1c.1c, .11110111atyc; , I I· , , . · sznsc1 odwolanw l1IL~raturowe
'"

i\C

5.4.6. TrEMBl

Il'!'

!JT [JE

Prio11 proteiu

(i!l

!'Il\'

U.'i

l:,1111 .'>

!Hl

(Jl,,

~:~·

(Tn:MnLn~l

/\l't i.1,

Cr

J\l\

1'.tU~d)

1„·1~1L !\(!!JUt'llC\~ H!Jd:tt !„l!t!

dlH\
f'J

lljl
<\ZO,\,

Eu! ht•1 1.1,

tlt'll!. 'l'd>.l [) !I['

(Ti·EMlllJt ••l (Ti EM!l!.re 1

f.;1mj \ 1 .ii·t::

()('

or:

:: ~·)

('fi'!''

01"d!J/l·l9:!OOt

[)'!'

Dzi\ki ruzlcglym adnotacjom, baza danych Swiss-l'rol stała się jedn;1 spośród najp 0,. pularniejs1.ycl1 i szeroko wykor1.ystywanych baz danych. Jednak ceną 1.a wymagające z1wcznycl1 1iakladów ludzkiej pracy opracowyw:lllic jL:j zawartości jL'SI wzgl\'dnie niskie lcrnpo W/.rostu wielkości ha1.y danych (llkolo polow\: 11micjs1.L: n ii. w pr1.ypadku bazy danych l'SD-PIR). Dlatego w celu 1.wi,:kszcnia dost»pno:;ci danych sekwencyjnych w roku ICJL)(> wprowad1.ono kolllpulcrowo opracowywane dopd11ic11ic ha1.y Swiss--l'rol u nazwie Tr EM BL. Zasoby tej ha/.y danych powstaj:\ na podstawie translacji CDS 1.gromadzonych w EMBL (Bocckmann i in„ 2003). W lutym 20lH roku baza danych TrEMBL /.awicrala I 075 779 rekordów. /,asohy bazy danych TrEMBL S<\ podzielone na dwie cz,:sc1: (I) SP-TrEMBL (Swiss-.Prot TrEMBL) z.awierająca rekordy, które wkn'ilcc h«·dą wl<\Golll' w /.asoby ba· 1.y danych Swiss-l'rol. ale olK'.enie oc:r.ekujq na opracowanie pr1.ci'. kuratora i dodanie odpowiednich adnotacji (le rekordy mająjui. prrywanc nurncry dosl!,.'pu w bai.ie danych Swiss-l'rnl) oraz (2) REM-TrEMBL (Rl\Maining T1VMBLJ 1.awicrająca sd:.wencjc, któ~ rych wl<1c:r.enic du ha1.y danych Swiss-l'rot nic jest planowane. REM-TrEMBL /.awicra sekwencje irnrnu11oglohulin, rcccpton\w liml'ocytów T, rragrncnt(>w sekwencji o mniej nii. o.~111iu aminokwasach, sekwencje sztuc1.11ic /.aprojcklowanc luh opatentowane, trans· lacjL' sekwencji nukkLllydowych, ktL'lrc w rzec1.ywislości nic koduj;\ białek. !lai.a danych SP-TrEl\ll BL jest cz\.·ściowll nxlumla11tm1, poniewai. wiele jej re· kord(l\V zawiera sekwencje jui. znajdujące się w /.asohach Swiss-Prol. ;\by zmnic} redundancj\'. bazy danych i u111oi.liwić au10111atyo.11c dod;1wanic adnotacji do sek w cnej i, oprncowano system rq~11 lowy (ang. m!c-h<1si'd svstc111) wyLorzystujący ja· ko S/.ahlony is111icj:1cc rckurdy ha/.)' danych Swiss-l'rol. C'hociai. taki system można :;losować wyląc:r.nie do tyd1 spośr(ld sekwencji ha/.)' danych Sl'-Tri':MBL, których pokrewic1i:;lwo 1. :;ckwcncjarni ba/.)' danych Swiss-l'rnt jest hl~1.sporn<' (aby zwii;k· s1..vć slopiL·1i autumaly1.acji prlln.'sll dodawania ;1d11olacji do zgrnn1ml/.011ych danych ~d; wcncyjnych. k011iec1.11c są hard1.iej 1.:1awa11sow:t11l'. systL'111y eksperckie). Io jedna~ j11i. w ohcc11y111 ks1.1alcic uspraw11i;1 011 pr1.q1l.v1" i11rormacji 111i<;dzv ohiuua hazanll d:111yciL

\Młi~•'J ! (Jo\fi'.ilJ);

!lj,

Iii

! ','

Dll

!i!·\}U!·:tlcr·: FIUlM !I i\ IJ li! J'/I' r :; M "!luq ! 11 \\J!J \ot O!_t~ lll '.inbm1 LL1~d (,/J\N l Lu ł hi· FM\ , , • . l·:Mll!., ,\FO·l;~H·l.l, i'\/\l\
ll!l

W;!ll';

l
[Jl{

lir( !)[(

[J!l

!loy l <~

PlJ
1ntt~t·l'tn;

lM;:' {i!!i!il' {:;tlTHY !!'!IOOOHl'/; l't ion

:,tl~t.t::rl'i.n;

rm !W

11n.iD!11n

IJll

ul

(;1,11•hu:.t! '!11·'H PFOO\Fl; pl ton, I

dlH,

11!łlN'!'S; Plł00\4l; !)HIU!l !•R():;[TE, \l!;oo;!t}l; \ll/.J(Jf/ l'l{()~;fTE; P!;ooJO(,, l'H.lO!I (D(Jm,11t1

{~M;:!:

:.,.''"1.1!1:111! lll!1UV:t·:

!1!:!\,JJ !'!lf\j

„\/{.„,

d1q11,11n

~n

iurtui•'

l ·!'

'.;t.1111:t.111r;. ;,

II

l!ys. 5..1, Frai:111e111 jlrl\'i·I· I , ·. \ .it O\\'ego rckurd11 ha1.v TrFf\·11 . . ' . . podano w i"unnacit· pr1.1·11rn11i1n·· . ' . '. 1· . li i d.111.11111 dl;1 h«1ILa p,,i('!'" prio1111. /.;ill':111u\,

, • .

zhm1u

lllalycz ·,, . .u 1llOl:tq(' do

. r ·.. lllt

11\1' o1111:ily11·11ych (1
1",

•H<.\ 111 sl1u .1ur\: rc·kurdn ln;y ora;, odwulania I 1 . ·h 'I, ' : '.

·

St:k\Vl'lltji

i l"'I' (1Vi,·lokrn11kicn1 0111·<.

prc;:c11tuw:111:1

/'i1\\"1r1ns1: .

'

' -

rrk

l'i\.llll . . · ,

·I

{)/(I!

„

11111yd1

t ' Il "". o1v , .c;,0111ipo11111111·t1·c;·

'I' 1 '1\11 r ',

I

n

:

I

il~l

h:11

\\

id:ic \\')'fl'IH_'f P\\!:!llt'
da11yd1. l\d<>rd Ili•· 1:iwic1a

.· -1 · . . . . I / i10111 za\\'!\'L1p1ct· ''

1.;1\\';lr!o~:ci;1

n·kordu S\\'i,'-;,•; ,P,nit:

il·r';;c I ą.;_l 1 \ '"·

5,4,7, Plll-NIU.31J Zasoby ' (( ł:1r:11'elli i i11.. _'()()I •;· „. PIP- · hvv .' ". l I·dll)', ·I 1 l\JI',1,_,J) . . , \ l11te111al1on;il 11;1 podstawi<'. 1· . . . ·· " , . J. ,I ,.1u111.id1n11l' 1•r/.t'/ llr.i•:111 lnalck l'Dll N·. „ . . 111 u1111.1c11 ".i11 "' tyd1 "' rekurd:1<'11 d· , I , ,,. . d/.\\d ic·kurdu, nazwy orw111i·'1l1L··, .. · .. li . . .111.\1 I .. lrul..1111 \ 'lt>hir I· ·I l'I I . . ie•' '· ) \ /,I()( \)\V\'L'h I h·1· I· I I11 ,, Lde 1 · ) l !llllL'lliono 1 · . I · ·· '··" ·. •·/u11·,. ;·111"11 I" Il)''![ . ll/.l'<11nlL'/.(11l\\'Cll'J·,1·· , , ci lil/, d;111y\'11 /'li"/' i·. I ' . . 1' '· d Ili ;;1.•,{u;,u11-;111v111i \\" rl'l·.
I~

!i. Zasoby llli'\/'(

ila11yGli rmlzin IJialnli

informacji o 0011<11:!1 i

I J l'l.J:

Ht 'il''. ,-1rn1pl<'\ ,. ptn! '-~\n '10

l'l l 'lll

·1n·11tli\Tl: ;:l:l\„TJT!.!~

!li\M\·:H

•;!Id

'.i
l ')

rpip'l\l .!Il !lM!ł .'i!ll!<.'1\ll''

M•· ,01;111·•·t\IH

l}(\!!\"

'J
I i•

ll,1111:;1
IP•:•J!Hllllldlll

,,.,.,,,,,,'"''''·''\''I

jlil<>!l

jll!Jl!;ll\

iprp('ll)

.~\\),

lll

.i111.\\u:1

ll.t!\\'ll (~

t ,\ ~()!\

J (' r <;!\''' :;

t~Yjll":;:,o•d

1J11q!.('


ndm"

Il• l>llllH\l!\ I ',·; :,


r u1:t ur!·:;

:ą

llt'>rlHd\

Il·

.: Il

L

!

I () !) I" •,l1.tl!\

;q]J,

·;y«Lt•1n

/l«l,

11 11•,!11.!l•'!. 11.111! !\
ll·:rn.,:.

i'

d.\llW'

!.

~;\\I •li! l ' l

)I "i!lll\ l :, :, \,Hl

li

Llll, t'\

!

I '

l

\\

F<11 !

l't q1•.>1 n

!\•'

)"JW:;,

r1.11..i

n.1nk.

l'l')/

" \1l ~ i J

!'! Hl

1<>!1•1

!!

l'!Hl'1\J'I,'.(, il.Hl\

hot

.i

, .i, d

I\,

I>

:l

) " \ i l Il.I!

,j 1111"

\'r

•h'

tl.11 l

q\ i, I\\

l l \ ! 1"'1

lr\1!„

j I

1•1 1;11,

Jl t , ~ , ) \ < >11 i.',

f\

F,11 I

F

';, l

I ·I.?

,\ ! \!<;\
•li

! •:

'l•!

;\d'i•'

5.4.8. UniPrnt

j
E \ {}l)!\11 ,-,)! 1

t<'i())\l)l\11,ll\1

p:,p
\,()

>\l\"

'l

tli<'

t)'l')/)

q1pl ''"d>l •·

\d

•Jl/1

"'

·il•

Il

il

iv·.ul

'"11 11''!\\

li

lll/<\l\i!'J,

!!

{.ll!,

t/M\'

il!•';"l•l\ i.i'.io,ll'I•

!,

l\!'l\ \ \\1ir !l,

''I 111

i·L\ i.!'.l\,(l·\!'!()0

T

I \\ ~ \ 1

,\'!

\1>l\

d\q•·

,\l pl\d)

"

\
\1<111<1

",,

\,j]l\

l11!l'l

1l

jll\.\J

l•jlll

!\llld

)l

1llld J

'I·\

:il •·!l>j\ 1,

\ ·l .'

Jhn
'.I' I• jl\I

li>,!·: \

ltit·r;iJiii'dJlllWlcd1111111 udwola111.11111 l1tu,1t111< ) II I , :11. llW',' 1 t ,, li' / ..1 ' • " ' . ' . , . . , . . . · , l'DB ( rnimcr doslvPll I I · I 1· ·je 1·1w·11'1l' \\ "dpow1cd111111 IL 1,OJ( 11.1c :1 J:tl. ;,· ::lrn ,111r:1 i1t: ,1l 11l1 "'· ." i. ich 1><11. da11ych s,·kwc11cji (por. rys. '.l'l'l'l.Wp"row11:1111111.l.awa11ost1.11cko1rltmi_i111y . ,' .·: ,·,1··1·uwagę, . ' ~,I) ;·il I\'.\ i.s11 ::c:L\Vt'llCji,je;:J tu do::yc ().!:',r
Ja:

„

:'.„ .. . .

\,1,,)

143

kluczowych, jak i st:kwcncji. lnl'nrmacja P sekwencji wydobywana 1. rekordu PDB zawiera jedynie sy111hok reszt alllinokwasowych. kt(irych struktura w danylll białku jest określona (wicrs1.e /\'J'OJVJ w rckord1.ie !'DB). S1:1d w pl'l.ykladowym rekordzie, kJórcgo z;\\vartnść pokazano 11a rys. 5.5. podana SL:kwcncja odpowiada C-k011cowcmu fragrncn„ tmvi białka prionu. l)() reszt w N-krn\cowym l'ragmencie pnminięto, ponicwai. struktura tej C/.\'.Ści białka, ohcjrnuj11cej charaklcrys1yc1.ne pmvt
'I'\(\

/,I.

'

l

•

'

'

d:111\'111i ,·Ls1"·rv111L·111:il11y111i i li11·ralur:1.. . . . . I I . ·I. niej sin· "IW!ll'/<'llil· ln1v d:111vl·li l'llż-i'IRI .. 11 i hyl(l ccn11:11111c,1:1tyw:1, Pr y; '1.1\ \I , l1·1scl ' ' · . · 'IHI ;·1' po11HlC•l " \" ·' 111 ui.liw" pr1,·s1.11kiw:111i1· 1:1suliow 1>:11.y d:111)1 c· 11 I'!)!'' 1.atll\\

Aby uprościć dosl\'.P do r
5.5.1. Rola baz danych rndzin !Jialelc Oprócz liu.nych bai. da11ych sckwcneji, isll1iew n\wnic:i. wiele baz danych rodzin białek (nazywanych ci.asem hai.arni danych w1.orcrnych ha;, danych są l\VDr/.
fi. Zasoby i11tormacji o ue11ach i Ili· 'fohela 53. Wybrane h:11.y danycl1 rodzin l>i:dck. cyj11ych oraz rodzaj przcchowyw:111cj i111\1rn1acji !lam danych rml'l.ill białek

7.ródło danych

(in1111ad'!.u11a infonnacja

da11ych rodzi11 hialul<

145

Jak pokazano na rys. 5.6, dopasowania widosckwcncyjnc 111oż.na w niż.11y spos(1h do lwor1.L:nia Wi'.orc1iw charaklcry1.nj;1cych pos1.c1.cpilnL' rod1.iny hi;dck 2000a. b: /\llwood i l'arry-Smilh, 19()9). B;m,> danych lakich w1.ord1w 111uż­ Ja prms1.ukiwać dla zadanej SL:kwcncji w L·clu ustalenia, u.y udpowiada ona klt'>rl'1nu:; . w1.orców i na lej podstawie 1110>.c pr1.ypisa11a du rod1.i11y hial1·k. Ponieważ zasoby wtórnych hai. danych s;1 lwor1.rn1c Ila podslawic dopasow:11i wiclosckwcncyjnych. wykrywanie odkglcgo pokrcwie1lslw:i ll1i1·d1.y sckwc11cj:1111i jcsl 1wykle skulccznicjszc niż. w pr1.ypadh1 pr1.cs1.ukiwa11ia picrwulnyc·h h;11. danych .. kśli drnl;11 kowo jcsl znana funkcja lub slruklura przcslrzenna pu.cdstmvicicli okre.~lunej nid1.iny [Jjalck, IO wyniki pr!.L'S/.Ukiwa1'1 lllO):"'I ulatwiać Wllioskowa11ie o hiolop.iC!.lll'_j funk.jcdnak :i.adna 1. is111iej;wycli h:11. d;111.yt·h rod1.in hi;1kk 11i<' komplclna, iL·li wykur1.ystanic powi111lo hard1.iej 111.upclniać 11ii_ 1.:1sl\'.powac' wy11iki przcsz11kiw:111ia ha1._da11ych sekwencji. Kulej11c c/.\'Ści lcgopodro1.d1.i:il11 1:1wiLT;1j:i opi:; kilku 11ajpows1.cch111c.1 wykor1.ys1ywanych ha;. da11yd1 rndz111 hi;dd.

~tych

l'R
Swiss-l'rnl

wyrai.c11ia regularne (wzu1n;)

f'rofilL;S

Swiss--l'rul

111acinzc wag (profile I

l'RINTS

S wiss- l'rnl i Trl'rvll\ I .

dopasow:uw llH11ywy !
l'l'an1

Swiss-l'rol i TrEMlll.

nkrylc 111<1<\clc IVlarkuwa (llfvlf\11)

l\locks

ln1crl'ro/l'RINTS

dopasowane 11101ywy ililoki)

cMOTll·

Blocks/l'RINTS

wyrai.c11ia rcg11lan1t: { w1.orcc J

staci dopasowania 1,viclosckwcncyj1wgo, w kt<'lry1n wyró>.11i:1 si1· l'r:ign1c1Jly 1'.hcjrnującc konscrwalywne odcinki sckwc11cji. Takiv \Hkinki sekwellcp lllog;1 hyc :dlm '.dcntyc~n~ we wsi.yslkich sekwencjach w dopasowaniu, albo Jiu.ha ubscrwowanych m1ęd1.y ~11nu „ · · ·. "'()), · ( ';csto motvwa1n1 (l\tlwood, U97) l'o/.llll' jl'S l I); 11-1-'(l l ,, 111 -1 , 1-, 1 (l'Y" . ·'· -'· „„ ·s;\ une nazywane _ _ i /.\\')'k.k pcJni;\ islOlllq i't11lkL·jt,'. bioJogil'!.ll<\.

być

określonej

Pierws1.:1 ha1.:i danych rod1.i1J hiakk hyla li:11.a dallycli l'l\()~)l'f'I·:. l'"wsl;1l;1 11 r.d:1 rn dzin\~ hialck charakteryzuje pojedynczy. najbardziej konscrw:i1ywny 11101yw 11 sckwr·11 ~.ii ustalany 11a pmlslawic ;111ali1.y dop;1suwania wiclosd,wc·11cvjnc>.gr1 W)"1.n;1<·1.1111c').'..t· odpo wicdnic bialko llla pcwn:1 okrcślon:i wlaściwość 1wvnik:1j:ic:i np. /. l>udowy cc111111111 aktywnego e111.y111u luh istnienia lllicjsca wi:11.ani:1 lig:1mlu czy j<11111 111l'!;du 1. l1r1.c·;;/11 kiwanie ha1.y danych grolllad1.:iccj inl'nrn1aL:jc Il takich wl:1ś,·iwuściacll puwi11110 1:1tc111 umo;.liwić idcnlyfikacjt,· rnd1,iny. du kll\rej nalci.y 1.ada1w hi:ilL11. luli 11sl:ilc11iv rnd1.aj1iw domcll czy lllicjsc runkcjonalnych. jakiL· Io hi alko /.awicra. W bazie danych PROSITE 111olywy sckwc11cyj1ll' zwvkk- :;;1 rqm·1.1.·111uw;11JL' 11 po slaci wyrai.c1\ r1.'g11larnych" (ang. r<'g11!111' 1'.\fJl'<'ssions. w skr<'ll'i<· l'l'!:l'Y). 11;11.yw:111_\'<'l1 <'i.;1 sem wzorca111i sekwc11cji. Zdar1.a si1·. :i.c nick1(1rc· rnd1.i1Jy hiald; lli1.· 111'11i;1 i 1H1li sckwcllcji 1.awarlvcli 11· okrcslrn1v111 wvda11i11 h;11.\' d;111vcl1 S11i:„·. 1'1"1 l\".1v::tl.i"li li1li WiękKznści hiald.· 1. a11ali1owancj-rrnJ1.i;1y ho. 1;.1·11c:rnwa;1i:1 /.liyt wi„111 1111! ~·,',d11")'l' 11 \' Iii ku l'als1.yw i,· drnlal 11 i ,·go. k 11 ra I or h;1/.V d:111 .\'<'li I' I\( ),')I Tl·: I w11r1. \' 11" \\ \' 1<' i..• 'rd i 11111 i, cza IV nim odpowiednie· adnolacjL:. j

lilil·r:ilnl' w.vrni.t.·11ia '"'l'.lli:irnl'

(c:i\l!JTll'J

1\·:;tr;,1kcyj11c wyra/.c11ia rq>.ul:irnc il'RIJSITl'J ll(l)ll1Stl\\·a1ti:1

calyd1 domt•n

prnlik 11hibl1
l

I

111.1 vie 111rnlvk

: r\l:!rl:mva (Pl:1111J

111at·icf/l: i
il'Rll•ITS1

11\;\l'ltT/\'

\\';q•

1lllocL-;1 ')(i Si·licin·it uhr:i1.t1·1, 1cv 111 v ~!,lt'l\vllt' ,,, 1. · - · · · - • . · ·

,, ·s

pudr.J:kia

cj;i "'kl\'l'llt'ji inui.c liyć. prn11·ad1.u11a 11:1 pudsiawic: (I · ·. wie · I u 1111, i\'\\'t)\\' \\'y~.1t.~powa111a . · luh ( . \) \\'\'!ll:tt'/tlłlt'\ltl . . · ,-.

· IHa · I.e\, I Klasylikil· du 1wor;,c11ia ha;. d~111yd1 rod/.111 ,. „ , . . ') ·dnrn.:zc., 11 •,,111

i is111i>'111a l'"Jl'dy11C1.q!u 1110\V\\'ll ..1 , .1' dop;1,,1,\\';1n1<1

.\t'LWl'lll'!ł calydi dułllt'll

·

"T

„ /!l.

.

odc111k1'1w :.d,wcth'ji hialL:1

·'Por. p. ).5.'I

111r;''I'-

1/11111. I.

1i

11stalunci hrnLc.ii liiolu.!:i1'/11t·j 111r, \'f'· !111/J!.

f

rodzin !Jlalok

ff/

!i. Zasoby in1ormacji o unnacli i 141i

hl iiiej;\ dwa typy rekordów w haziL: danych PROS ITI'·-_ Pierwszy z _1,1ich. ;.mvicra i'miiia,·jc 0 ntolywil' w poslaci wyrni.L'ltia regularnego ma;: 1_1_st\'_1dc1.1tyli.kdt~HOW „ ·· ·li · l)'t/.IL' cl·iiiyL·li te111u wy1a1.c_:111u 1Lgul,11nc.mu (:I I w / rrn ()w l 'J ' . ' . - .'-:wiss--Prot .. ' ktore . . . „ . • " • . · t··.. l . -"s ') 7 chm· s;11.a1Hsvwanc w sposnh p11.ypo111111.1,1,1cy 11 1 1, .... , , <'IJ'\ . . 1a,po,.1/.dll<, 1 I '·". I' (I · · .. -
I ''..i n o;~ 'i\ , ,/i\'j/ l !JIH)

( t ~Ht·:J\T!~!J)

LU!\ pl ! il t~ \ li i\·l; [,·!\ ;, h (; I'

1:

(

lll·:t'

,

p

(\)/\'!'/\ IJl'lHl.'l'E);

l')'I.;

'.il' Jll· I t. Il!. 1: !\ .\f \) tj t;

((, (i

(;

/1n:r,1>:i-~;i.:

•IO ·1, l o I\ l \' ' ) 1'\Jll!\tlO\'l!I /'!'i>T/\l„••1•1 (•I•\)» /\lO!if'\'!VI,: -·l•\ \•\•\ ; 1}, /!'!\W!'! fd, n, '.'.'!·:·:'·.'; /Mf\X Hl·:!'Ef\T l,

IJP

i"\ il .:·I'>,

)Jjl

\ 1 \ 1l .~ I ' l ,

j1l!

\>'/'ll·ll,

llll IHI tlił

llH

)(> i

o (O)'

/F!\!,!i!::.yq;;

1'\I \I) J._()T!'JI, ll\l l n !l, \!H !O

!',

!'•10.~·\ t->,

T,

l''>l•\•\ł,,

PH! q

T, T,

P•J ll:~ ·I I, i)•\11'101,

T,

\I<\ 02•\ h' l' 'i -. ~ l l ),

V\UO

T,

!'!Il Ci !'Il l I)

T, T,

!"I0,~'10,

T,

() '.l ~i l ·I 11 ,

!'ll.IU 1:EHTIJ,

T;

l ·1 ~~, \',~·11 1 l,

\'HJ() _1:!ł!{;!ł,

T;

i_._l!i!H1,B,

PH tO CEHAE,

(i')')

l, T,

iJ'J'i l '{o\' \"10.-'.'.i l

'\',

l'lHl'-)\J,

!'iU(J M/\!l!>P, P\I [{_)

T, 'l';

\l!H~'./\,

l"l\)",:•\'I,

l'HlO Mll!l'll

'l',

l'H l')

T,

l"l ')'J.~ ·1,

PH [0 !'li;

'l',

\l•\!J.!'>I>,

\'•\O,'.'il, !'·l'l.~'il,

l'lllO

T,

1.)'l'"1.!l l,

'1',

('(

l'·IO.'.'.ill,

l'HIU .';1\{!iC,

T,

l'~~l'.J\J/,

l 11:<0, i'!)(

itys. 1;_7. l'r1.yl..lado1V)

T. T,

l1'> 1 /llll' l'·ID.!·l },

11)1,/,,

l!)MO,

!'li I•) Tl!f.:(;!·:, PP!','. l\llV!!l,

\ !L•: l,

1.()J,;<_,

T,

T;

I T

\){O};

'!'; '!';

:r\l1!l ! PH fil ':Elll\T, Pili O <:EHl'i\,

\llł!O

I

,„ ,

\i)'),!'

0'1'.',tl'!'J, P•I O:~ ·I:! ,

T;

T; T; T; T,

n1 n t'"l'I,

Pll lU .1;u!l1;0,

(l'l',;~ 10, !Bflil, I J(

\J!l\.'O IJl'\),'\'ł'E)

\!·\ () .~ "" '

\li( {Jjl

J'l\fB

l'•I0,'.'14, !'!l ·I 'l ',"! ~-, , 11·1 ·1 n ·.~

\Jl(

!)\I

,J\JL

'{

MOlJ~;I·:,

T; T;

uno11E,

T;

\li)!!\''{' PP.JO PF\T \lH.!U ~; l C:H !

T,

PHlO „ P\ll.O 1'1łl\l

T,

T,

Jl :r) O,! I>~\ ,

l

·,·.l:, 1,.,1 !'!(< lS ITI'· /. danvn1i " 11101ywil' charak1cry1.1ij<\C)'m rod1.in1: prionów . J

dohrl\, nicgc11ernjąc•1. Ltls1.ywy_ch wynik<\w reprczcntacj;\ motywu sekwencyjncgo cha„ ktcryzuj11cego rodzin\'. pnonow. I.I Pol n kolllcntarzy (CC) dost arC1.;1j;1 inforrnacj i o klasyfikacji taksonomicznej sek wen-· ," iioprnwnic rq1re1.c111owanych przc1. określone wyrai.cnie regularne (tu: j<1drowce) CJI. · I11e . powtmzcn " ' 11101yw11 w se I\wenc.11„ ( tu: ty 11m I ) . N ast\~plllc . .1cst . l;rnz maksyma I 11c1. 11c1. -dana lista 11un1c.r(1w dost~~p11 i idcntyfikatoniw tekstowych rekonh'>w ha1.y danych po . II SC\I wenC.JC . popraw111e . r~prczenlO\·V<.llle prze/. O I(J'CS"I one wyrnswiss-Prol zaw ·Jel'il.Ji\C)'l' ' cnic rcgulantL: ('I' od ang. Im<') luli prnwdopodohn1e popraw111c rcpre1.entowanyeh (Pod :;11'" po.1·si/J/e). Rekordy Swiss-l'rol 01.nac1.nnc prze/. i' i'.wykle zawierają jedynie rrag;11~11y odpPwicdnicgo 111otywu sekwencyjnego. W anali1.owanym pr1.yklad1.ic wszystkie wymicnio11e rekordy liazy danych Swiss-l'rnl sq oznaczone jako '1'. W tej cz\~ści rekordu 1110 gą pojawiL; si1: r(Jwnici. inne oznaC1.cnia rekonl<'>w Swiss-J>rot: l•' w pr1.ypadku wyników f'alszywie dodatnich (ang. jii/.1·1· eositit•1') 01"1/. l\J W pr1.yp_adku wy11ilJlW f'alszywi:c uje11111yl'l1 (ang. j11/se 111·gutn·c). lnlor111ac_p1 o sekwencpch lals1.yw1e dodatnich (tzw. blęd11ie trafionych) i l'alszywie ujemnych (11.w. chybionych) jest podana n'lwniei. 11'. polach f\JI~. Jeśli s:1 dost<,.'.pne dane strukturalne. to w polach JD podaje si\'. odpowiednie numery dosti;pn w bazie danych PDB (np. l IJX O. lDXl itd.). Pole DO 1.najduj11cc się 1111 kmlcu rekordu 1.awiL'.rn odsylan do plik n 1. dokurnentacjq n określonej rod1.inic (tu: PDOC002 () 3 ). Rekord jcsl 1.akrnicwny polem I I. Dru1!i rnd1.aj n.·kord11 l'ROSITI\ 1.awiern doku111c11tacj,: o rodzinie hialek, ktcira obej-muje rn.i11. i111'ormacjc o struktur1.c przestrzennej i funkcji bialka, jego roli w rói.nych chr;robach itp„ :1 taU.c (jeśli to 111oi.liwc) zawiera opis biologicznej funkcji określone-­ gó motywu i listę odpowiedniL·h odnoś11ikl\w litcraturowych. Jak poka1.ano na rys. 5_g_ '/. dokumentacjq jest zapisany w ronnacie tekstowym o strukturze znacznie prostnii. wc1.eśniej omawiany rekord 1. reprc1.cntacjq motywu sekwencyjnego. Kai.dy rez dok11mentacj:1 nw przypisany unikalny nu111er dosl<,.'pu w postaci PDOCOOOOO zawiera mlsylaczc ora1. nu111ery dost<,.~p11 do zwi:\1.anych 1. nim rekordów l'ROSITE. omawianym przykladzic dla rodziny prioni'l\v i.definiowano dwa wyrażenia regularne rekord 1. dok111nen1acj:11.awiera odwolania do dw!lch rckordt\w z reprczcnlacjq molywów sekwencyjnych (F'~;U0~'.91 orni. p~;OCJ'/06). Kolejna Cl.~:ść rekordu opis rml1.iny hialek i 1.dcliniowa11ych wyrai,e1i regularnych. Na krnicu 1.nnjdulista odpowiednich odnośnik
dopasowa1i sekwencji wy11ika 11ie1.hicic, i.c wii;kszość rodzin hialck charaksi\' wyst\:powa11ic111 nic jednego, ale kilku silnie konserwatywnych nmlywri111 ). Taki ślad jest 1.cstaWl'.lll clrnraktcrystycznych cech sckwc11cji )~dnoznac111ie deliniuj;icych ich przynalci.IH>ŚĆ do określonej rodziny hialck. Procedury

HB

~i.

Za:;o\Jy \11l11nnacji o onnacli i danych rodzin llialel<

Wl

{H1llCOOJ.f, \} { P!iO\J.!~l 1; PH lilii ! (P~iOO'/Ot.; PHlUll_ J.)

I

{llEfitll\

Pi-1nn

pnllr!lll

inlt~cu~d

{(_\Hl),

l~Xptt'.J;!!l•d

bnth

wtt:h

a

i;t.:1·apu: in

i~1

[!,:!,Jl

\l'll')

.11111w1t:; d1n1'
1\01/]l\C

,111d

l\llfl!lill

d

n11mlH!r

Ut'

qlycuprot.r•in

:;ui.tll ot

lt\l('.(:\.1>r\

1'1JCt'plt.1lnp.tU1y

Ct'.:ll:;

IL

:ilł.11<:t111.d\y, 1'1·!' CUl\!ll!il.'l
h.in

Tht· :;l111t:IU!t• Of

·r:·

1:un:;p1··11·d j•(>'l l t p,11

P·•ł

t.lu·

,1•:

l

l'.flll'.P'll'.,11!; \u~!

d'.;

l.Pnl

.<;„qut•nce!; tH

L1i

'.l!'L[IH'l\t'<' { '\)

ol

!Jr~

•l

d1 ;ul!

ld"

{1<1t.t„111

.;<'l[\!!'!W1~!;

lun„,1n

Ct'!\1-<'11'1\

C
l:J

L"!U\ll1dl

f,ll\t)\.11•d

t:

.'i<•!JUl'!\L~:{!;)

(Hl
<'Gtt'il

dt~teci .• ~d

l'n1:i111~!r

dtdlhl\ll

t,y .1

('Uf\!.ltl\11\\J

1

l\1!Jłtl• '

td11d1~m

(:1Jn!l»r'1•:d

t1·r1111n.1! hyd1l>ph<.1ti1(· dom,du ·;•rl•· rd ! lw ,.„! l ut<'mln.11\\'. iiy

(~xt_1.1el'! !uldt

POut
il<'lll'A

I

li

1\

u I.lit:; c tli

<;W!:;:·;

'/'I

(i·U

l,i~;~;

pei l~"-·tl','

,\

\\it'

U!l

'
L

li(;

r\('\.t'C\.!'d

l'!!1JT

<:1J11:;•'!'1!·d

cy~H.f!i!IP

,1\,intoP

\H't!il 1!!'d

ill

\!\

!;1-11~;:~

.111<\

•1ly1·1ru·

111·11

1.1\!' dl'.:\l\!1d1· h•Jlld

1i~qi1

111

O[

lG'.

Y

liy

t hP

1i<>tt.1•111.

f\\,!,

t!O!IE

l'!HiT.

(J

·(

ll•JtlE

~;li

l]

:>t.lhl U

l

.~I

111uno»J M , Cht,1r·.1 ~;i1•11!~lt.11111 M. 1'11cch1,1r l T!"IHI:: !lincllf'm ~;t;\ 13 \O~l· \\ 1(1')110) l'r

li

itc;„!I

F11t.\lly

l.lt•.<

l't!'

·VJ'!ll:<].tlf•

l•!>IHI

{

{ Il

by,\!\

d11ckt~11),

~i1'.hi:nut"lt~.1ily

:;vlt>t.·t.•.
!'l"\',

!P
l

łll

d1:;1:;1~;u~;

l.()

11•1

i

f\ (i,J\ {\·t, A

dPt

•1l1t1•,/!J

llrqll

!·:·,< [EU! :-: !\ {!.li/Ml(;•.) IK!tl {\.t1JMj {.~i x {1,Jl·:! M j ' :<(,~) {t: 1:; ll\Vulv•:d li! d d\!,Ulf_\\\1• l1u11<0 Il.' \„dqnn I.n thi·; ,·L1~>!l 1h>1°ctnd by L\\l.' p.\\t1•111 rd,L

t'nn.•1\'H~;w;

Ut.lu•r

t 1'

!.pr

•;1qlhtLllL<' 1't:.•;1dU<'!•

l!>

tH'/f~l·1t·1\

l·y:1lt'l!IC

id

\'cl'

111

(ni;i·:)

t'.!~t\llt•nt:·;

d

!ol\u>;1pd 10

·l,10 r•~:;idw~n th;it (:ont,\ion .1 di:ntłf.u\e łHntd t1,Ut:>ldttiH1,1\ly 11•mt1vi_•d HIH'll l'r\l i'.t dl t.11;\1t~d tu ,\l\Cll•lt

l.OUI\!\

1'l•urulu~1tc.il

.itiv1:

!l{lOlllJl

H

u:ilncr :; n.

Ht~V Mt1.:1:nbtul •\J; 11'} J'H(l'.Hl'I) (t·:11 hl. tp. / /b tu 1 nl or. m,\ t t l::; . w1~ i ;~llh\llH. ;1r; . i I/ ht itm( 1 I r·Clid ~•t~ /\!Il!. 1 le•;/ pqi hr.111

f\l\ll\l

(t·:no)

Rys. 5.8. I'r1.ykladowy rekord l'R< lS ITI·:

1.

dokt1nll'lllacj:1 doly\'l"\"'I rnd1.iny prioni'iw

twor1.L~nia ślad\iw rodzin białek powstały na poc1.ątk11 l:1l d·1.icwit,:ćd1.iesi;itych XX wie· k11. kiedy odkryto, :i.c metody uw1.gl<;dniaj:1cc pojedyncze~ motywy rcprL:zentowanc przez wyrni.cnia regularne c1.t;sto prowad1.:1 do hl\'.dncg() pu.ypisania sekwencji do rndzin białek. l\.lasylikacja sekwencji na podstawiL' :;ladów rml!.in hialck /.definicji charaklc1p.ujc si,· wi,~ks1.<1 1.dol11ością ni1.pm.11awl'i',;\, ponieważ kolcjno.~ć· wystt,~powania określonych 111otyw(iw w śład1.ic twor1.y pewien kontekst unm:i.liwiający jed1101.11ac1.11c przypisanie sd;vcneji do odpowicd11iej rml1.i11y. l11ny111i slmvy, jeśli sekWL'.llcja w 1.apytaniu ht;dzic 1.awier:ić t vlko 11ick1t\rl: 111otvwv cliarnkll'ryzującc PL'W11:i rod1.in<; hiakk. to przy 1.acho, waniu kolc:j11ości ich wyslt,'.p;iw;u1ia w sekwc11::ji 1.aklasylikowa11ic tej sekwencji dookrc· .~loncj rod1.iny ciqglc ht,·d1.ic cechowat' dosyć du:i.a wiarygndt!llŚĆ. I( lasylikacja sekwencji a111i11okwasowych 11a podstawie :;ladtiw rod1.i11 hialck od razu ·1.ust;tla wykor1.ysta1ia dla wicin bialck. stanowiąc n:nnl· u1upc:lnie11ic danych zchran.ych w hai.ie danych l'ROSl'IT,'., s/.l"/.cg\\lnil' w prrypadkach. kiedy zaslosmv:111ic odpmv1cd· nich wyraż:1i rcgul:1rnych 11iL· dal() 1.adaw:daj:icych wy11iktiw. Konsl'kwcncją lego P'.l· dcjści:i było puwstai1ic w rnk11 I t)l)() pn1tolypt1 li:i1.y da11)'L'h 1.awicraj:\L'Cj ślady rodzlll

•białek. Ko~Kqicja ha1.y da11ych 11a1.wancj l'R I NTS (Atl woml i Ikc·k. I t)
białek, 1w kt<\rc skladajq s_i\' n;o.11ic dodawalll: i 1.111ic11ia11t· :1d11ul:1t'jt'. 11:11.: 1 1:1 jest jnl n.ak c1:1gk w1.gl,·d111c 111cw1l:lka i nie obejmuje ws1.ystkil'11 1.11a11yt·li rud1.i11hi:ikk.I1 1.it·jc st~ tak dlatego. 1.c lWtH·zc111L' dnkumc11tncji du k:1i.dqto 1. 1\•lmnlryrh a 1 11u111aty;·;.1 1 i~, !'.<:lll' rowanc zasoby 1-v.wiclu pr1.ypadkach są pozhawio11c n·1111yl'11 inf'urn1;1L'ji Iii;ilogicz.11 ycli. a b1:ak weryl1k:1cp wy111kt)w kl<1sylikacji sckWl'.llcji 111o:i.c p1>wodow;1t' z111i;1ii1· \I' pri'.)'pisa111u sckwcncp do rnd1.111 h1akk w kokj11ych wydaniach ba1.v d:iityl'h.

5.5.4. Strnkh1n1 rn!wn~u w bazin cłanyc:h

PBmrrs

roclzin hinlel<

!-„ Zasoby inforn1aeji o ncmu:h !bil tt I'

•'i•l•ll

tt:

•l

!'fll)lJ!ll

'jll.

i'(,/1l«,lJ!l!l(
l!l'\Ji\TI.

\)I

.JIHJ

t.r tt

l'J'i'J

•Id.

r.t

·P. I p•:l)1)J•11

J\'.

Ml!!

"'

d/111

l'lll\l'•

•Jl,

„

l ;\·>Lii ,I

•j!.

pr

„

M

l •\Ili"

)\'dd»

I

l'Hli'l'I'

\'j<'!ll

dlH1

111" \llll. il'!

M1"JOH !'HIUtl l'lllf!'/<:111 HCMOUAi

M.

:,tl,'l!)iTl'!!ll.

iJ!

I I\<'

\)

l()•l

ilfHJ

\•\li'l'l!//\H!,

M

!Jll;

Il'

'!

,„\

ul<\ \"ll

(l'łłl')

CEHVi/S E!.APlllJn

COLOIHJt; CUERE'/.f\ MAC/\CA FT\!>CICLJU\

( llED DEE/tl

OIJOCO!t,J·:Wl !łEM!OH\J!1 !M!Jl,J-: m:imJ j!\[.AC!\·· {PHP".!"I JO) (PHl'JJ·.lSC) Ct)H[f,f,f\ t;Oll!f,!.A

{PHI')

{PllP27 JO)

(PHl'.IJ- \SC)

([lrtl')

{l'HP:!7-)0)

{l'!~PlJ

J~iC)

PNI TH
HOMO

:;Ąpl

i'HJ·:c1m~;(J!(

!l'H-1.1')

(ACETYl.CHOf,[tlE !lECEPTOH,J/HlllC!tl

!/~;{!I(

ll,E

IO rn;r11(i!.E ! (,()

dn.iJh.-

:,: I ' III: ,.,:,,„',::':': ·,: :,i :„ ': , '. : ~:·, : : I:~;:„: ,:,(;:::,'>":; '',::':i,'1,:i;l l'l~;':': ,',l:,~ :,:;: :,: : l>l': : ,: ;:•l~:,;•: :i\': !: ·: ;„;: :·:,: ;,?",:, I;";,·~: •:,: I ; '''I j„'

10

dn; dn; iln; dn;

\! H'l)

F1

(!'H!'l {PH\ll

{PllP.lJ-JSCl (P!l.PJl-E1C)

;j(.'f\/J !!l'.iT(Jl{y

nłt;

l•Hl

ll)

qll ''

i PHP!

ll'fll'2"J"JO} (PRP;!'/-JO)

lih: bb1

(l'l'llł

I

!ll•'J!fJlll•Ji.

i'l.

t>lllO __ GOHCO PH!O l'Alffl! PU !O~:l!łlMfi/J

\'l>J)'.ilflLI'.

"' '"

PHIO_~OOOllF

( 1iHP)

.'

1<>!1

.:'/'l'j

i\lllllhll'! , Il"

"1'\Ctf

\'!Urn/

151 !'HlOłl

PIHrn:ltl PHEIJJlt!)(lfl MA,IOH l'!!!Oll PHO'l'!~IN PHEC!IHSflH Mi\.JOH P!tlO/J l'HOTE!tl PHECtm:.iOH MJ,,JOH PHI ON l'IHlTEIN PnEctm~;cm M/\.JOH l'!llotl l'HOTl·:lłl l'HEClJH'.>OI~ M.l\,Jn[! PHIO!J Pnurr-:ru PHf·:CtJl!!;()f\ Mi\,Jl)f{ ['fl(()f/ Pll()'{'J-:!tl PHJ-:{:1m:;rm

M/d()H

P!lW _CO[).;\J PH!O. l·lflCFf\ !'li[() ~L'CHl·:L

1m111rn.r-:

!'dl

!l~;

I

in;rnr;!.!-:

"'

IW

;u~

!Jl);

!!l!Tlfd, MDT!F

1 11' ! i,<'

\C;

!'li[('!/)

d;

lti

:;ET~;

tl.1

•1•\,

!'Hl O lll!Mi\/l

ul;

"' ·;•\, ,,, ,,, id.


\/[1.V!.FVl\M\'l\;!JV(;l.t'

td;

\lił,VLFVf\/·lll'>!lVf!LC

Jd; HI !.V!,FV/\MW~>l1V<;f,r' 1d; 1-1!.!J\!,FVAHl·IT!lVf;lr 1d; 1-/LIJ\!,FVfMl·ITllVt:!.t"

J

•'tri•

!,

td;

łlll;

Rys. 5,9, l'rat:1m·111 111·1.yklad1111·c1 ,o rekordu huy Pl{ I NTS

1,awinaj:\LT.!~O ślad rml1.i11y prionr'iw. I lla 1_wi1·kpoka1.t111{l jcdy11ic piL~rwszy z oś111iu 11101ywt'l\v sckwe11cyj11ych, kll)n· 1worzq ślad. nwuznako11'<• clykicty wajduj;wc si1· na poc1.:11ku kaidcgo pola rekordu dcliniujq typ 1,awartycl1 w ui111 danych (odsylaczc, 111otywy, opisy luli koi:w11tar1.c itd.), co 1t111oiliwia ich poindeksmvani<' oraz przyspics·;.:i proces piicswkiw:rnia zasohriw liazy danych 1

szcnia

,\l"P\I


,,.,ut

I!

li

l>l1,

1 :111w111>rl\1ll

,,)"!\"'Ili

!l\Jd!'-l\!l\j

)

j

"l<'!El"l• 1 '

»\

!!11'11

•'•i\<'!11

'

'·i 'I ,<\,

'd,

·•1,

"

•. 1,

i·ł•.

\llł,

\'!\[!!

i•!HH!ł:

•HłJh•l>l

'I"

·>!IU'.l

ip,

,"'I•/ ,,!'LI" '!•,

,_,„

t'!'!')' \\'Ili \·l''.'l 111;,.·,T >'l'l'' ''l
·11','!L' ·,•1'!')

.. ' ' ' ~ " ''•'

p.

l'i!J(•

1'!ild t!!

«·Jlt(ll\!I ,,, id !"I' I' 11

"

\!l•j

\ '\'

ill•i

l

czy1elności

PHI') 1'1l!() \'!'/
U!NHI Pll!ll'I 1'1\Ml>i' '!\
;•p111 ITlM!

\'i!!O rtt!'.lPF l)•\!>','J\

oraz odsyłacze do rekordów in11ych baz da11ych (np. lnterl'ro, PROSl'l'E), co ulalwia doslQp do dodatkowych informacji :t.gromadzonych w alternatywnych bazach da11ych rodzin białek. Kolejna c:t.\~ŚĆ rekordu zawiera odnośniki literaturowe, na podstawie których opracowano knilkie streszczenie u111ieszczo11c ponii.ej. Stres:t,czenie zawiera inł'orrna­ cjc o funkcji i strukturze bi alka (o ile coś wiadomo na len lemat), jego roli w chorobach, relacjach ewolucyjnych itd. W kai.dy111 streszczeniu un1ieszczono również opis technicznych aspekl
!i. Zasoby i11lormacji o nonach i bin

152

Bnzy danych rodzin IJialul< l!i3

wów. J\nali1.a danych ZL'.Stawionych w tej tabeli pozwala slwicrd1.ić. kt1'1rych nach ·,białek. Mo;i.na lc1uu zaradi.ić ' W"I , „ „. ·. , .1 'Ol I.) „tu1<1c odpow1cdn1·1 „ , : : . . . • w a11tornatyc'!.nie Iw „ ·i ' c1.~sl 1„1so 1Hl\\' l'l·U/\J'l'S nic uda Io sit; wykryć w sek wencjach cz9ściowo odpowiadaj:\cych śladowi rod1.iny 1 u1111cszcz.i.J,\c .l . I . o11.011yl l rl'.!rnrd;ich rzcchow\'WIl) (1ra1. •ll.ll1.1rnc1.a hlok dopasow:invcli '.a·kwc·ncji llH• -ni a w 1y111 l·clu wyrni.c1\ regularnych). ( )znnt"f.a to. i.c do oceny dopasowania motyw6w , . W.1kazujc,i.eblok1.ost·lłw"111· .: 1,l,l111y lllllllcrdostq111 postaci 11'1\U()(l(J(l()"'.-(l l'I' . . ' .1 • .ILZ011y1 <1rud'!.111v· i,ł· · „ · . ' 1nu'i.1w wykm1.ysta(· n'li.1w systemy punktacji. u111oi.liwiaj<1c :;pojl'l.l'IIB-' na te same dane 1 ,'X.. 1 st.inowi l1tcruwe u111·1c1c·nil' I .I . . . i.1 c_ 11110\1.,111l'.I w li:11.1,· d:111v('li l11tl'rl'il1 cych · • · 'u epHlsc1 lllutvwuw \\' .. ·I· . . . · · 1. n)'i.ncj perspektywy. Baza dany\'11 l'Rl f'-1'1'~; do:,u1rC'/.a wi<,:c 11iqir1.Mvv1 l!"l.one dane do w S\11 ad rod'!.iny: w rn11awi·111vn .. I : . "< ,1 1111> i'i l"1il'r·111 -· 1 '.Jl.i pic I \\IS/.)' Ili\\! /.l'stmvie liluLli\\' ~'llik· . ' . . . . ,\uu"" fL'.\I 11<1.\l\![Hlil' \li\. . I" . i\ J\VI .. k:·:I 11<11.\I':\ 11ic1t'd1111d;i11l 11tj \i;i;y ,\;i11yd1 :.cL \\'t'.11cj1. "" Ll\11 :.i,; ;;i,ol!y Swiss-Prot, . ',\,1tlzn11ych dl:i l.ilnbl\\'/i111 ,, .,.,,.,·,,,1.1'1'1.,1.0/llt '.~·u',\.:111>1<1, nh:1 .111no;i.liwit·· IH·1pośn'dnit· {hH ow11:1111(j t w:1 11iLt n„ put·pr1 „

"'

"

•

.

•

\„

!

pron.~dm

i'l lU

,-.Hl lll':t/ tr:111.-,J:icji

~,l'k \\'c1w.ii lf 1.l'< Hll:1d1.1 in.vl'11 w ( 1t'!il ianL

:\składaj:\

(/lf '.\'/'· 1/u111. ).

że

„

„

„

'

/\«· ..

-

.11··

:„, . ' - -.

l'llLł

, 1

II

.

.

. l

igosc1

pr1.es1.t1Liw:i1l h;1;,y da11.vd1

i

(/ 1

/';,1·1 1.

11111!1.).

!!. Zasoby informacji o nnnach .I

IM

155

Pole DF: zawil~ra skn\cony opis rod1.iny hiail'k. W kolc:jny111 polu, 01.naczonym BL podane inf'or111acje o zdolno.~ci rozpoznawczej i innych właściwościach bloku. Jest podana trójka konst:rwatywnych reszt aminokwasowych (CQY) wykorzystywanych jednej z metod identyfikowania motywów, dlugo.~ć motywu oraz liczba sekwencji : .. liloku, a także para ocen cl1araktery1.uj11ca 1.dolność rozpoznawczą bloku --- duże war; ocen o wysokiej identyfikowania sekwencji z , ·odziny białek. 111ale wartości (poniżej 1100) wskazujq na mniejs1.e różnice mi,~dzy wy,,: :likami prnwdziwie dodatnimi n prmvdziwie ujemnymi. Kolejna rekordu zawic„ ra blok, w kt
.}~ści

.~wiadczq

skuteczno.~ci

określonej

cz,:ść

W lutym '.2()()„J roku, hai.a danych Blocks 1.awicrala 4(!44 rekordy stwor1.011c 11a podstawie zasoh<\w ha1.y danych lntcrPro Ci.O i zawier:\jącc odsylaeze do Swiss-l'rot 4 I.O onv, TrEMBL 23.tl. Oprt\cz bazy danych Blocks. są udostępniane równiei. 1.asohy bazy danych PRINTS zapisane w l'onnacic bazy danych Blocks. PRINTS w reprezentacji blokowe.i zawiera oczywiście tyk samo rckonk\w, co odpowiednie wydanie ha1.y danych PRINTS w orygi11alncj postaci. Snwcr Blocks udostępnia intcrf'c.js sieciowy po1.wah\i<1cy na przeszukiwanie 1,;1sobtiw ohu baz danych na postawie zadanych haseł kluc1.owych Juh sekwencji .

. 5.5.6. PRll\ITS w rnprnnmtacji blokowej

!H:\2ti )() i)'•MZUB

(

l''' I U'l'1

( .:1Hl

}'l j f\I;)

~:Ul)

{

,:Jfl)

'\Ili

ScrwcrFJICRC of'cruje dostęp do zasobów baz drn1ych Blocks i PIwno 1.ródlowc, jak i poelHH.lne, ha.1.Ydanyeh punicważ ich zasoby powstaly w ni?.ny spos
pr1.es1.ukiwać

oazy .clm1ycl1 roclzil1 bialok

li. Zasoby inforrnaGji o orniach I

białek) jest u1.nanych 1.a wynik prawdziwie dodatni; o jednym wiadomo, że bł<,'.dnc; 25 białek :;,awicrających WD-40 wsiało pominit,'.lych w wynikach przcszuki ni a: jedno :;, dopasowat\ jest czt;ściowc, a w pr1.ypadku czterech dopasowa1\ (z 3 białek);

lfi9

Hl\TlllX.

(z '.) -IX 1

rzeczywistości

[,
nic vviadomo, czy w zawiL'.raj<\ do111c11<; WD-40. .i;/.;(':1 W kolejnej Ci'.t,:ści rekordu wajdują sit; poła kornenlar1.y (CC) 1. dodalkowy~i;1 inl'onnacjami o jak np. autor (tu: K. l lofmann). klasyfikacja mio.11<1 sekwencji poprawnie reprc1.c11towanych 1.11'1.v. określony w1.or1.ec, maksym!\!/ 11<1 liczba powl\)rzc1i motywu w jednej sekwencji (tu: l':i). m.nac:;.enic typu profilu (prot:ein. domain) itd. Nasti;pni c są.1)()dane pola DR:;, identyfikatorami tekstowy; 1111 1 1H1Illl'.ra1rn dostt,:pu do rckonlow Sw1ss-ł'rot w wydarnu podanym w wiernzach MH (tu: 1\ O . 7) 1.awicrnj<1cych kolejno ws1.ystkic sdz wcncjc prawd1.iwic dodatnie ('r) prawd'!.iwic ujc1n11c (N), nicsklasylikO\vane (?) i f'als1.ywil'. dodatnie (J"). ·' Gdy jest dostępna informacja strukturalna. pula 3 u 1.awicrajq odpowiednie numery dost<,:pu do rekordów bazy danych l'DB (np. :UCG. JJ\OH itd.). Pole DO, znajdująccsię 1 (ll'l.y ko1\cu rekordu, 1.awicra odsyłacz do rekordu z dokllllll'.ntacj:\ (tli L DOC00574), zapisanq w prostym formacie tekstowym opisanym uprzednio pr1.y omawianiu zaso. bów bazy danych PROSITE (rys. 5.8). Rekord jest 1.ak01\c:;,ony pole111 oznaczonym

proliłu,

proliłu

takson~\:,

1

\I.,.'!

't. .

.'.' . . •o.

!''.

,., "

ll. li,

11,.'

!IJ,

',

Il

etykietą

I I. l'rolilc 111og<1 hyć wykorzystane w twor'/.cniu reprezentacji nic lek i domen. ale i wielu innych cech sekwc11cj·1. Profile spt:cjalnego typu odróżnily:1 dodatkowe o·;,naczenia umnieszcwnc w polach Ml\ i/łub CC. Na pr1.yklad poła MA 'I'Q..1 l'OTOC''C-C'THC'UJAI' 1' .• , .. „- „ „ ·-· .„ '· i('C'/MJ\'J'I'TX _ . . ·.. '-·· , __ 'J'Yl'l'"·re1··· .. : _,„ . . ·jtc>c·11 ·1··e<•ic1 : ' - ' „ ) l ll()iSlIJ"\l·1·1f'1ll' .. ' H 1.00W)' (ang. cirrn/11r 1m1filt), ktl'iry mo:i.e być dopasowany do odcinka sekwencji zawierające• go kilka powtór1.eń tandemowych reprezentowanego przez nic motywu. Przykładami takich profili S<\ ANK__ REP ___ lł.E:GION dla powtórzci'1 ankyrinmvyeh, COLLl\GEN_REP dla pmvtórzeó kolagenowych G-X-X, PUM __ REP.l<:A'l'::-) dla domeny wi:1/.ącej RNA biał­ ka pmnilio. Dodatkowo pole CC/MA'I'FUX __ 'l'YPE=compo";i L:i 011 oznacz.a, i.c profil zawiera odcinki o nietypowym skład1.ic, np. PRO __ru:cH dla fragmentu bogalcgow prolinę (takie prolile istniej:\ niwniei. dla pozostałych typów aminokwasów).

li

'"

! O, fl.

''I,

"J

H,

!'I, : h

„ __ . .

.'l,

l.ll1'.'{l·\ll),

/\Jt!F!HMIJ·.·1{\);

określonego

1)rzvhier;11ostać

!'Oói·l(l).

!',.

!'i.5.8. Pfam Tak j:ik w rowy spos(>b 11m/.na wykorzystać lokalne dupasuwania najsilniej konserwa' tywnych odcinków sekwencji (tj. motywy) do zi(!l'.ntylikowania białek należących do określonej rodziny, tak i na podstawie dopasowail całych sekwencji moi.na utworzy( n·l·i.nL' wzorce sekwencji urno:i.liwiającc klasylikowanic: sekwencji białek. Dopasowania cilycli sekwencji nH1g:\ być reprCi'.l'lllow:me pr1.Ci'. prolilc i 111„1.cz ukrylt.' modele Marko· wa (ang. hidden M<1rkuv nwdels. I IM M ). I !MM sta11owiq 111:1ten1atycz11y opis procesów stocl1astyG.nych, w kt(1rym istot\: procesu wyrai.a si<,: w postaci zbioru stanów rcprc: /.L'11tuj:1eych '/.aistnicnic 1.dar1.enia (np. wyc111it01vanic zadanego :;.naku, l'lllisji 1.11:1kt1 itp.). ora1. zestawu dopu;;zc1.alnycl1 pr1.cjść mitcd1.y stanami. HMM zaslo· suw:;nc do modelowania konserwatywnych odci11k()\v. sekwencji w dopasmvaniu wiclo· ;;c·kwe11cy·1nv111 rod1.i11y• bi:dck liniowcu.o la1icu;:lia trzech typów stanliii:r „ „ J • :;t:11111 dPpasuw11j:1ccgu n:s1.ty (ang. 1111111'11 sto/;'). sta1111 w:;tawiaj:\ct:go n.:szlt;, (ang. inH'I

/Ffd,~;1.;

'!', T, T;

Ol'iH I. p·1ar11,

T;

!!UMI\//,

T,

lj'll·lh!•,

!!lJMf\fl,

T, T;

•Jl(l'f'.,
/\!!'['('!\,

T. T.

!lY li! [llHlM1·.,

T,

T.

!",·r11•„

Fl\1•1•1

HIJMl\!l,

'!'.

T,

!'!J.!l'•,

tll-:!J!

l\lllJSI·:,

Iii 11:• YE/\f\T. Y\<\_I :;nJYJ.

T.

O. !!.

(_)'.~y~„J

l,

i':! ~I \ H ;!

T,

00')'1'10,

Y.'ISJ

C/\El-:1 ..

T,

ql:~;~JO,

01-1n'I,

·::;

t)'!lHIX·I,

Hl/Hl .!llJMAfl,

T;

f'l·\·Hi,

p•,on•.1,

CC·lll llUM/\11,

l\IU h

/\H·11 ('li.\!\

T T

() ~·. ~. () :! '.l ' 1

l']łl): 11,

fi,

Q~JV'/!•l

tl;

OJ·l'l'/t,,

11,

OH!\>lll'>,

UJ·lll t;/,EEf., [lYJ l !\1)1J:;i:,

f!,

(}\')'}'IB,

(}l.HO'I,

!JY l ~·

()())]

r)ł),

Oll!l·\U"/,

tl,

QUi9hO,

!"»1 'Jol,

tl;

\1'1\JK)\)'

lI ,

I' .~ •; \ 1, •; ,

l)OJlllO,

Il:

[>
!/;

l.)'l!',!:;'„

Q'l,IM~lll,

li, Il,

ry1m:ni.,

tf,

()l.!J•,\,

!)! fl·I) .',

Q'l llfti~ ., ' il•\O'hiO, Pl 11;9•1, lSCfi, l/\Olt l'fhH'.OO'.,·H,,

pow1ór1e1i Fra1•111t·111 \,\11'1'„l(I

J!ys.s.12.

!'·l iOinl,

tl. tl,

()12:!()1)

br:i~

li,

t.

n. li,

"·

li,

YF,fl

{l·.f'Sr,

Il.

\'f„\:;T,

11.

i'\lllt\\,

F, l )\'/'{.

li'/

I

P;!'l./lłf>,

l'•l .\t,0

"·

HW1/\tl,

•I I· I

..\' dt

\i:{U'

t1;p;'

l T!H),

. '"''"!!" tekord11 ha;.\' d;i11yd1

i'l\()Sl'l'I'

/a\\'HT;q;\etT11 p11d1I ;1!\'l!11ł1iw:111y . .

dl;i

!i. Za!:oby inforrnacji o nonach i

Ili?

liazy danyr:li wzorcilw si:l1wencji llialel1 1()3

,.1"

I ·h ;-; ··~

h.l ll '

< in11l\'

· • ·

·

;1111inokwasów i ich wla~;ciwn.~ci. ·1;1ki pud1i:d · · · ihtlW bv V

;1111i11okwas{)\\' .icst wykur1.ystywa11y

w

IWOJ"/.l'lllll ;.:1sl

'

·.

«MOTII; \Vla:iciwo~~ci a1Hi1H>kwast1

1n;ily

Skład

grupy arninnkwas.
/\la. Uly

;1!'1Hll'1l'.'/l'/ll)'

Sn. Titr I lis, I .y:), 1\rg !'lic. Tvr. 'l'rp

111:\\y hydrol'l)\H}\\'Y

Val,

<.n·d11i hyt\n)l"1\IH)\VY

Val. I .cli. I le. !Vlt-1

k \\':1:~1 )\Vy/:111lid

,\sp, ( ilt1. 1\sn. l iln

tttalv/p1 ilarn\'

,.\la. ( ilv. Sn. Thr, l'rn

inaly

1.

grup:\ hydrnksylPW:\

;;1s:Hl11wy

l.<'
Ile

.. , ll·ll\\''llll' • I I I1 /\' roi•owc (ang . .1·tn11i;e11cy . , Inc/Il'\ uw:l''\' na 101.rn.11 c • " ~ i'l
li.

~mm·iPrn

· · 1· .y ,,,. · -1.si" 11 . . . . . ,, ·I l'!'OS ITE. Pl~! 1'1TS i I'l'a111 Cl.t,'.Sc1owo pchl , "' ,„ to .jcd· "· ('hoc J a1. z.asoliv li.ii. d.111.i c i ' . , . 1· .. „ l " 11"1 ·11 Co w i1~ce1. ha7.y te m.ij<\ '. . . I· ' . ' ' ' ·11-i· 'Sl'lll !Il Ol'llldCJI () 11,1 "L . ' . " '' 11<11. r1i1111q '..tl\V.tlll.I \_ '· '_· · '/!()/,nic\\ · . SI . s 1 1Y l " 1c 11' . · rq(ll Iatm. . . lllt. i,"tli/'\ J •,L'!,11•t'lll'.li: wv1·:11.t.•111:1 " .soh!l'- w IL Cll ·1. . . ·,,,.111'11·1· 1c·1!·1·1·1 inodelc HM1v'·l · · · · · I 11 · t'\1 n·q t'p·;zc 1 ·, ' ' ' ic'.•.l\'l'l1 11:1drnd1.i11 hi a kk I w l:1k1c i pr1.yp:1t "11 l ';' . '. . <·11~·1wc!'1 ~v 1117.ypadku bar· . . . . . " I" I ·I . , ·llllJL' lllska /.< ll !Hlst 101.p i. ' " . . •) i jll'
I._ -.' :

<

L

'>-

'

•

•

•

•

'cktórc z nich krn1cc11truj:1 si\~ na domenach, inne na 111iejscach aktywnych, ajcszc1.e innt na rodzinach Takie hierarchiczne do problemu klasyfikacji na od nadrndziny do podrodziny umożliwia ustalenie dokładnej funkcji określo­ cno białka. Dlatego, tworząc slralegi<; analizy białka, rozs;idnym wydaj<,~ si<,~ przeszuki11 ° . I1 t Ios11~pnyc Ii I)a/. t Ianyc I1, a I1y m1ec , , pcwnosc, „ ze . uzys I\ane wyrn" ·1 , I)\:tą I wanie wszystkie 1nożłiwie 11ajhard1.icj ohszemc i szczegółowe. Dosl<;p do baz danych rodzin hialck, 1.hieranie wynik
białek.

podejście

różnych

białek

róż­

Proces integracji danych 111rndnia istnienie dosyć i.łożonych relacji rni1;d1.y rekordami w poszc1.ególnych h;m1ch danych. Po analizie charakteru istnicjqcych relacji wyodn;bniono dwie ich kategorie: „rodzic/dziecko" (ang. /!orcntkliild) nraz ,,zawiera/znaleziony w" (ang. co11111i11.1!/ii1111d in). W oh1'\'hie kategorii „rodzic/d1.iecko" istniej<\ dwa rodzaje relacji oz11aC1.a11ejako „podtyp" (ang. s11/J-1.1·11c) ora1, „podci;1g" (ang. s11h-stri11g), ·Mianem pndciqg11 ok1\'.Śla si\: występowanie jednego lub wi\'.ccj n1otyw
dh1żs1.yrn

li. Zasohy inlormacji o oonacli i

164

typ" orai', ,.zawicrn/znak?/,iony w", powiązane nimi rekord:' otrzyn111j;1n·1~.11e k<'.dy. pu. w lutym 2004 roku 1.asoby bazy danych l nterl'ro 1.aw1c1 aly I O 4 ·I"' c: Ol „. ') Źródlc111 danych w . omawia_nym wydaniu bai'.y danych -l'!OI ,I/. 'I'·I'Ml.ll I , , 7c: ~-'--. , . . ' lntcrl'ro byly bai'.y danych l'RINTS 37.0, PROSI'l'E ll\.I, Pła'.11 I. I.O, ProDom 2002.t, SMART 3·.4. TIGRF/\Ms 3.0, l'IR Superl•'<1mily 2.3 oraz Slll'LRl'!\IVJILY l.
5.6.2. Struktura rnlmnlu

1111

bazie danych lnterPrn

Rekord bazy danych lntcrl'ro 1.awicra jeden lub więn·j w1.orc(1w ~cl~~vcncyjnyc·h·:: o~. I· I ·I ·I' z'róllowych wraz 1. potls11111uw,1111c111111l01rn.ic.111„1pow1c
ll'HOOOHJ'l,

t!.nnl'

Pr lOll

TYP"

F,u111

(m<1!c!1t•~1

1'1 l
l,1•\

p1ul«i11'.1)

p1ut 1'.111

(),!\

!Jazy danycli wzorców sekwencji llialnl<

lfif>

J(ażdy rekord bai'.)' d:l!lycli lntcrł'ro ma pri'.ypisai1y 1111ikal11y llllllicr doslt,'IHI (postaci JJ?E.000000) zawarty w polu 1\ccc:,:si.011 or:v. skn\cony opis (p1ilc N.1111c'.). Dakj mamy dat\~ ul worzcnia i ostatniej zmiany /,a wartości rdzord11 (pole Il; 1Lc-1:) orm-. odsylaczc do rekordów ze wzorcami w J.rt1dlowych bazach dnnych (pole ,<;j q1w l111, ,1:). pole Alx:Lract: zawiera strcszci'.Cllil' inl'ormacji i'.clir:inycli 1. odpowic·dnich rekor„ dów ;/.ródlowych baz danych. W polu 1=~c fc;1-."ncc1: jcsl pod:l!l:1 list:1 odnoś11ikt\w litcrat11rowych, klW (ang. Gene 01110/ogv, (IO) (The (!cne Ontology ( 'onsor1iu111, „100 I). 011tologin genów stanowi inicjatyw,· 1.micri'.:tjqc:1do11stall'ni:1 i ko11trolowa11i:1 l1'l'llli11olngii 1.wi:1zancj z ró;i.11y111i aspck1:1111i funkcjonowania ge111">w. ,')1.ci'.cgt1lowe i111'on11:1cj(' dot)'<'/.:1n· GO wraz 1. OllHiwicnie111 1.11al'.i'.l'nia słowa „011tolop,i:1" IHHl:1jc111y w podro1.d1„ 1.l.cz odsyl:tci'.y do rckonl1'l\v ;/.nidlowycl1 li:11. d:111yd1 om; h:is<'I (I< l. odd1.i<'11w pole rekordu l11terPro ( LJ,il iil.l<.i::c• .I j n k1: J 111!1/.c za w ierat' odwol:111i:1 do 1.:1solH'i11· i11 nych baz danydi. Mogq si1· tu i'.nalcl.L' odsyl:tcZL' do rckonl<'>w h:11.y da11y1·1t H locks, re kordów z dokumc11lacji rod1.in hialck w bazie d:u1ycl1 l'ROSl'l'l·:. rl'lrnrdw wysoce s1)(:cjalistyc1.11ycli b:ti'. d:111ych. 11p. li:1zy d:111ych C/\Zy (C/\rbohydralL'-/\cti1•t: Hn/'.ymcs), w kl!ircj grnlll:tdi'.i si1· inli>rnrnci<' o k:11:t1i1vc1. nyd1 drn11c11:1clt c11zy11H·iw dzi:dajqcych 11:1 wi:1z:111ia gliko1,yd1iw".

li'l\11()1)};1'/ I P 1{0 o O~~

l'IW>N

1 '/ :

I l'Rooog1 '/

1

1u< ,N

l'l;J< )j'~

I l'ROOOXl7

11r11111 {/'\(i'i{)J

l'O·l'J:\'.l !•\1)2.J•J !'O·I l

'1li

ll'IWOOXl7

flł•
PH IO C/\tl!'/\ l'HtO MOIJ!;E

MU\t!;P

l'H!O !IOV lM

!IO'lllll'

\'!! J() !HlMf\tl

\lum<111

i !\<'I

~;

1

11

t!

\'rlo11•1

:·;~·'.::·~:~ 1 ·:

,

1

Tr'(•mb

,\lJ1l!if'

t i nkr,

l•FO~;

l'\'l·'.

li tni;l(<,

·\)

H'i lM(l'JH'Jl

lMEUJ,tm:

(/ilLrt'~,L11\\ ;111c

·1

/;1d;111t·i

h:11.)· I 1h~ I f\lT.\ ! t'

\\'\'[wl11i1·nit·

1 111 ;11

-',;li"

(:~, L\ l·n

'HH\;\'J'.l>!

Pi untiwr ;; n

<111!\

pt 1on 7

tl'•,

(i ')'l t J

)

;!:ll~:l! ,\

'\'hr~ ~·.t: r·aptt" ,\<]•~nt.

!J,\ł

ne wypel11ie11ic-), Pl\.( >SIT!·: I kropko\\'tilll' wypc'!11ieHic), f 'f":nll (kr:ilk:tJ

!\

:-~~;;~::P ;;,.:; ~.; ~;~;uhH>I :;1..1\\l

I ' I~ I'

Rys. 5.15. l'rzykl:idowa gralic111a prcze11lacja wvnit(,)\\' pr1c:--,1.t1Li\\';111ia ha;,y da11yd1 inkr Prc1 dli!

sekwencji lud>'.k i ego prionu. Na ry\ull b1 1.nz;J{\\ 'l~lllo pnlnl.L.·nit· dop;1s1 J\\';!!l \\·:1on·1 ;\\'

!'.•·! •!l '!IH'P•i I' I Il :1

liilllilillll!llll!illlllll!iillllllll!\llillfi!l!!llillilllllil!lilliil!lllllii!!lll!illillillliill!lfl!llil


ł; ,

'I

\il"

~()()(j'J1>1J

l

P•:1:r:h1.1r 1 M

l In'. !Jl tnl\ ll•,rp• li h••

~; •. 1 !l
111odwm.

{l\F\ll.ttW

:;i \'!l"lt nn1

l!l(l'lll!\1

I tH·:!lr. ! tlL ., l l \ l lt l

<' l

Si'.l'/.CgS/.<'1.cguli1ycll rcL"1-..l11w /nidl<>"/11·11 ii:1; d:1111,·ii l'r1.ykl:id takiej prczcnt:wji wv11ik1iw pud:111n 11:1 rvs ..'i.15, 11:1 Ll!JJ'\'111 . ;1:·.11;11·,c•lll<• I•• n1ies1.c1.<.'11ic w pr1.yk l:ido\Vcj sek \\'Cll<'.i i lud1.k iq•o \li·i1 '"11 .i, ip:t:-:<>11·;i;1 li'I'( 111 / i •:i, '1:1

il. Zasoby inlormacji o oonnch i b

lilii

slr11i
ll"t:h i 'I~ i l'fi'S, l'R( >SITE, Pl'arn i SM ART. Rysullck .'i.15 stanowi ladrn1 i lustracji; róż.nic. 11 ·:inliy dop:isowani: 11 ui 11101yw<'iw wysti;puj:1cych na krótkich odcinkach sekwencji oraz'. prt;lilioliejirnij:icych 11 iernal cal<\ sdwe11cj,~ analizowanego białka. Zasoby h;~zy lntL~rPn • 11 Hri.na pr/.CS/.t1kiwal; na prnlslawic 1.adanych haseł kluc1.owych luli sckwc11cp /.a posrcu.. ·\ 11it·lwt:111 serwera VVvVW in'stylulu EBI.

1

167

ilości<\ danych 1.ehra11ych dla w1.gli;dnic niewielkiej liczby szc1.ególnic popular-

w hada11iach c1.1\SllTzek (np. hemoglobina, mioglobina, lizozy1n, immunoglohu'liny). W konsckwencji liczba unikalnych struktur w PDB zapcwnc tylko llieznacznie ·J.ckracza 3000. 1 Jl Nic ulegajedllak wqlpliwości, i.e 1.asohy PDB sq niezwykle ccnne. Analiza 1.awarto.· 'ci tej bazy da11ych dowiodla, i.c wicie białek cechuje podohic11stwo ua poziomic struktu~, c;i;slo od/.Wierciedlaj:\ce wsp
:~·sekwencji

( lintiwit·nic 1.asobt\w biologic1.11ych hai. danych ll111oi.liwiajqcych anali/.\~ sckwcncji nie l)vloliv koinpkt1it·, gdyby lll>111i11it;lo w nim h;11.y da1Jych ~!1rnnad1.qcc inl'orn1aeje l~str~1k11.w;c .lii:ikk. ( 'hoci;i;i. nhl't'llit: z;istihy takich haz danych ubc.1111u.ią W/.gl,:d1nc 111cw1clk;l lici.ii\' struktur pr1.cstr1.cnnych hialek wyznac/.onych 111eloda1ni krystalograli~zn~mi 1 speklrnskOJH>Wyrni, to _jl'dnak ich /.11ac1.enic hęd1.ic roslo w _n11art,: /,W'.t,:ks::an1a liczl>V z11:111 vl'h strukt11r hialck li,:dącegu v,1 znac1.nyn1 stopniu wylllklern rc;il11.acp wysokoi1r/.q1110;iowych projcklt1w ;•.c1H>111iki strukturalnej. Ba1.y danych struktur h1alek moż;ia ll!',t\liiit' prnl1.ielit: na le, kt
'l.11.PDH I 'I) I\ (I 'rntci n I hta Bank) jest h;m1 danych, w k t(ircj gromadzi si1: inl'orn1;'.cje o st ruktur1:c 1ir1.t:str1.t'lll1cj 111akrncz:1stcci'.ck (Bourne i in., 2004). W lutym 2004 roku JCJ /.asuhy oh:.1i11owal y 1; 1c1.nic: 2•1 24:\ rekordLlw, /.czego 21 l)48 zawiera Io slrnktur)'. h1alek, pepty.l_J<~w

l11h win1stiw WV/.llaC/.onc 1.a poś1"t:d11ictwcm dyl'rakcji rcntgenowskicJ, speklroskop11Ją­ dnl\\'<'.!(ll rc:i.on;111su mag1wtyczncgo (NfVIR) i modelowania (tah. 5.:'i). Po/.ost'.1lc rekordy /:1Wit:1'-;ily slrnklmy kwast\w 1rnkkinowych, knmpkksc\w hialko/kwas 11ukle111owy oraz \\'t,:glowt H l:11Hiw. TalH'la :;.:;_ /.aw:1r111śt: liazy

d:111ydi

iV1"1uda duswi:1dczal11a dyl"raLlj;1 n·ntgcn{lwsLa itp.

Nlvll( l:1011i<'

Baza danych SC 'OP (Structmal Classifica1io11

or

Protei11s) zawiera wyniki klasyfikacji

białek (dla których 1.namy strukturi; pr1.eslr1.cn111\) przeprnwad/.onej na podswwic badania zalei.ności t:wolucyjnvch i strukturalnych ( Andreev;1 i in„ 2004). Drnnenv w hazit:

l'I li\ w:• s1a1111 11a luty 200·1 n>ku

llialka. peptydy,

5.7.2. SGOP

wirusy

Kornpld;sy hialko/ bvas nukleinowy

l ') (Jl •l

gt)g

71'!

.~ 'J.\. I

l)()

'il>'l

•I

.'.I l).jg

lJ'J-1

.~8H

18

Kwasy

11uklei11owe

I

W1,glowoda11y [:I

„.

· · · ty Sjll i·· t·1l1 ( \·t·li:1 11 111:, ldora Ili\' W)'lll· 1"l w ()<.'/.)'WIS S(l 11 ., ,, ·1·1\1'·11·tt1•:c·1 " '' . " ' : .'i „ 'i 1·cst oł'I 111·1.vrni:i red1111da11cja danvch. '/. uwagi 1rn spccylikt,· prnwad1.e111a badan 11aukowy~ '.' . · ·hi alko · Stiljt'. · s1,: · jll'/.el IllllOIL:lll · · ca ICj· SCI .„Il Oi'.lldl/.( · · " ·Il ' 'st1-ul·tury \\' k11irvch ol;n·śltllll' ' ' ob1tl7.I pr1t·s1r.1t'lli ko1il'or111acyj1wj hiaiek, jaki wyla11ia się/. /.asohtiw l)DB, .iest ·11Jieksztalcon)

danych SCOP S<\ pogr~1iit;w;me wedlug rnllzajliw i hierarchicznie podzielone n:i rodziny, nadrndziny. 1.woje i klasy. Pr/.eprnwadzenic takiego pocl1.ialu jest utrud11ione ze w1.gl1:du na istnienie ogro1llnego zrói.nicowania w slrukt11raeh hialck -- niektc'\rc hialka pr/,yjrnuJ;1 strukt111v pojL"dyne:t.cj, 11icwielkiL:j do111c11y, a inne olhrzy111iego, wielmlomenowego kompleksu. ;;, tego powodu klasylikację struktur hialck warlo w pewnych pr1.ypadkach przcprowad1.il' 11;1 po1.ion1ic pojcdy11c1.ej do111cny. a i1my111 raze111 11a 1H11.iomie struktury Wielodo111e11owej. <>dpowicdnic zasady klasyfik:icji ln1dno zairnplcrnentowac' w postaci 11' pclni li111tolllaty/.t1wa11ych prnccd11L st;id m1.wL1j h:1zy danych SCOI' zachod1.i pop~·zez r~c/.llt' opracllwywa11ic ;111lo11wlyc1.11iv gcllL'l'OWanych wynikL1w poniw11a1i slrnkl11r h1alck. l-lic·rarchic1.11y spostih klasylikacji hialck odzwicrl'icdla wystt,·pujqce mit,~dzy 11irni relacje slrukturnl11l' i cwolucy_j1w. Sposrl)d wiel11 ist11iejqcych pozinnHiw w hierarchii

11\iP

I II 1.

Hm

G. Zasoby infonnacii o l()!J

I

I

najwai.niejsi'.ymi są: rodzina, nadrodzina i i'.W<'>j. Clra11ice 111it;d1.y r(i;i,nymi kalegoriai~r w .hiernrcl~ii ~z<;slu mogą si,~ zacierne:, jednak lo, co charaklcryslyo.11e w pri'.yjęty111 sy~~ , temie klasylikacji, to f'akl, 'i.e i111 wy'i,s1.y pw.io111 w hierarchii, tym hardziGj wyraźti~\~ 1 pmlobic1\stwo strukturalne między białkami w tL',j sa1m'.j grupie: . . „ Rodziny zawieraj;\ białka zwi11zanc /,e sobą c1.ytelnym1 rdac,1a1111 cwolucyj 11y1iff'\, 0 identyL:'/,Jlości sekwencji vvii,:k1;zcj lub równej'.~()')(,, Pr1.yj<;lc krylL~rium nic jest jednak•. osim zdefiniowane, gdyi. w niekt\)rych przypadkach jcsl 1no'i.liwc uslalcrne pochodzenia ewolucyjnego hi:dka.dla sekwencji o marginalnym podohiuislwic 1;ckwL:ncji (np. w prz~­ padku niektórych członków rodi'.iny globin jedynie 15'/(. rcsi'.l .Jesl konscrwalywnych)„. " Nmlrndziny ol1l:jrnują grupy hialek o niskiej idc11lyci'.ności sekwencji, których 11; 1jprawdopodobnicj wsp<)lnc pochod1.L:nic ewolucyjne pri'.cklada sit,: 1rn podohiet\stwa W sl ll!k t lll'/,C i f'unkcj i. '" /,woj(' w.nac1.aj11 grnpy biald\ podolrnych strukluralniL: (li'.tl. glw (ok. •l„100) jest wyrnź­ nie 1n11icjs/.a od 1<1cwej lic;r,hy slrnklur hialek 1.grnn1ad/,1Hlych w l'DB. '.!'.awarto:~ć bazy danych jcsl udostępniana 1.a pośredniclwern serwera W'v\l\'A/ laborntumnn h1ulogu molcku!;1rncj prt.y MRC (Medical Rcsearch ( \n111cil).

f:r'

Tahl'la 5.(1• Klasvlikacja bialek bazy danych Sl '(li' 1.aslosmvana dn wydania ba1.y danyd1 l'llll z I sierp· nia .100.l n1kn (p;>111ini~·lu slruklury kwas<'>w 1111hkinmvyL'11 i niudc:le lc:ordyl'l.lll'J

Klasa biakk

! ,io.h:1 1.woj«1w

I .il'!.ha nadrod1.in

.~'lg

(\'//i

17'1 1. 1(1 1.1 1

" I /i

.'l·I

J.\\J

3g

.)})

3(,

(1(1

'"/i wich1do111l'!lOWc

hlrnHl\\'l' i zwi:v.:11w

111:dc lq«l.llit'

1.

puwkr1_t:l111i:1 ko1w'1rki

,~l)q

l'l\J

I ,icr.ha

·180

,1(12 5,12 567 53 7'.\

(1(1

l):)

150

~()I)

.'ll.I

2 :U-/

zie danych umieszcza si1: wy11iki IVCi'.ncgo opracowania danych. !)0111c1 10111 /.awariy 111 w prl'.ypaliku oznaczcn cnzymow hC. 1 w ly111 prl'.ypadlrn idcnlyrikalor jest lwori.ony pr/.C/, c;.tny ·rozdziclo11e kr;lpka1111 l1c1.hy .odpowiadaj;1cc pos1.o.egtilny 111 k;ilegurioiii klasyfikacji jak i 01.11acl.l:n lekslowych. '.!'.aslosowanie idenlyfikalor(1w 1111111 cry<:i'.nych 11111 o'i.liv~ia efektywne prowad1.e111e ko111p11lcrowych ;mali/. danych. lslnicj; 1 c/lery pol'.ioiny hinar·. chii:

.• w CA'll~ przyp1s~l.JL' s'.1',1.anhv110 identyfikator lllllllCryo.ny (podobnie jak

i.

" Klasa definiowana 11'.1 podstawie 1.mvarlości clc1m·11l\iw slrnklmy drtl/(Ol'/.t,'ju.

."' lłomolo~.:i.a opisuje .białka. klwny .IYX„ l'udohiciistwu 111 ii·dzv hialk:t 1

1; yz1iac1.a SI\'.

na podstawie o poniwnania zaniwno ich :;ckwcncji,jak i slruk.lury. Zasoby ha1.y danych s;1 udostępniane za puśrcdniclwe111 serwera WWW llnivnsitv London (UC 'I,). ·

5.7.4. PDIJsum Baza danych flDBsurn n.,askowski. ::001 l of'crnjc dosi<;p do inl'orni:icji :.lrnl.lur:ilii«i pr1.cdstaw1onc1 w puslaci hogalo iluslrow:1nych wynil((iW a11:ilil'. simki ur !Jl"/.l':;l1"/.L'ltlJV1'h ':gro1,nadzo11ych w Pl >Il. lkwasowyd1 lii;dk:11. liga11d«111 ild. ·1:1k;1 -„ 111 zcntacpt da11ycli.ics1 pr1.yd;1l11a nic lylku w wi1.t1alil'.atji ,c;lrnk111r 11r1<'slr1.«11n\Tli ukrvlvl'li IV lekord·tch h·11" I· I l'I ll 1 I I . . .. . „ , . · • • • ·.1 l dll)'l' 1 "11 L' prl'.1.:( c w::1.yslk1111 dl;ill')'.O, i.<' ::k11l<'<'/.1ti" l:ic·;y 11 ,. · · „ · ·1 · I lUrl'.L: prl'.cslri'.Cłlllt'_l· 11111;roc;.;1::l1'l·1.l'k. I · „lo1mac1L . . · z·1w·1rll' ·: · • · \V ·s<'I· ··' \",L11<,111s1u; (),·/<'l.t1j<'si1.. ze lola 1·1i·1e o 110 I "iści· I · · · I · I I I · . •' .~ 'L. · . .i< o p1c1.c11 owa111;1 1 ;111yc 1 H,'.tb'.ll' ru:d:1 wr:11 ::. ro;-\1''f" rlruu. \. . . . , ·1:1 0

0

ll a;,; 1 da11vch ( '1\TI I (Class, ;\ rd 1ileci url', ·I\ l!l\ 1lut~Y· I lolll()logy) /;I\\ ina wyniki, llicrilr: <'iiicwcj i,1a:;yfikacji sln1klur pr1.l'slrl'.L'1111ych do111c11 hiakk (!'earl i in„ '.~003). Zasoh) hai.y d;1.11yl'i1 .~;1 (W(;1„1.rn1c gll'iw11ie llH'l(lda111i <1111rn11atyn.11y111i, ;i gdy
1711

!).

i';1so1Jy inlonnacji o r1onncl1 i 171

11iL wi1.11ali1,;1cji i !lprogra111mva11ia 11n10/.liwi;1j;1ccgo hanl1.iej i111crak1ywny dos1<,op do d:111vt'\1. W 1111.yrn 2()(H rnk11 PDBsu111 1.awicrala 25 (1.\2 rekordy. Zawartość ha1.y danych 1co..111dosll,:p11ia11a1.a jl!lŚrcduiclwL'lll serwera WW'vV EMBL EBI.

lli"i'!'"i' r"1.d1.i;tl 1H1świ,Tiliś111y 011Hiwie11iu haz danych sekwe11cji nukleotydowych ora . 7 :1111i11tik wa::tllvycli. ha; da11yeh rml1.iu hialck orni. haz da11ych slruklur hi a kk (dostęp do icli .t.:1;;()l>łiw 1ilalwi;1jq i111'or111acjc u111ics'/.C'/.01H' w 1.alqc·1.niku 1\dres1· i1111T11ctowe, znajd11j:1n'111:;i\:11a krnicu 11'.i ksiąi.kil. Opróc1. lcgo lypu hai„ istniL:jc olhr1.y111ia liczbaspccja.. li::ly<'111vch h:1,1. d;111ych, j<'dnak scharnkll.'ry1.owa11ic każdej z nichje.~t po proslu nic111oż, li11"" W 1v1111HHl1<11.d1i;tl1· 111·1.yjr/.vmy .~i1: lilii.ej dwólll typo111 ha1. da11ych: hai.om danych 'P''"J111;1dzą0: i!li'()rn1acjc wvh\L'/.me tl nich. ll;111,; sekwencyjne. które w nich 1.awarto, by. 11:1.i11111i«j 11ic sq 11ajw.;1/.11i;·js1.c. ( '1.\sto ct.·k111 pmvs1ania lak ich ha1. danych hylo nzy„ :;b11w l«ilo<1·1ll\\'l'I'() :;p1ljr1.c11i;1 11a okrcśluny svstc111 hiologi1."1.ny, n;1torniast sekwencje hyl\' lraLtow;1111· j:1ko jt·1k111. wi1„~l11 1H11.io111(Jw ;1hs1rakcji organi1.mu. l'rc1.cntacja danych 11<1 wyi.s1.y111 po1:io111ic 111110/.liwia 1.rn·1.11111ic1ill· orga11i1.acji inl'cmnacji w genomie. Przy. klad;1111i organi1.1111iw 111111.1·1·1·s cenTi.1·i<11· (S< il>; I >wighl i in„ 200'.2), C11cnurh11hditis dcg1111.1· ( Worn il las1:; S11;i 11 i i n .. 200 I ), I >mso11/11'/11 1111'111111 >,i;11stl'r (I .'ty Base: The FlyBasc C'n11:;01·1i11111. „'.OO:'.l. Mus 11111sni/11.1· (fvl(il); Blak,· i in„ 2()(U) orn1. i\mhiilo11sis tha/ia1111 (I'.\ 11~; I~ li"" i i11.. '.003 ). K111alor1.v 1ych i i1111vch hai. danych wsp< il pracowali razem 11 ""1;1111icli b1t;1cli w rnrn;ich dzi:dal1.1oś-ci kl.rcsl«11i11 j:1l.ivj i11i1lr111;11.:ji polr1.d1uj;1 i w j:1ki spt)scih chq j<\ wykrn·1.ystać'.Do.1~111· 11 ;1i11it:j:;1.ycl1 l1a1. d;111yt'li 1cgo ty11u 1,;ilio.:1j:1 si1/ ha1.y da11yl'l1 KH< i(J (Kancl11~a ~ ~n„ 't)ll '1, WIT (0vc·rh1xk i i11._ .~()()()) i l'.rn( 'y1· (Karp i in„ 2002). lllVl·BBD (Ell1s I lll;' 1 . 01111 ( ll:1d1T i;,·11:1 i t lt1,111;1t·in11· i prt>tt'<1111ika. s:\ i.nidlt·111 i111'or111acji hi(1logic:r.ne.11.nncgo I\ pt:. \V u>.l<1lnit'l1 l;11ach rn:,11i« pr1.ckm1:111il' o ko11iL'C1.1msci gro111ad1.enia takiej i11torma· „ „ , . . lli:ys I,1wa11yc . Il \v różnych •Jl'" l>;11;wli d:111\Tii. '"' 111:1 1111101.ltwic 1mrow11an1,· wy111· 1\O\\' · i:tlH11:11mi<1cl1. /.;isol1_v 11·:·0 1y1H1 hai. d;u1ycli 0111:.1wia111y w IHldro1.d1„ I .\.11.

Spośród setek istniej<1cych hiologic1.11ych ha1. danych warto wymie11iL;. ha1.y danych:

(I Iuhbard i in„ 200'.~). która stanowi bogate /.n'ldłu aulomatyc1.11ic generowanych adnotacji do sc:k wen ej i I ud1.k iego gc11011rn; U ni Gene (Whcelcr i i 11„ 2002 ), w k tórcj na podslawic a11ali1.y 11icred11mla111ycli 1.estawów gc1H'1w pochod'l.ących /. ha1.y danycl.1 : (Jen Bank (1.hiory hornologicwych gc1H)w 1. rM.nych orga11i1.11H)w, w ty111 c'/.lowieka) jest mapa lranskrypcji; TDB (<.)11ackc11hush i in„ 2001), w której 'l.inlegrow;mo o genach 1.chranc w wielu r(1/.nych ha1.ach danych; OMIM (llarnosh i in„ 2002), która jest źn!dlcm wied1.y o gcnad1 i choroh;1ch gc11etyc1.11ych c1.lowicka; C'DD (Marchlcr-Baucr i in„ 2002), kti'>rn zawiera dopasowa11ia wiclosckwcncyjnc domen białek.

;\utor1.y lej ksią/.ki prns!.<\ o wyhac1.c11ic tych kuratorów haz danych, którzy fH1c1.uli się dotknit;ci pornini1,:cie111 opisu ich hai. d;111ych w ty111 rm.d1.ialc. Bardziej ohs'l.er-nc 011H1wicnic '/.asohciw hai. da11ycli wykor1.ys1ywa11ych w liiologii llH>IL'.k1tlarncj 1.awie·· ra poświ\T011c w calości lc11111 1.agad11ic·11i11 coroc1.11e wydanie c1.asopisma N11deil' Acid Researcli (N/\lq (Baxcva11is, 2003) knitkic strcs1.c1.enia sq 1.a111ics1.c1.a11c 11a stronic internetowej N;\l{. Najhard1.icj ko111plctn:1 list\'. dost\~pnych hiologicwych ha;. danych zawarlo w katalogu Dlkat ohcjrnujqcy1n w roku 2000 ponad 500 po1.ycji (Discala i in„ 2000). Mamy 11ad1.icj1,'. /L'. po IL-klm'/.c tego nml1.iał11c1.ytclnik11abicr1.c odwagi i ulcg 11 ic pokusie r!.llccllia si\'. w gqs1.c1. 1110/.liwości charnktcry1.t1jqcych wspók1.t:s11:1 di.ungi · hio· 1 . logic1.11ycli ha1. da11ycl1. Dari. IH\rl

Podsumowanie Pierwo1nc liazy d:1nych sl~kwcncji DNA zawieraj;( pclnl' dane o sekwencjach nukleotydowych dowolnego rodza.1u, a d1·1m1H>wanic· w bazie danych nowych sekwencji jcs1 1.wyklc warunkiem k'.H;iccznyni, klÓl\'go spelnil'nie popr.zc:dza odpowiedni:] puhlik11cj1; 11; c~asopiś;nic n1111kowy111. (.!mvnyrn1 h:mmn danych sckw1:11cp 11ukleo1ydowych s;t l~fvlBL, (ic11Bank i DDB.f. Obce· nic k11ra1or1.y łych baz danych ws1H'1lpr:1cujq w zakresic 11s1;ilonyrn pl'l.t.:/. INSI>. l\l'eklc'm lej wspt\lpracy .i;·s1 spti.jny syslcrn wy1ni:llly inf'onnacji. kuiry sprawia, /.e sekwencje 1.dcprn1owrn1~· w1cdnc.1 sposrod lrzcch wynne111rni:,,ch h:1z Lbnyd1 auto111atyc1.11ic pojawiaj:\ si 1· w pozns1alych dwóch hai.ach d;111vciL · · · . Najpows1.t•d11.1iL'.j wykor1.ys1yw:llly111i picrwo111y111i ha1.:11ni danych s,·J; 1w11cji hiakk "l PSD-PIR ora1. Swiss·Prn1. Popularnośc' Swiss·-Prnt .ksi puclrndnq licr.hy i jakości· ri:cznil' do· dawrn1ycl1 :1dnolacji dtl St.·kwc11cji. Z lego pmvrnh1 jednak wielkość lej ha~.y danyd1 jL'SI nit> wielka w porówna11iu 1. i11ny111i h:muni danych sckWl'ncji. Kura1or1.y Swiss-Pro1 roi.wiązali ll'!l problent l\\'011,;w hal.\' danych Trl•:fvlBL. której zasoby sq w pełni m11onia1yc!.llic 1"cnerowanc ;-, lr:111slacji sek wen ej i kodujqcyd1 zgro1nad1.onych w ha zie d:1nych 1\1\11 BI „ Wzro~I wi,:lkości lrl:MBI. odbywa si\' jL'-·PIR. llllcgnq:w zasoby ,!'.l<>w11.vch picrw11l1l!'Ch haz danych. slala si1· 11ajwi1,kszy1n na świLTic 1.hion: 1n sekwencji hi:ild. · lstnicniL· ha1. danych rndzin hi;iJ,:k wy1Jik:1 /. p11IJ'!.cl1y 1•n1powa1Jia i klasyfikowania hialt·k na pods1awic podohic1\s1wa ich sckwc·nc:ji. slr11k111ry i f'1111kcji. ( \·d1q hialck. ktt'1ra un10/.liwia Jll't>Wad1.1·ni1· Ll:1.wliLacji .. ic's1 wy,„11·powani1_: w ich st·l;w,·1wj:1d1 11101vwciw lllh donll'n. ktli1T są kt~nserw;11yw11c wylqc1.1iit· w okrdlo1ll',i rod1.i11ic hiakk. 1i:11.v danv::h rod1.in hiakk l'l'rn11; .. dzą 111lonn:1,:iL' o lakich n·,·hach wr;i; 1. adnotacj;11ni wi:\iqcy;ni w),s11·powa11il' okrl'~lonc1•01 Wzorca sckwc11cji 1. us1:ilunq l'u11kcjq luli s1rnk1m:1 pr1.t:Sll'/.1'1111q. l'r1.vklml:1111i lakich 1>:11. ci:1. nych s·1 Pl'tJSl'l'I' l'l'll'i'l'S. 11 1· ·' ' · „ ' . 1 :1111 \\'i.On'!' sekwt·11cp s:1I\'111ch rc:prczc111owa11L· w puslaci. „

.

.

5. Zasoby inlonnacji o gcnacll i

'172

odpowiednio, wyrażc1i regularnych i prnlili. ślatkiw rodzin hialck oraz 111odeli I !MM. \:V bazie danych lnlcrl'ro zintegrowano danc o wzorcach sekwencji z rt'ii.nych ha;. danych rodzin białek lworzw: jeden 1. najhardziej zloi.onych systemt'lw identyfikacji i klasylikacji hi:iłck. ' Kolcjnyn1 rodzajclll on1«iwionych baz danych s;1 hazy danych struktur makrnc'!.;\stcczck' i infonnacji strukturalnej. l'DB jest gl«iwnylll n1iejscc111 przechowywania strnklm przcstrzcn. nych cz:1stcczck wyznac;i:onych mctodan1i dyfrakcji rentgenowskiej oraz spektroskopii NMR. W haz;1ch danych SC'OP i CJ\TI I zgru1nadzone dane wykorzystuje si\'. do prowadzenia d1icwej klasylikacji białek na podstawie kryteriun1 podobic1\stwa ich st1 uktury pr1.estr1.cnncj. Sckwcnc.ra 1 struktura pr1.estr1.,~1ma s:1 uhccn1c zapL'.Wn<: na,1pows1.ccllll1L'J wykorzyslywanym rodzajcn1 informacji w biolog.il'l.nych bai.ach danych, ale rnzcm stanowiq one jedynie wierzchołek olhr1.ylllicj gkie pobranie 1.mvartości określonego rekordu, ale przede wszystkim pozwala 11a tworzr~nic stalych powią-1.m\ rni1·d1.y rekordami nii.nych baz danych. \V wi1·kszości p11.ypadk(iw l'orn1al 1«.·konl1'iw dopuszcza podawanie auloniw dcpon()\vanych danych wraz z lislq odp()\vicdnich nd11oś11ik1iw litcralurowych. W 1.aki.11nści od typu inl\lrn1aL'ji. kl
,'\rtwood, 'LK. :111tl Ikek, M.I,. I lJ
1\ prolcin rnotif" fingerprinl datahast·. / 1rol<'in i':ngini·en'ng,

7(7): 8'! I B.

ttwood. T.K., nlythL'. M.J. l·lowl'1, n IC Umil1011. 1\, Mahev. I.I·,„ Maudl 111 g N l\1, ( , 1,.„ 01 1 l\l l I (. I' , .' ' ' . , . ' I 1( 1Il' 11 A.I.., l'v 011 101i._ ,1., :u11L'. J,„ and Scord1s, I'. :~rnH. l'Rl/\ITS and f'l{l/\ITS„s slicd lirhi rni prnll'in anccstry. Nucll'w 1\cids Nt•s1„11d1. J01 I): 2:\
A„ (\Jin. I .„ I >urliin. I{., l'inn. IU >., I lullich. V„ ( irirtiths .lo11l's, S„ l\h:nin:i ;\„ Marsli;ill. ~'I.. Mo:wn. S., So1111ha111111n. li.I „I ... Stutll1uln1c, I U„ Ycal.s. ( '.. :ind !'
ramilics da1:1hasc. N11deic 11..ids l\,,s,'urc/1. J2: Il! .\}\ ,1,1.

1\llwoud. T.K. 1'!'!7. l·:xploring thl'. languagc Ili' biuinl'orn1alic·s. In li. Stanhury 1cd.), Oxfiml /!ictionaryof llirli'/1<·1111.1·/n' '""/ Mnlern/11r /ii11/og\'. pp. 7 l'i ·2.\. UxrI patlcrn dalaba~c~. /1/l1'rlltlfio11<1/

Journul ff/;io111t'111istr.r (·,,I/

Uio/ol:y, J2L?,): l.)l) )).

1\1twuud. T. I\. :JOOOli. Tlw ro"' ul paltc·n1 da!aliases i11 s.'.q111·nlT :J11alysis. /!rir:fi11gs i11 llioi11/im11mics, I: -l'i ·'i'!. 1\llwo1HI. TK„ 1\1·i'.I'-. Kc·lly, M .I'.·. I .011, S„ Mt::
.fnf!J'l/11/ o(( '/Jt'llli1'1t/

/1~ff1n11t1fi1111

u11i/ ( '011/fHllt'/-.)'dell!'t'S,

.

IJ;ixevanis. /\.D. '2(10.l. 'l'hl' l\>lokcnl:ir lliol"l'Y I lai:ih:is1· ( '
"'"'"'"di.

[lcnson. l>.1\., l\arsch-Mi1.rachi, I.. I .ip1na11. I U„ ( Js1,•ll . .I„ a 11 d \Vh,·c·lei·. Il.I. .'llll !. i ie11l»111I;: l ll'd:ill'. Nuc/l'il' i\ci,/s li1•sc111·cfi. J2: I>.'.\ I•.

/>

I~., llairod1. Apwl'ilcr, I(„ l\latlcr. M.\ '.. h11rid1er. 1\„ ( ias1,:ign, I'.. 1\·larlin. fvl..1„ i'"1i«li 11 ud. K„ O llllnovan. < „ !'lian, I.. l'illirnll , S. ' and Scli1widcr M · ·-'00 . \ . ·1·1 1l.,s \'ISS· . · I"lłf)\V Il'd 1 · .. I'.ltl 1 p!{)l('fll . , ,, , ge base and 11s supplc111rn1 Trl·:l'vll\I. in 20tH. N1/\'/ioi„ i\cit!s /,',-s„ 01 rt 1. Jl( I J: .\(i'.\ /li. M.S„ l .owe, T.l'vl „ and 'l\ilsillslwv, ( '.l'vl. I'J'J:\. dh! '.S'I' I i < ata )tlSl' rnr „t'\prt·s.(;l'tl Sl'tfllt'!H:t' t:ig.'>". Na111rc U!'11eri1·s, 4<-1 ): J 32 . \. Blake, .!./\„ l{icliardsun . .I.I·:„ Buli. C'..l„ l\adin ' •I;\ l'1i1iio IT ., ,111 1l ·'iIY IU , 1:--.l' ( IC'l\Ołl!t' · I) ;\l;J Il;!,'i(' ( 1!· O!lp. ., ' , ' • ' • ·• , ~-" • • ·• < 11 200.\. l'vH il l. I lic l'vlow.e ( (HHI Pro! lo 1n •·111d l'rnl )oin · ( ,'("I, ·1·00 I', 1·U! . pni 1l'Jll · ( IO!!Jf\111 · ' . ~ · a11aly:-;1s and whok J_!,L'1Jo111e co111pari~ons. Nt1t'lf'il' ,'\ 1 )tfs N.t'S<'on1i. 2g( J ): )()'/ q. 1

(J/I,/

lliscala, C., lll'ni!'ni. X„ Bari Ilu!. I'„ a11d \l:i\'sseix. (i. ''(1(1(1 I li' · ,(al:.'\ c:i1:d11g ot Nudt1'<· Acid.v N.('St"ttr(·/,, 2S( I J: g 9. . Dwight,

~X. Ilarris.

••

.'irm„!111'1'. Sill'
„

1\pwciler, Ił„ Ilairnd1, i\„ Wu, ( '.11., l\arkc:r, W.('., llrn1ck1nan11. Il„ l'r·1To. S„ ( ia:;lciger, E„ Huang, li.,, l.opc1, R., rvlagrane„ M., Martin. l'vl..I„ Natalr~. Il.A„ O'l!rH1ovan, C., lfrdaschi. N„ and Yeh, IS 20(1'1. llnil'rol: llll' l lnivcrsal Protein Knowlcdgebase. N11deic :kids l\esl'un·/i, J2t 1): J) 11 ).„!9.

/'•111//J · · r·11n11,11ics. I larlmv. l 11<: 1\ddison \\lcslL•y

'.'.OO:\. lllNI ): The Birn11<>kl'11lar lnll'l':H'lion I ):11:ih:isc. N 11 ,.f,.;„

M.O .. 19(i5. '.\rlos of' l'mr„i11 S,-q11n1<"' Research hH111dal1u11.

i\ndrecva. A„ 1lmvorlh, D„ llrl'nncr, S.U„ 1lubhard, T.J.I'„ Chothia. C„ and ~·lt1r1.ill. 1\.(i. 200·1. SCOI' dalabasc in 20()11: Rclinc111c11ls inlegrall' slrlll'llll'L' and SC
lu

•

.'i(Jll

hi11lo;•.i1·:il dat:il•:<:·:e:„

M.1\„ I loli11:,ki, I(„ l\;ill, ( '..'\„ l\inl.ll'I'. ( ;„ ( 'lirisli<'. !\.li„ l·isl:. t >.( i„ l·:sl'I T:ii

VtT

I.;·· S'.·h1'.'~"dr::·: ~I.. S'.1e1fock. I' i„ Sc.1hma111an. 1\„ \VL'11g. S„ Bolsll'i11. I >„ :i11d I ·11,·irv. i\·1.1 . .'Oli.'. :;„,. 1 111 '. ,au .~< <_·'„.'L llU.11ll I ).it:1h:1.c.;t' {S(d >) provitlc~, sccurnlary )'.L'll!' :11111Pl:Hiu11 t1:;i11g tlll' ( ic!l\' ( >11!1d(i;1..\' ((10). 1\111 /, 1" ;\,-1,/,1

/\,„,„„,rcfi . .\0( I): (i'J

'/.'.

ll\I. · l'llis,l„JUvl.,llcrsllbnger.('.IJ„Bry:111.l·:.M ·111dW1l'il'll I I' 111111 Tl ·IJ ·. „· e·1t· I .. -/B. I . . „ ' ' , . „ . . . Jt. llł\'l'I ~-.il.\' o 11111v.·-.;nta I t1t1 . ' " ys1s lur cgradal1011 I >:itali:isc: I·:1i1pliasi1.in;'. c·111.v11ws. N11,./,•f„ 1 \„ids ,·ti. ].'li I .. \.IO " 11 1 1'.i!Old, T., l ilyanu1'. 1\„ and !\r,t:lls. I'. I'!'!Il. SRS I . .

/,„„,„„

I lalah:inl,s. 1\/er/Jnd., i11

1':11:·.\'1110/tig\',

2<>6: 11·1 .~}L

11fun11ation·r('!ri1'\';il .'-:y\ll'lll f(H

!lHllt'i·11L1r„l1iid1in\

Ga1avelli t s 11

/' · . · · „ ., uu, „, 1)alt;1h11 a111an. l''.J.. :i11d S1q1h1:ll.'1. l\..fVL .~OO I. Tl11· I\ I·.,') 111 I l;11;il 1; 1:, 1, t 11 ( ilt'rn >I 111 1111 111 re 11111dilka1i"1i:. and 1lw /\11<1 .. \11 S1·1111<·11u· ,S1 nw 1l!rt' I J;1l;11ast·. t \1 / 1. i 11(· «ii· \ 1 ) 1 /\ /\'i·\('t1rdi. )11 1 1 J: !'J() 20

!laf!, D.ll„ l.uf111:„ IU„ l\ich:ird:"''L I >.I. \'a11!" ·.. 1:i~;l·11 . .l.1\„ f 1;wL'l'll, I 'I„ ;111d \\!!1i11'. 1'1\Ms: 1\ prllll-i11 la111il1· r"',ullll'l' 1« 11 !lic l'tlllL'li(lł1;1I 1dcn!ilic;!!i1111 tl/ llr11h·i;1,, \'11, / ·/,· 1 29( 11: ,, , .J. .

t) \ 1

'(Hif.

11111)

1,j, /\r'\r riidi

!.i. Zasoby informacji o nonach

IH

175 I l:1111qsil. 1\„ '.)mil. .•\.!'„ 1\ 111 1>,·iycr, .I„ l\ucd1i11i. ('.,Val ie. I J„ and 1Ylcl\11sid, V./\. ·.:002. 011li11c Mcnttelian l11lll'lil:t11n: in Ma11 ({ >IYlllVI ), a k11<>1Vlcdge hast: or hu111an pCllL'.S and ge1Jt,lic disordcrs. Nuc/eic: Aciiis lics„11rd1 . .\Ot Il: '\2 :>. . . I il'niko!T. J.( i„ ( ircc 11 c, I'..i\„ I'ictrnlrnvski, S„ a11d Hc11ikolf S. 2000. lncreased covcragc o!' prntcin'fon:1 with 111<· l\hll'ks dataliase serwrs. N11clci<' :l<'iils Ni'.l'i'ltrc/1, 2B( I): 2'2t:-:10. · · I l11:111g, .I. Y. a11d llr111 lag. I J.I .. 200 I. The elVIOTI I' data base. N11cldc 1\c-ids Rc.1·1·111r/1. 29( I): 202-4, I l11hh:ll'l\. T„ l\arkn. Il„ llirncv. I·:„ ( 'a111c·rnn. mhi11. R. l•:vi:1:•. 1·:„.
·„

I l1il<>. N„ Si,,•rist, ( '„I„ I .e Sali\. V„ I .a11gc11dijl"< iL'llL'Va11\, l'.S„ llordoli, L„ (iattikl'r, /\„ Ile Castro, E., l'.11<·lwr. I'„ a11d llairnd1, ;\ ..'lHJ.I. i(ccc111 illlpn>vc111l'11ls lll the l'ROSITI~ dalahasc. N11cicic Aci I \.I /.

Ka11cl1i'>a. IYI„ < i11t11. S„ Kawaslii111a. S., arni Nakaya. 1\ ..c002. '!'lic Kl·:< i( i dalabascs al (icnorncNet. N11cll'ic. kids H,·.11"<1rc/1. .\Of Il: ·I.'. r„ l''"I" l'.I >„ l\iky, IVI.. Sain. IVI„ l'aulsrn. l.T„ ( '111l:11h·Yides . .1„ l'aley, S.IYI„ l'cllegrini.'foole, A., Bonavi, ""'" ( ·„ and ( ia 111 a.( :aslrn. c;. :'00:1 . Tlie h:o( 'yc I lata base. Nuclcic :\cil/.1· 1\1·s1•11rc/1, JO( I): 56„8, lert, I'„ 1\lilimpc, N„ ll:1kcr, W„ llalcs. K„ llrnwnc, I'„ vau dcn llrnek, /\., Cochranu 1 a1:1basc. N11dl'il' 1\cid.1· /frsrnrl'/1, J2: I l'2 7 ·.Hl. l.;i:;l.owsl,i, IL·\ ..'Olli. l'lll\s11111: S111u111arics arni a11a lyses 111' l'llll slrncturcs. Nudl'il' 1\i'ids ill',\'l'tm:l1, },\)l I): .~.?.I ,:!.. I .t·tu11ic. I., ( io11dsl;1di, I .. , IJidt•us. N..I„ I >onks, T., Sdud11., .I„ IY!oll, R„ ( 'iccarclli, 11„ Coplcy, !U„ Po1r.' ting, ( '.!'„ a 11 d Burl·:. I'. '.~OO.~. Rcccnt improvc11ie111s 111 iht' SIY!i\RT d11Jllai11„bascd si:quencc annorntio11 resin"""" N11dl'i" i\t'ids /l.·.1·e1ud1. JO( Il: 2·"2 11. i\l:11c!J!,·r·l\:111t:r. 1\„ l'anchcnl.l\. /\.R„ S!Jm:niakcr, Il.i\„ Thicsst:ll, !'./\„ Gen, l..Y„ and Brya11t, S.H. ('I li>: 1\ dai:ilias<' 11!' consnvl'd dll11iain alig1une111s willi links 111 domain thrc•e„di111ensional slrucl11rc: N11c/,-i". kids N<'snm'ii. .'lO( Il: :::-; I .1.

iV!t-w"''· I I.W„ l'rio:l1111an. I 1„ ( liild<'lll'I'. l 1„ 1Yl:111nha11pt, .002. IYllPS: ;\ datal>asc for gc110111cs and pn>tcin scqucnccs. N1"'1"il' :kids /ee.1"·1ud1, .\O( I):.\ I ·I. ~·liy:i;al.i.

:;„ S11gawara. 11„ ( iojohori. T„ a11d 'l\1tc110, Y. dai;1. Nt1
fVl11ldcr. [sl„I„ 1\pwl'ikr. R„ l\1twood. TK„ llairnch, i\„ Ba1c111ai1, /\., Binns. l.l„ lliswas, IVI„ Bradley, ll„ Silven111i11,·11. V„ <>rd1:ml, S„ l'agni. IYI„ Pcyruc, D., Pon11ng, t '.I'„ :;,;rv; 111 1. I'„ Sii•ri:.I. ( '..l.1\„ Vau;>lrn11, IL :md /.dobnov, I·:. 2.0IU. 'f'ht: l11terl'ro databasc ·--21Xl.l IH in!'.S inlTC;tsl·d l'OVl'r:i!:l' and new katu res. Nuclt•i1· /\cids J\!'sl'un·h, Jl( l ): .\ 1.:1-· I K Nl'villt- l;•l;11111i11g. ( '.( i„ w11'. T.I )„ and llrnilag. I >.I .. l'J')g, I ligłlly specilic protein Sl'.ljllence inolifs for !!l'\\·-71. . . M 1Il 1· < h.t·ri»·d. I( . I .:1r::l'11. Is!. l'w;ch, (i.I 1„ l)'So11n1, IV!„ St'!kll\', I·:„ .Ir„ Kyq>idcs, N„ l'
':„;

. Pnrry-Sn1ith, D.I. and i\tiwood. T.I<. 1')1)2. ;\lJSI'

Ctlll!OS, !!(5): 1 15 I 9.

/\ new pnckagc for co1nputnlio11al scqucncc analysis.

IZM.Ci., Bc11nc11. ( '.I;„ llray, .I.I~„ I larriso11, A.I'„ 1Ylar1i11, N., Shepherd, i\„ Sillitm', I„ 'l'horn1o J 11 and Orengo, C,i\. 200.l. The C/\TI I daiabasc: i\n extended protein l'amily rcsomcc l'or strnctllral ;,;,;; functional gc11on1ies. N11c/eic i\cid.1· Resmrcli, Jl: 452·-5. Quackcnb11sh, .I.. ( '110, .I., I .ce, D„ I ,iang, 11„ 1Jolt, I„ Kan1111ychcva, S., l'arvi1.i, B„ Pert ca, u„ Sułtana, R„ a11d White, .I. 2001. The TIUR ( iclJ(~ l11diees: i\nalysis or ge11e 1ra11script scquenccs in highly sarnplcd cukaryot1c spcc1es. N11c/1·1" ikids Res1'111'1'/J, 29( I): I .')9 (>:I. Rhcc, .s.Y. i i11. 200:1. Tl11: Aml>ido1isis l11forn1alio11 Rcsourcc (Ti\IR): ;\ 111ndel organis11 1 dataliasc prnvidrng a cc111ral11,ed, c11rated gateway to "\rahido11sis hiology, rcsearch rnalcrials and comnHinily. Nucll'il'

1\l'id.1· l»e,1·1·mi ·/J, .\I: '.2'.?:I .. X.

·

Stein, L., S1c·rnbc1p, I'., ll11chi11, R„ Thicny.tvlieg, .1„ a11d Spieth, .I ..~001. Worlllllase: Nctw 11 rk acccss 10 the gcnome arni h1olngy of t'aenorliahdilis elcgans. Nucicie l\l'ids Rf'scorc!t, 29( J ); H2 (>. Sclnilcr. (i.Il. l.'J'J(„ h1tre1: Molccuł:ir l>ioli>12y datahase and relrieval syslern. J\Iefhods ;11 F11 ::vino/ogi»

2M1: l ·11

(12.

The Flyllasc ( '011sor1i11111. :'-002. T!Jco fllyllasc: dat:d>:ISL' or the I lros11phila hteratur'" N11cl1·1c 1\l'lds Resmrc/J . .\0( I): !Oh·X.

·

)',l'll()Jl\['

·

projccts a11d l.'Ollln11111i1y ·

The Gene Ontolog.y <:onsor1i111n. 200 I. ( 'rea1i11g the gene ontol11gy res1111rec: Design and implernenlatinn. (/e11011w R1·scorc/1. 11: 1•12'.l·<\.\. Whceler, D.I .. , ( 'liurch. I l.M„ 1.ash, 1\.I·:„ I ,ei pe, I l.ll„ 1Yladde11, T.I .. , l'onli11s, .I.U., Schulcr, (i.Il., Schri 111 I L.IVI„ Tatusova, T./\„ Wag11er. 1„. a11d Rapp. Il.A. 2002. I latahase resources or the Natiollal (',·nil'r rrn'. Binlcchnnlogy lnforn1a1io11: 20()2 11pda1e. N111'/l'ic ;\l'id.1· li1•searl'h. :m( I): 13 I(1. Wu, C.H„ Yeh, L-S.I.., l luaug, 11„ i\n11inski, L„ ( 'astro„f\lvcar, .I„ Chen, Y., I lu, /„Z„ Lcdley, f{ s Ko. 11r1csis. P., S111.ek, Il.I·:„ Vi11ayak;1. C.R„ /.hang . .I.. and Baker, W.C'. 200]. The l'rntcill lili(i;. 11 ;;, 1i011 f(csourcc. N11clcil' i\cids l>'l'.1·1·11n'ii, Jl( I): .l•J.'). 7.

Co to jost aluoryl111? 177

Aigoryhny wyznaczania dopasowa11

Rozważ111y pewien prnstv tn7vkhd '/·il 'i 1· 111 .· I · · „ · · " ·' · " < · y. l.l' < yspo1111ic111y l1s1·11· „ I I · kok;jnosc1 t ch~cmy'. aby zostały one uporz:1dk<;wa11c ;.osm1c~l ( );lr ;. ,'s l(~'j ),W o~owc,1 algorytm ro1.w1;11.ama lego zadania nrn;i nazw•'. ()Oi'f'idko\11·111 "1 I .. .' . ) , . . (d)): I I osty , · .. ) · . . . ' " • 1, p1/.l'.Z wstaw1a111l' ('li 1 , 111.1·ert1011;1:" I 1 '.no:t.na go slonnulować w naslypujący spos(lb: · ' 1"· 0 Jesl1 drugi element listy jest mniei's;" I ",: „ „ . . . · : · ._, Ol p1c1 wszego, przcsu 11 druni l'lc , t . . 1· 1'" .· rnc11 n.i poprzed.za1<1q go pozyc11,· Ila liście (w 11rz"klad1ic· 1·11111.l'1·1' 111· . ·i· „ • • . ._, • • " · 1qscarn1 1c1. lY ·n i 7 Il 0 .JCS I t1zcc1 clc111c111 jl'St lllllic1'sz)i od 11·1 . . . ' ' - .„_ ,• , , . . , . · · . • · l 1g1cgo. pr1.cs1111 po 0 l('(iil'\ fl 01. " , 1 a JCSII JC,SI Oli row111ei. lllllil'.l,S/.)' od Jlil'l'\\IS'/l'O ) ,, . „. .· . ' ·.Yl.I\ IV l'\V() · · · · · · .,„t L cn1c11111 pr1cs1111 o l t1 f· 0 I · · ' l'Jll<\ J)(lzyq~· w lewo (w przyklad1.ie: liC1.ba 9 iusl'ti·c J)l'/l'Sllll·1 1, · · · . '"t 1 > ., . , . . .' · "· • • \'.i 11:1 poczqlc\ k;ty). " 1 odobnic poslt,.pUJ 1· kolc.p1ym1 clcrnc111a111i list,. 'I' I · · · ). Jlli'.1.suw.q i<' w kwo du1) 11 dopo't popr1.cl za1;1cy .JC element h1'.d1.ie 111111.l'l."I'\ 1·1 „ 1 I. I l I· · · ·. .· ( y, · · ' . "''„ ", . l · J,\ 11 l lil'l'\l'Y clc111' · , . i·/.IL' · SI\' na poc1.qlku l1sly (w pri.ykladiic łiC1b, " · " . • • i.11 I 1.11.!Jl 1 > : · · · \. 1\ p11.cs11wa111y 11a dr 11 ,,. 1 poivc·, , I"' „ " I o wykona11111 powyi.szych d1.iah1\ li ·1· I , I·.... . . . ':"' ·. .I\ \\ L>l Il'). . ' s .i l\< ZI< 1..1ww1;ila l1n'.liy llJHll'l.<1dk01v:111<· rosnw:o.

se~n~uencji

„

Streszczenie W tym ro1.dziak przcdstawia111y zastosmvalliL' progra111mvania dyn:1111il'!.11ego w algnrytllJie wy1.11acza11ia globalnego dopasowania pary SL'.kwencji. Rozwai.:1111y 1.111iany w algorytmie, których naki.y dukonać 1.c wzgl,,du na istnienie n"i.nych postaci run kej i kary 1.a pr1.cnvy or:v. wyrnac1.anic lokal11ego dopasowa11ia sekwencji. l'odajL·111y przyklady ilustrujące zaki.no8ć wyniku dopasowania od zastosowanych kryteriów oceny podohil'listwa sekwencji. W ostatniej c1.1·ści ruzd1.i:du pr1.edstawi:1111y hemystyczne n1e.tody wy1.nao.:mia dopasmvai'1 wielosekwencyj11ycl1. /.L' szo.cg<\lny111 uw1.gl,,d11ie11ic111 pmvszcchnic stosowanej kclrniki wy1.11ac1.:1nia dopasmv:ui progresyw11ych.

(n)

•

•

•

•

·

•

list;1 11ieu1H)r/.:idktt\Vai1a

sini I ()

Wy1.tiae1.a11 ie dopasowat\ sek wc11cj i 111a k luczuwc 1.1wc1.c11 ie w hi o i11 format ycc. Analiza takich dopasowat1 umo;i,liwia określc11ic polo:i.c11ia odci11ków w sekwencji. które charaklcry1.ujq sii: dt1:i.q 1.mie1111o(;ciq lub s;1 silnie konsctwalywnc. Na podstawie dopasowati sckwu1cji 1uo:i.na określić miejsca, w kl
~;ł <11 (

Rys. 6.i. (a) 1'01'/.;1dkoll':111ie lislv lic;.11 \\' kok.1'110,;ci l'lls11•1<.·1.·.1·.

( h) Pr11hle111 l,n111iwu_i;iicr:i

Napisanie prngrarn11 ko111p11tcrnwc 'li I· 1 , . ' I I . . \V/0!1• I . , I· t . i" ' 'o1,1 l\'.t /.le rc:il11.ow:il powv:iszv :i1,,.'.,>r.vt111 ''" „L llll .i wy111 zada111c111. Warto n'iwnic„ "" , ,. . . · ,. algory1111cm, chociażby por1.qdk11j·1l· t·tli1' hrl w :·,;"1111c 1,1111 IV\ ko1iac 111.•:trul,cy' opis:111\' ;\Io . ·' . ' > '' l l li)'. IC I 111s1111C!',<> 11:1 ronvi·1 ' " Olll,i~U JllO l l'lilll l/'11 OjllSlli"\L' !"il I ' · · ' ' Wiclkośl'I. l'()/\\'I.:, • . . ' . ' , . ' ' .llllL'lll:I ,;I(,· 11·11 i'~',;1,; 11'1:1/ /<' \\'/lll'·'lt'lll · . ·· v.ywa11c 11 <1 prnbl · N V\! · · · 11\cnttiw listy Jll'l.c;11·1 ·z l L" . I c 11111. . o11iaw1a11v111 Jll'1.ykl:id1.it· :\! j<':.1 lit·1h:1 l'ic . . · · · · • l .< llCJ l o 11p1n1.:1dkuw:1111a 1'011i .,,„ .; 1·11 1 " pi 1.1·,:11\\':111,„·!1 ,.J„1111· 11 low Jest n\wtl'I N 111„, .. , . · ' "' · ' ' \ l I 1o,,,. polr1clJ111'"ll l'/'ISll lllll · I · · \ Każdy ck·llll'lll lisi i llllls· l , : . . ,.,, i'. ", . :,1 .w" i·1111;q11111H',j p1·tJpo1 111;!111:1 "'' po Io, ab\1 ust· 1· < , "·)I·· , .' l)'.l po1owna11y I. 11111y1111 ('kll1t'lll<1111i po .i'')'J> ln\'cj ::lrn11i" "· · · "te ll.lJd ''\ JlOl.\'Cj\' w l1sc1c należ 1 o 1 „. „, . : · „ . · Jcs1 r.wyklc pro mr" i . I . j . i , ·) ,„< Jll 1' „1111.1<. J ,1, ;.11:1 l:il"«li (H1rnw11:111 . I l.J< 11.1 11.i
·

„,, · · 1

l

'/
Il. Alnorylmy wyrnaczania dopasowali

"'

j<':;1 lll"'lhm·,1rn1:d11y do N·. lvl1lljl"l<:1wp 1•rngrnmis1y. wyh<:l'll ję1.yka progr;uwiwania. w którym. :.osla1_1ie 11'.1pisany pnig1a111 orni Lrnnp111c-ra. 11;1 klury1n program zos1a111c 11ruclm1111ony. ly111 n1e1n111cj czns lli>lit"ll'll 1.:1w::1t· li1:di'.ic si1· /.111ic11ial si1: jak N'. /.al.t:rn por/.:1dkmva1lli· pri'.e/. wstawianie li::ty 1.:1wil:1:1j:\t:ej 200 clc111<.·11l<'•w /.ahicr/.c 1.aws1.c l'/.lcry ra1.y wi.,:ccj c1.asu ni/, porząd. Luw:lllil' li:,ly I()() t'ic111,·111t'1w. l\ll>'.wią/.:111i:1 r1.cn:vwi::1yci1 prnhlc11H\w dosyc' C/.\'sto ollej111uj:\ 1mr/.qdkmvanic za. 11 ;irl():;l·i list. /all\i.111y 11:1 pr1.yLlad, i.c chcemy 1iapisać prngram do wyznac:~ania po. .i,ihiL:1i.c:lwa 111i1:d·1.y zada11:1 st:kwe11cją a sekwe11cjarni w hai.ie da11ych. Dosyć oczywi. :;tv111 pth1111i<,:,·i,;111 IJ1·d·,1.ic 11por1.:1dkmva11ic t11.ysk:u1yclt wy11ik''.darJ>.:1 si1· btiwiclll c1.i;slo, ie ll'll sa111 wy11ikjest 1.wrncany jako rezultat re:il i1.:1<.j i I. iIL li :il Il' rnat yw11_\'t'lt a Igoryl 11lWan i:1. wart() '/.wr1I'<' wynik i wvko11ywa11ych ohlic/.e1i. 1\lgoryt111 por1.qdkowa11ia pr1.cz zliczanie I :111,!!„ «011111i11g son) npisa11y prl.l'/. ( 'orntL'11a. I ,cist'rS11.:1dk1Jwa11ia jli'/.L'./. wst:1wia11ic. Opnicz listy 1. 11por1.ądkowa11y111i clcmcn1:1111i 1wic·IL,•l'l.qilL,1\\':111i:1 pr;„·; W!;l:1wi:111ic. W pr1.vp:1dk11 h:trd1.iej sL0111plikowa11ego problemu, !.ic·d1 11 i,·lko:,c 1•a1ni\'L'i wv111:1ga11a pr1.y ohlic'/.t~11iach prnw:tLi'l.<111ych według okrcślo11,·:·
\V 1i )/\\';1.'- ;111i:1d1 1loi.\)1111.'A'I .dg1 iryt lllll\\' :.lns11jt· si\· lu,y typy IH 11acji n)i.niqcc sit,' i111crprc1acj:1 opisywa·

'""il 1:d"i110:.l'i t1ir ·yv

1/11111. i.

l«111Ll'l'i111"·i1: ll'i«ll.it·

I!

il'o 11:1jw,·/,•jl. ll'i•.·lkic L'

tui 11:ijnmicjl or:i'

ll'iclkic H

(11lJklad11k)

17fJ

nicza moż.Iiwo~ci rozwi11zywania okrc.~lonego problemu, w programie wykorzystuje si.; zwykle woln1e1sze algorylllly, które cechuje rnniejs1.c 1.apotr1,cbowanie na pamiQć. Rysunek (J. I (h) st:i11owi ilustrację innego z11a1wgo w informatyce /.agadnicnia __ _ , problcn111 lwmiwojażern (ang. 11m•eli11ii sa/e.1·1111111 prohle111). Problem ten moi.na zdcfiniOIVać w 11ast\~pup1cy sposób: komiwojai.cr odbywa pndrM., która obejmuje dokładnie jedną wizy11.~ w. każdym /, rniasl 1.c ściśle określonej listy i kl
Znanychjcsl wicie prnlJlc111ędi.ie l>'l.11nc1.:1ć dlugq powro111:1 drngl,' do dolllu. llcurystykt,'. IL:go 1yp11 ()kreśla si<,'.

rno

G. l\luoryl111y wyzrmczanla dupasowar'1

1BI „krót;.~1 •

1llianc111 zad1lan11cj (ang. greedvl. /\lgorytrłly 1.achlannc CL'.clrnjc swego rmb1ju kow1.roc1.11ość", li.Il. proponujq one takie rozwiązanie, kt(ire jest najlepsze, ale raczcrd' na kn'itk:1 r!lcłę. /\lgoryln1y zachłanne sta11owią cz\:sto wst\:p11<1 propozycj\: ro1.wiązan1;1 ;1,:~;. określonego problemu po to, aby mogły być pól.niej 1.ast:1pionc prze1. leps1.e algnrytn1 y1[~! hcurystyc1.11e. Istnieje obszerna literatura poświęcrnia rorniaitylll algorytmom hcuty.:: stycznym wykor1.ystywa11y111 do ro1.wi:1zywa11ia 1frohlcmu komiwojaż.ern. W da!sz.cj.: o.ęści tego ru1.d1.ialu, pr1.y okazji Olllawiania rłlclml wy1.11aczania dopasowa1! pojawią.. się 1.:miw110 algory1111y hcurystyc1.11e, jak i takie, kt1'irc gwarantują u1.yska11ie doklad. nego rozwi;1zania określonego prohle111u. /'.auważmy na koniec tego podrozd1,ialu, że. w rnolekularnej anali1.ie lilogenetycznej problelll wys1.ukiw:111ia najlepszego 1. ogromnej lici.by moż.liwych dr1.cw lilogc11l'łyc1.nych n)wnicż. rn1.wi;1zujc sic,: za pomocą rnelod. lieurystyc1.11ych.

l\la

poc1.ątck rn1.waż.1ny

///<'11/).

prohlc111 dopasowania d\\l\id1 sek w cnej i (ang. f Nti1wise a/ignl'r1.ykladowc dopasowanie dw1id1 sekwencji Dl\1;\ wyglwla w 11;1stc,·puj:1co:

( '/\(;'J'·-Al:!\'l'A'l"l"l'l\CC( :C/\U'J'/\'l'C ( :!\/\' L'('/\CC:/\'l".1."l."J' .... ex:\: /\C:l\\ :·I 'C;( ;'J "!'(;

Wprowad1.enie przcn.v 1.ar(iwno w g(>rnej. jak i w dol11ej sekwL:11cji po1.w:tla tak siebie fragrncnly sekwencji, i.c odci11ki sekwencji charakteryzują­ ce si\' wysoki111 lokalny111 pmlobie1!stwL:111 sianą si\: lal wo widoc1.11L:. I )opasowanie pary sekwencji wykonujellly zwykle zakladaj<\c, że są one hrnnologio.nL\ o.yli i.e wyewoluowały od wsp(>lnego przodka. Dopasov,1anic w przykladziL'. powyż.ej wska1.11je, ż.e pierwc sze dwie pm.ycje sekwencji, reszty C'/\, pm'.ostaly nici'.lllil'niolll.'. a na 1r1.eciej pozyc.:ji 1.:1s1.la lllt1lacja: albo 1. Cl na /\, albo z J\ na (i (niL: wiL:rny, klóra 1. nich rzec1.ywiścic 111iala 111iejsce). Pr1.ervia na pi:1tej po1.ycji dopasowariia w.11:1C1.a, ż.L' alho 1.:tsi'.la delecja w górnej sekwencji, albo dos1.lo do wstawienia rcs1.ty (' 11· dolnej sekwencji (ponownie nie wierny jak hylo w r1.ec1.ywis1ości). Kiedy spogl:1da111y na „n:1jlcps1.e" dopasowanie dw(icll sei,~vL:11cJi, w r!.L'.C/.ywistości 11ia111y 11<1 lllyśli dopasow:1nic tłt1111ac1.:1cc w najhard1.iej prawdopodobny spos1ih 1.111i<111y, kt1'irc wyst<1pily w loku L'Wl\v w :dl'ahn:ic, s(n', fil. w pr1.y1;adk11 DNA p1111ktacja par /.asad jl'sl /.Wykle dosyć prosta: S(r:tZ S(
punktacji powi1_1ic11 od1.w.icrL~iedlać fakt, ż.e określone a111i11okwasy s:\ do siebie podobne, a inne bardzo si\: od srchrc rnz111ą W tak1111 systcnuc wy.>ok1L' dodalnic· oceny punktowe . charaktcrywją pary idcntyC1.11ych arninokwasów, 11111icjs1.e wartości (h wy1.11:1c1.011o lltil·· cierze punktacji l'/\M i BLOSUM. l<.aż.d:\ 1. 111acierzy lego lyp11 moi.na wykor1.ystc' pri.v wyznact.aniu dopasowa1] sekwencji hialck. 1\lgory1111y wy1.11ao.:111ia dopas1.iwa1·1 di.ial;;. ją bowiem w laki sa111 spos(>h, nici.alei.nic od tego jak;1 111acierz punkt:wji /.;1:;io.c;ujcr11y. Optymalne dopasowaniL' IH;dqcc wy11ikic111 d1.i:tł:111ia lyclt algoryl111(iw IH;d1.ie jcdn:tk ;,; 1 leżeć od wykorzystanej rnacicl"!.y pun kia ej i. [)rugi111 l'ie1ne11IL'lll systc11111 punktacji jest l'm11i.cja kary za pr:r.1Twy. 'v\I ogtilny 111 przypadku !.dl'fi11iuj111y \.11 (/)jako f'unkcjc,• k:iry Z:t pr!.l'IW\' O dl11gosL·i / 1.11:1k1'iw. f\J;tjpro ścicj przedstawić \V(/) W poslaL·i f"unkc_ji li11iowcj: l\f(/) g ·f, CO lllllaC/.a, i.C klicj 111 uj:\c:1 1r1.y rcs1.ty 111oż.t.' 11iL: hy( lr1.ykro111ic 11111icj pr:twdopudol111a nii. pr1.nw;1 o jL·d11oslklllwj długości. Dl11ż.s1.a z tych prznw 11Higl:1 pr1.ecic;i. hyL' wynikicrn pojcdy11C1.~'.l'.tl 1.dm'l.l·r 1ia w ewolucji. l'rawdop()dohic1istwo, i.e tak si,· siało 1.:1ki.y /.:tlL'llt od ('ltar:ikit:ru odpo wicdzialncj za Io mulacji. l'!.yli hlc,•thl w replikacji DN;\, kllirrgo .<;kllll'k jl'::I wi 1w 111 y jako pr1.crw;1 w dopasow:111i11 dwticlt lto111ologic1.11y1.·li sekwencji gc1111. Pr:1wd\ljH•d1; bicristwo lakiq10 1.dm1.L:11i:1 :r.alci.y niwnici. od pr1.cliicgu pron:su dol>l'ru 11alm:tl1ll'go. Zwykle huwic111 wy1.11ac1.amy dopasow;111ia sckwemji rcprc1.e111uj:1<:yclt r1111kcjo11:rl1lt' z biologic1.ncgo punktu wid'l.L'.nia c1.qsll'c1.ki, :r wicie i11scrcji l11h delecji ( 11p. u1.11ac1.:1j:1cc przcsuni\~cic ramki odc1.ytu) 111oż.e u11ic111oż.liwit' c1.:1sll'c1.ko111 spcl11il'11it' rnlpowicd11iclt funkcji biologicznych. '!11kie c1.:1s1L-c1.ki s;\ L'ii1ni11ow:111e w pron•sie doboru 11:1\ur:tl. 11cgo. W sckwe11cjad1 wy~;l\'puj:1 pewne odci11ki, w kluryclt L'Z\::;cicj 11ii. :<.dzic illllzicj pojawiaj:\ się pr1.crwy orni. takie, w kltiryclr pr1.crwy w og(Jlc niL~ S<\ spu1yk:111L'. N:t jll'/.y kład odcinki SL'kwcncji białek ndpowi:1daj;\L'e pc,·tlorn w ich .<:ln1k1u1·1.t· pr1.t·:;tr1c11111.'j s;1 zdccydowanil' hardziej 1.1niL·11nc niż. frag1ne111y hialka •>hcj111ujqn· dolir·.1.e 1.dcliniow:111c clcnie111y strnklury drngor·1.,·dowcj (11p. helisy w hialk:l<'lt hlrn1owv('l1J. [ lw;:•lc,·dni:r,i:ic IVS!.ystkic te c1.y1111iki. lllOi.c111y lll'/.c:kiwać, i.L.' wykrL·:; r1111kcji L:iry l.:t pr!.l'r\V\' l\11/) hQd!.iL: pr1.yporni11at; ku.ywq 1. rys. (i.2 (ii11i:1 pr1.nyw;111u-kropkmv;111:1). W1·Lrcs t;1kiL·j funkcji powi11ic11 cechowat'.· si~: gwaltowny111 w1.rostc111 11a puu.ąlk11. po11icw;1i. s:1111u pojawienie sic,: pr1.crwy w dopasowani11 jest wy11ikic111 \\'1.gl<,:d11ie 111;tlu pr:1wdopodoh ~lego zdarze11i:r w ewol1ąji. Wydlui.:111ic l11h skrac:111it' istnit•jqn·j l'l">'.nwv <>dpmvi;1d; 1 Jednak 1.darzc11i11, ki(Jre .it'SI hard1.iej prawdopodl>l11w i dlait'gu w;1rtP<1' l::1ry p()\\'i111 1;1 w 111nicjszy111 slopniu ;;tlt·ic·L: od 1.rnianv /. . C'hociai. lliL: 111a pmlstaw leorclyc1.11.yclt, kllin· 111oglvhy po11Hi1.· 11 wyl>
G. /\loorylmy wyznacza11ia llopasowa1i s.el~ ..

Ig;~

. „ I)LI. 11 \llllił' t·wji funkcja za oPl" 1vyl \lrlV';I VIV
133

6.3. Dorrnsmi11~mie [1an1 selcw1rmcji - metto[!y ~nogirmnowania dymuniczurngo

•

>

„, . .·

IJ'(/)

d

li(/)

"„p,n

1

!l

''._.
\h!1'\'111111n:1 !11nLr1,1

La;v

/.l p11<:I\\)

ll'U!

Algorytm ·1 -

że 111amy dwie sek wcncje o długościach N 1 i N 2 • Kolejne litery w pierwi __ N 1 ). a w drugiej pr1.c1. /;J (gdzie '·zci sekwencji owaczmy pr1.ez a, (gd1.ic I , j N:J. /.definiujmy li (i, j) jako dopasowania, _jakie moi.!ia ·utworzyć dla poc1.;1tkowych i 1llcr p1crwsw.1 sekwenc.11 oraz początkowych .I liter drug1e1 sekwc 11 cji. Chccllly ohlic1.yć ocen\' Il ( N 1. N.~) dopasowania całych sekwc~ncji. Ahy lego .dokonać, konicci'.11e jest wywac1.anic //(i. j) dla kolejnych warlości i oraz j ai. osi:1grn1 ónc wartość n)w11:1 długości odpowiednich SL'kwt~ncji. Pierwszy /. algoryl11H)w. klliry rnzwai.ymy, jest zna11y jako algorlyrn Needlemanaod nal'.Wisk jego aut on iw (Needleman i Wunsch, I l)70). Chcemy obliczyć .i), c1.yli llCCll\'. CZ\:ściowcgo dopasowa11ia ko11c1.qcego sit,~ na pO/.ycjach <1; oraz li . 1 k
~~

ocen\~ najł~pszego

li U. j) =

w;t,

dlui•.o;,i·· przerwy (/)

I .>

• t11··1c ko11111kl11q dcłinicj;1 sys1emu punktacji, 111oi.na wy1.m1c/,yć ocenc; vspi111. I i· /linlu· 1111 . (t'oo 11odane~o Ila poc/.ąt 'li pm 1o .l . ' . ·,~ "

·. (ldl . ... ·I \V''llC.Ji SO\l'illll
2:=

tic:c11a

Sl
ll't/).

P "'"'Y

.· .

. dopasow;1111<1 ·. p.uy . . SL' . 'hvencji siQ do roi . •'l
I'"' '''"'"'"•'.i .I"" "T"

I'"' ' ''"'" W/'

s~"l'\\icnc'iaeh

„

w1.glt,~dL~lll

· . ktcin·

inoi,11<1 sknnstn10\\'tH'.

dla

p<1ry

scL we11c,11 o „

' I •". '" ""' """"""""" ' '" "''""" '·

"'" " i• ,, '""'"' ("','. ") ', ..... "' """'· 1·

il+ Stu;. /1 1 ) ()

po p1n·k:.\[nej,

w pionie.

"

g

(ó.2)

są

Oceny Il (i, j) sq 1.chrn11c w 111acier/.y, kl< i rej r/.t;dy oznaczone przez i, a kolumny .i. Przypadek ( l) odpowiada wykonaniu ruchu po przekątnej górnego ilix'»M1•""""' . I I I J> I I ') I . I od lewego „ . . mac1er1.y co ( <> nl'.go prawego. r1.ypace' (_) ocpow1ma prze,1sc1u pionowo a przypadek (3) 1101.iomo od lewej· do prawe.1·. Rów11a11ie (Ci.2) m
11r/.c.1'ści11 ~.c jeśli s:1siadu.iącvl·h nią J)rzekąt11e.1· ł101.iomie. "' ' ' 1·1\;m ( h 1) .i"' ·'l"' h d 1" '"'Y·" kid' wrn "'''' i i j. '"''·'"' y '·"' "" '" 'ów""'';,. dn "'"'''"i n """"''"·''i dnwnhwj k"""''·ki '"'"' iw.y li. n i k

•·"'wią"'"

~

' ' ·' ·

111"

11

dol"""".""" pary

l

L.:

I. j Il (i I. jJ 11 li, j J)

lll:IX

w po/.iomie. W pr1.ypadku (I) ocl'.nę dopasowania S(11;. />.i) res/,l a; ora1. h dod<\iemy do oceny 1 /I(i -·· I, j I), obejmuj;\cego odcinki sekwencji do pozycji 11 i b.1 1 1 1 W przypadku (2) musimy ponieść: kosz! utworzenia przerwy w dopasowaniu, od oceny dopasowania li (i -··· I, j) obejmującego odcinki sekwencji do pozycji i hi wl<1cz11ie odj:\Ć jcdnoslłwwą kw\~ /,a pl'!,e1wę: g. Podobnie w przypadku U), włącznie.od oce11y dopasowania //(i, j J) obejmującego odcinki do pozycji o;

Rys. lt.2. I'•mkcjL' kary ~.a przl'rwy \V(/) allnic'l,lla i uog
)

li

dopasowanie nlobalne z liniową funkcją kary za 1merwy

. ; dlugościnchm

zawurlości sąsiadu.·1ącvch /. 11i:1 ko11H)rck. 'łitkie r' " " '

J

cokm·cncy,jncJny j<.' ·""'"'"'' ilcmcyj"i" do lrn>.dcj '"""'•'ki m1wie11.y, od nrnlych W
l ·' 'Y ' "'·1""''·'1<1'""" '"'""'"""Y.i "' •"'" '"" "" "'"·'" "Y '""'"' pcw1w '""""ki pnćlq I· •wo. w"'"'""' "'''"" "'''YJ """"' w i"HY, ,, lJ "' o) ., . g i' "" "'·'"'0'" '·' '" "'"'' '"'" \i

G. l\lnorylrny wyznaczania dopnsowa1i .• ątll\

164 A

I'

(.i)

o

}

li

1

/\

o

I<

-I

i

}

}

.J

()

.]

o

H

()

·1

A

o

i o

o

()

„

()

()

2

()

,,

Ił

o

3

A

()

'1

•I

I\

()

()

()

()

()

o

li

H

„, o

()

()

o

()

"· o "· ,,

"· '•·2

2

A

".,

li

„

()

o

·.,

o

t t „jl\ t J•I t -17

(ii)

(i :c=

12)

l11b

(.

(l ... (1

12)

,<; p ..

12

(i

( .2

(i ''-'

-.1)

('fl

Najwy:i.s1.<11. wymic11io11vch occ11:1

i, ·1

I

„

, "·

, ,

. ·1l1v t i .,. . . „ • . . . t s 'Zl u.i, dlall'gu du ko1ll\\rk ,· t I ' l '' 111s111···11111 -'t' 1, u1111t·"zc·:r· · .· slr1.alk. 0 I .· I , · · ( , ..11.11.iczvc. · " · · "11111•, poz.10111q .. rckt1rcncyj11:1. 111o:i.t'lll" W t, „ \ ( _tq ,o11101 kI v\tyl,ooy.<;lllj
rnórck

•I

Io poi ·1z·1110 '' " SI\'., ze .JCSI 10 1.ro/.lllllialc).

lllaCICl'/.y lak, jak . · · .

o wypc

o g

w iii) i (c) pok:mmu pogrnhiu11y111i slr1.alL1111i

i liter sekwencji I nic odpowiada :i.adnyn1 rcs1.lrn11 na poc1.ąlku sekwencji 2. Innymi sio· wy, na początku dopasowania 1.najdujc się przerwa o długości i i l:icwcj karze -gi. Podobnie l1 (0. j) "-= ·--gj odpowiada sytuacji, w ktl\rcj pocl.<\lkowe j liter sekwencji 2 11iL'. odpowiada :i.adnym rc:;zturn 1w poo,qlku sekwencji I. Dodatkowo konieczncjcst pr1.yj1~cic li (O, O) = O, cu m.nao.a. :i.c occn:1 dopasowania ua jego pocz.ąt kujesl równa O. Jako przykład rozwa:i.n1y wyznao.cnic dopasowania pary sekwencji aminokwaso: wycli Slll\KE oraz SPEARK wykorzysluj:1c 11wcit'.r1. punktacji PJ\rvJ250 pnkaz.anąna' rys. 4.
l\!lu:i.c111y tcra·1„ko11lynuowac' wypd11ia11ic krn1Hirck macierzy w rzc,~dzic i·11:111ia ((i.2l wynik:1. :i.c· dla ko111l·irki (I. I) 11:tlei.y 1u1.wai.yc' .\ 111oi.liwosci:

Il' . . ( , I .I iys. l . .1( l)

„

.. ' '. „ \Vili OSl' poz.ustalycli ko(Wari n WVI 011· : ( „ · · · ' dl o s.1111od:r.1cl111c, :ihy

. w;;zyslkich ko11Hirck 111·1c1·l'1·z " . . .· si1· · ' · · ,y, cIow1dduw111v ncgotopasmva111a I sckwcnci·i "lll'l'l" 1· "'J'I '. , . . · . · Y· /.t' occ·11:i optv111al . . · '' '\ ' ·' •· :,J\J\J„ ,est rmv11: 1 //('i .. · . . ··(i) Io, ze llH1s1111y usl:ifi(. jakiclllu (l. lslol111c·.1s:r.l· jl'SI • . „· . . . (1OJldSO\V.llllll odpow1·Hh i·il·"I ().' . 1 · .. 1.acz.y11amv od lll"IWL'"O (I 1 , . . ' ' · " l c 11.l. '.011s1n1kqc· • · · ' ''" O IK i!,O I Oi'll lll'll'll'f'I\' 1 · „ · .. zk1crunk1c111 wy1.1iac 1.a 11 v 1111 ,rll'I sti„1 . ....·"i „„ ' . · «' prn11;,1.;1111y s11· 1.godnic , . · · ·· ·" 11' ' .Iz l o 1ewe· po "lll'll •o · , • 1 ukosnw, odpowil'dnil' liter\'\\ . I· . ··' i.-. L,„o iog11. u< y slr:r,;ilka Jll'lt." . 'o 1iu se' wc11c1acli s·1 t1111ics· . . I ruc I1 nasli,:_p 11 je w pionie Jlud . . ._ .· ·' , zc1.;111c1<'< 11;1 lltHI drni',q. · · · Ol 1powtc'l 1ll!i\ lller·1 / sl'f·\.\ , .„ . · .· zna·k przerwy. (idy rucli n·ist•'llllJ·c , . . . ' · · · ' 'Ultp 1 .Jl'sl t1rn1<'s1.c;;.: 111 y :c•:. . . . · '· " . \I· fll)ZJOJlllc znak pr; •r 1 , , · ,„ · · '::lllłWJcdntą J11en 1'/. sckwcnci·i 7 'l"lł. . . . ' • . .c ' .l .JL„l lllllJL'S/.c1.anv nad od.;\ . . · ·-· • '•I Jl!Otl'< 1u11,.: okresh SI\' iw· "''' ! · . :<;:·zpowracamcm (: 111 ,~. /)({cktrmk· ') W , . · '· · zc„,,ni \BW:m11" PL~,Yn>s~ow~· ,)~1;;:< ' dll.~ · om.1w1
o

dopasowania //(i, ) ) wy1,l1t1l:zonc według algorylllll! 2 dl:i g

:.:li/\

luli ~;

I

Oceny dopasuwa11ia f!{i. j) wy1.11ao<>11<' 1Vt'dl11g algoryl11H1 I dla

(i

c•

5J

Rys. C..J. l)opasowa11ic sek wcncji ;;111\l(I·: i : ; I'l•l!\IU1:. {;1) l '1111ktacja dopasowa1i ;1111i11ok wast'iw 1nacicr1.y P/\M1'.i0.

la5

-~; ,__)--

.Hl

I' i

,,

luli

. Oczywiste jest, że najlepsz.<1 z wyn1ienion cli i ·c1 . . . ki. (l, J) wpisujemy 2. Na rysunku 6 'l(h) .Y'". '.. ~· . 1.ws1 p'.erwsz:i. I )l:llcgo do ko111<1r, . . „ . u1111c„1.cz.in1v ukos11·1 sl1-z-tll· , I .I . aby wskazae, ze 1ia1lepsza z wytw "cli Jll(l'· I· , . oz1iac1ah · · ' . · ., " '~ .,.m lq 111 . • ' J z IWOSCI . wn1orki, . 1 ·.n6rJo. Mozcmy teraz wvi.iwczvc< z· 1,,,. 11 .1 >s', . · ' i uc po s '(_1s1c do ICJ ko, . :.l • • . • J ']." ' (,C 1 \Olltoru .... 1 (I'))\;\! I 111 „ 11asli;pt1Jącc lrzy mo:r.liwości: ·- · I) p1:r.yp:idku 1sl111t'..J
.. <)

•I (c)

o

.j ()

o

+ 2 = 2)

s

()

()

o

i

(i>)

H

pary sol1wo11cji -··· rnnlody proyramowu11ia dy11<1micweuo

()

I .

n1t~11111

" SPEAirn

"Sz;~kspir o.asami zapisy wal swoje 11a1.wisko h<~I I . . . „ . ,, lll!.1stShakespearc). StJrawd/111y z· 1 · "I· .. ,011cowcgo I. (l.J. .'lh:1k1~;:pc~ar 1;1 · · .dLJll,jd,wy 0 l·1tho11l'' ·I I 'Sl"EM'.. l\iloPlihvś1111' rn·; ·I" .', . '"' • Jlll.I IH'
zawartość macier1y I rvs < '(l . . 'l.llalnią kolu111111; i r . '.'. : ... ,„, i) sugcniJt'. z.1· t<1k 11ic jcsl. ksli po111i11il'111.v . " (5 ') o1.potz111cmv ko11sln1ow:i11i, I . „ „ . .111 „,,, 11zyska1ny dopasowanie . t ( op.1.,o\\.1111a poc1.:1w;,;1v od konHirl;i

~,l6reo 0 oc , . . • b cna .JCsl ruw11a . 1 \V „ , : · ,· . .· r11c p11nk1ow· , I . . .„„ LZLSlllC.J Ol !.l'L1w;111c· nizwią1.;111ic olit·_j111ow:il•1 d<11l,·1t· . .inc top.1sowa111a (i\.J\J: I, 1„. (I' I'. , 1 ,, ilłll.isowa111u. Jednak \\' iicrw „ ' .. _
.

lllli

G. Aloorytmy wyznaczania llopasowai'1 so .

Lo11n1 ;;l·L W<'1H·ji wy;;t<,'pow:du !<:, ocena dnpasowania povii<,~ksf.ylahy si<,' o dodatko~{,' I ··I p1ą·hoiJ1.:1cc od p1111k1acji p:1ry (!\,!()w macierzy ł'Ai\11250. Tym samym ' ;;ki>111pl·w;mvana k:1ra /.a pr1.crw<,' 11a drugiej pozycji oryginalnego dopasowania (tj. l'oninvai. dl11gości obu sekwencji hyly rM.nc, gdy 11a krnicu drngicj z nich było E, siclisrny gd·1.icś w dopasowa11iu u111ic>ścić pr1.crw"'·' nic1.ak:i.nic od /.wią/.ancj z tym Ro/,wa·i.111y tern:;„ ik pa111i<,Ti potrzebuje len algoryt111. Zakiż.my. że obie~"'""""· • 111:1,i:1i1·d11:1kow:\ dl11goś1' N. I ,iGha krnnórck 1nacicr:1.y !!(i, j) jest rriwna (N+ 1)2. potr/.t·hy llS/.acowani:1 ·1lo/.(111o;:ci p:unil:ciowej wystaru.y na111 /.najonmść wielkości rzę~"~ du N i O(tY '). l'o1r1.1'11ujc111y :1.atern ()(f\/ '.) p:u11i•,:ci do pr:1.cclmwywania elcmcn~( 1i·i\\' 1n;1l'icr1y I/. Tyk ;;a111l1 pa111i<,:ci pol1„1.cha w celu pr;1.echowywa11ia inl'ormacji o tylll,· w j:1l.i S\><•::•'ib liyla wypcl11i:rna 111acicT1. li (gralicznit.: pr:1.cdstawi:111a w postaci strza: kL: ry;.;, (i„\
2. -- (!O!Hlsowanie iolrnlne z liniową funkcją lrnrv za 1merwy

pnry sekwencji

.„•.

rnolorly proornmowania llynarnicznnno '137

. .

Jf(l, .f) = lllH.\

I

/J (/ . l,j łl+S(o;./>i) Il (i I, j) - g //( . . I, J Il g

()

po pr1.ck11tncj, w pio11ie, w poziol!lic, :1.ac1.nij 11owc dopasowanie.

l((.Jllieczna jest rtiwnie). Zllli<111a w warunl"1ch 11ocz·1tltl\''Y ·I f·t'. . . · · „ I · , ' " ' "ci, ,rna uwz 0 lędn1 hl·t prze1 wy n.i poczqt .:.u 1 na konC11 doinsow·iiii"i 1 • I · · . 'b ' ' ' . '· · ' ' 1i,.( ą pOlll!JaJlC (np od)' J •• ·J'ci11Y fragment genu:;, ca'11 sckwcnc1':1 "Cnu) ·1·"111 l"l/"111 I· . , ·1·. . ;:. Lop.isowywu: ' • . ·'=' . J ' 'omo1 " l wor:r.·1cc Icw,11 , . . gom;1 , kraW\~d:r. 11iac1cr1.y. c1.:yli lf (i. 0) 01 „ 1:; (() ..)· „ . . ,, . . ' · /1 · J s,1 wype 1n1anc :r.cra11u /'.·i ..1 '~ „ k!adowe,1 mac1er1.y dla SL~kwcncji ~:il!l\1\1" i ''F'P'l"l"I" I". . "w<11 osc p11y. . · · ' " · " ' '· " po ,dzano na rys (1 )( . ) p. . . I . li · · . „ c„ IOCCl u1a 1rzcszuk1wan1a pr:1.yrnsloweno / JlO\\'l"lC'lll·1 1 1 '" · ' ' c11 w przypal .:,u konst 1· ,. · I !okal11cgo ro1.poc;1.yna si\~ od l·on1t'ii'I' i .1 1. . .· „ · . . · UO\\ .1111a L opasown. . . ' ' · 1 ·lJWy:1.s1.;1 wartosc1q w 11nci • „ , · „ ·I · zrrodn1e z k1l'l'llllk1elll strzalck ·ii(\() i·iiiii -1 ·I" . . . . . ' ei Z) 1 p1 ze 11cga " . '' ' \ ( I \I /.H\Vll'l:IJi\CCJ zero w ." ' . nwc1er/y / 1i·· , ,.· „. .. . . · · · · n<1szy111 przvklad1.1c · " · d,ll\) ZSl'„l ocen,\ dopasmva111a znajduje si. , „ :ou, jcd11ak w pr:1.vpadku dlu:is;vch scl·\''L'Jl . „ . . · · • i,,. \\ pi.iwym dolnym ro0 . . · " 'J • • ' " . c 11 111ozc sit,,' ona zn·ilcź ~ 1 I , I · · n.rncicr:r.y. Optym1llne do11a:mwa11il· ILlł"1l111•.111„,y· . '_' .c v\ Lov10 nym 1n1c1scu .JlllUJe poslac .L

"

L

,,

ocena w lllllll·t·i .„ .JCS · t rowna · ' ' C.Jl 11 Innem 1z· 1· I . prl'.vjętv111 ·· · ·systc1nic ·· lokalne. occnHi11c na ·I. ma postać · · < • iwc t opasllw<111ie

':. 6.3.3. Algorytm 3 -

tm~Jólniona 110stać funkcji kary za 1merwy

Poprzednio rozwai.ali.~mv przypadek liniowL" ft 1· .„ " . 'v\I :il.12orytrnit.· dopasmva11ia globalnego (laki111 jak algorytm I) wyrnac:;.a się dopasow1(: niżej opiszemy aloor)'llll- l·tt\r." tl''1"1ł· li k J '.JhCJI k'.uy za przerwy \V(/) = g/. Po1.' •'=' • \ J ;, ' dl a 'ilZtlCJ posl'lCJ runi·," I 11ic c:iiL',j pil'l'WS/.l',j st·kvwm.ji 1. cal<] drngą sckwcncj:\. NiL'. ma w tym nic '/.lego, jeśli obie ~torcj przebieg pokazano iia rys. . . · · · ' 'LJI Uli')' za przerwy WU). 62 s,·k Wl'Jll'.jc :;q
I

i !f

IBll

G. Alumytmy wyznaGzania
Dopasowanio pary sekwn!ll:ji

zostanie umieszc;r.ona maksymalna wartość wynikająca z wykonania pojedynczego r chu po przekątnej, i-krotnego ruch11 w pionie oraz .i-krotnego ruchu w poziomic. Nalcży11,1( zatem wykonać O(N) oblic:r.e1! dla ka:i.dej komórki macierzy (w algorytmie l byto ich''.i 2 tylko tr:r.y). Poniewa:i. liczba komórek w macier:r.y ci;1glc jest rt!wna O(N ), ostatcczn~r 3 :r.lo:i.oność c:r.asowa tego algoryt11111 jest opisywana przez () ( N ). · Dla uogólnione.i postaci runkcji kary :r.a przerwy mo:i.na zapisać vversje algoryt~· mu wyz.nac:r.ania dopasowania :r.arówno lokalnego. jak i globalnego. W wersji algoryt: rnu wyznaczania dopasowania globalnego warunki poc:r.;1tkowc mają postać: li (i, O).:::: -W(i) oraz 11(0, j) = ·· W(j). W przypadku dopasowania lokalnego mamy H(i, O):::: li (0, j) O. a w :r.ale:i.ności rek11rencyjnej wyra:i.onej n)wn. (Ci.Li) musimy doda( czwartą n1o:i.liwość, c:r.yli O, podobnie jak w n\w11. ((J.:"l). Wspomnieć nalc:i.y jes1.czc,. i.e n\wn. ((J.4) 111a sens wtedy. gdy

za sd' wenc1'i . „. · 1„ . ' to dopasowa11ie ,' . .1·est ' wv-, I'· 11 .'CZ,llll \V l/aStC () ł'Z'\d \,·•li· , . . .. Zalcżnosc rekurencyjnq na M(i j) n;o:icn „ " \ 1c ,oset 111111L:1s:r.y1n. · '. _ .. '. . . iy pl ze< 1stawie w IWSl(,~puj;1cy spos
, ..

· /Mu-1,j

il1(1,.1J=tllax .

lu.

l.j

1)1s111,./J1 ). 1)-1 S(n1,h1J.

./(1

l,.f

l)-l-S(t11.h).

Wszystk1L'. ;, powvi.s:r.ych trzech llH i:il' '" .I . . J . . . . . . 1wosc1 m pow1adap1 clo1Y1so\\. . . I . I tego kazda :r. n1d1 :r.mvina ocen•· )'( 1 / . ) 1 , 1 . I· I· . · . .' · '.llllll 11, 1. 1; 1 < la~ ' ' { I' ) I „ L.l Il.I\ ,azd:1 :r 1110/ I 1w (, " . . 1ernatywnc sposoby uinicsi.c:r.enia w Ol)ly . 1 · · . · ll„l I op1s11y lr1.y ;il · 1,. . . . " . . . , . . . lll,t ny111 <1opasowa111u n•s/.I , 1 I· 1(1, J) n111s1111y 101.wa:;.yc Jl'dy111e dwie 111o'i.liwości: ' I I · 1 I· 1) .1 (',/(i I, j) I (i l . .i) 1'1erws:r.a możliwość opisiijc lll'Z"ll' I ·I I· , , . '·' .Jl L ,, w dory111

I (i, j)

lll
.

.!:op«ll•

.r:""'

((1.iq

. li· I IL'<;I duj n. I I jcstdopasowa11L: z pierwszyin zn·ihem „ . k. '„ . · 'sowa11c 1 u 'i· :1 u, . " . ' ' p1 zc1 wy I se . wc11c·1 I /1 ( )z11·1 ·z· l . . . oceny b1ci.qecgo dopasowani·i u hiszt 1 1 .: . : · · · 'c ..i o IH1111111c,1s:;r111l' . . , ... · . ' ' · · 1 wo11.c111H nowq przerwy ni, 11 mozliwosc op1su1e przypadek w l·tt'lr" . ... · · . \\ Y .l:op«n· 1lrn 1°,<1 · . · ' ' .r Ili u, I ILSI dOJliiS\l\V'illl' /\' /11'1!" , zkolc,111y111 znak1c11i tcj S
W(/1 \ /:,) :_ _ WU1 i+ IV(/.i) dla dowolnych wartości / 1 ora:r. / 2 . Innymi słowy, kara za jedną dług<\ p17.erw~~ musi byó mniejsza ml kary :r.a dwie krótkie przerwy o takiej samej 1<1cznej długości jak dlugu pr:r.erwa. fośli ten warunek nic jest spełniony. dluga prt'.L:rwa b(,~dzie ocenia1ia jak gdyby była ci:1giern króts:r.ych pr:r.erw. Algorytm W)'i'.naczania dopasow;111ia lokalnego z uogólnion<\ funkcją kary :r.a przerwy :r.ostal opublikowany prze/. S111itlrn i Watcrniana ( 19}1 I). Ciotoh ( 19g2) wykazał jcd, nak. 'i.e gdy l'unkcja punktowania pr:r.crw 111a postać alinio.11'\, algorytm rno'i.na zopty111ali1.ować i zapic.ać w takie.i pustaci. :i.e jego :;.loi.oność czasowa wyniesie O(N 2). 'Ht wersja algorytmu jest opisana poni'i.ej (algorytm 4). C:1.9sto t\' wpty111alizowaną wersję algL ll'YI mu nazywamy al goryl mem Srni tha--Watern1:111a.

6.3.4. Algorytm 4 -

motolly prourn111nwania
„

./(i. j) .

~-max {

'

•

.

t\!(i.j f) · .':01•«11· I (i, .i•. I) g!'\I·

((1.lJ) Omaw1a11:1 wersja algorvt111u nic dop11s:rp·1 1r:r )· li .. z sekwencji bo.pośrednio 1;011rz1· ,.,. „ _.' . . . . " I ,·YI .J( .'u· w ktorym pr:.'.erw:1 w .icd1wj . . ' , . „.l ,,,I pl!,(.J\I\' W\ l'll"tl'I se\· 1, . ' ' ) „ · . . b~ mozliwosc1 allcrnatywn)'Ch doll' s .. I· . . '". · · ,,\\CllLJI. ( 1•.1.i111<:1.;1 I() 11«1. · .i. ow.111, dOl L' nalczy rn:r\\"li\ , . 1 1 1 znaczenia dla krnkowc!~o wyniku VII . . • ·, . · „. • '.' „'l'. a L' 1wv, ,. JL'sl hc1. „. · · n.1st\„pt1,1.1cy111 pr1.yklad:r.1c: .

afiniczna funlwja !cmy za 1menllly

(I)

u

S--

llAlZE

(2)

;_; llAEL·:

/\ liniczna funkcja kary /,a pr:r.crwy postaci w(/) CC:: gUJl<'ll + gC,\I l) '/.()Stala opisana w podrm.d:r„ 6.2. W praktyce jest Io najci'.\'.Ściej wyko17.ystywana funkcja kary z.a przedopasowanie (') jest wy„ , · · .. W ·1„ . . . „·- : : . : l.LJ occ111\lnc 111:r. dllpasowanic (I J. jcsli .\'( // 1: l " rwy, gdy'i. W porÓWnanill /, liniową ft1nkcj:\ kary za przerwy p11nklaL'ja przerw tnC(Odl\ Ylll\,t sl,\d, :r.l' 1esl1 ,) (rv fi) „, „ " " · · „„,,,„„ ,i;"'" alinicrnąjesl bard:;.iej rL:alistycwa. Nic be:;. znao.enia powstaje n·,wnic'i. l'akl. 'i.ew opip·1dcl (I) · I · · .· . '"'i'"" ·""" dla d()wolnc1 p:1rv zt1;1kr.l\\' <>' i /' 1 l 1 . . '. ', . llli_!L y lllC 1l(,:d:r.IL' 1111:11 111iejsL·a i dlateou 11ic . . „ . " \ li/..': sywanej 111 cJektywnL:j wers.ii algorytmu wy:r.nac:r.ania dopasowa1i moi.na wykorzystać lcznosc1 rckurenc)'J.lll'I'. \V llt"" . 11"· ·\ 1· ".' 111,1 P"li/.( h) 1111-zgl)'.d111<1« ,!'.o\\' 1.:1 .. · · :r„, P.JL ,.JL 1. w dorvch pl'! , · . . 1 . wlaśuic alinic/.ll<\ l'unkcj\: kary :r.a pr:r.crwy. a nic uo12/1lninn;1 postać lak iej l'unkcji. ł· .· (li ugosc I. nierriwność 11r1."1'111ie llos1·1 · "( , ·' . . "' \\·Y" o 'li s1'L l\'<:11r·i:wli 111ai:1 . 1· . ·'· . .c.,11,/1) i,, /·u11··· .. I . Owacz.my pr:r.el'. M (i. j) ocenę naj kps:r.L:go dopasowania ko1iu.<1ccgo się na pozycji spe ntona Jest pierws:r·i z t" .1 . , .' . . . ·',..,..I'""' " v.i1.111y JCL 11:!1:. ,-,1: i•ili· . . ' " . ) I. l lllC! OWllUSCl Io dru<>·1 ll"'I ~1) ·I 1110 . . . . i picrws/.ej sekwencji oraz na po:r.ycji j drugiej sehvL~ncji. Na ostal11icj pozycji takiego • ty li(0 pierwsza nien'lwll , , . ., . • t''. · " · t. 11:1 :H1lo111:1l.vc1.11i«. /.:il<'lll 1'IYL/.11<.' /.ll:IC/.Cilll'. J • . OSL. !Il.I pt.i dopasowania znajdujq si\~ rcs:r.ty 11i i /I;. Niech I (i, j) b\'.d:t.ie occ·n;1 najlepszego dopaI odolJ1llL' pik w al<> . 'l ·. "\ . . . .. mów do w,. ·. „. " ,_,Ol) 1111c · ..' iow111c1. i w ty111 pu.yp;1dlrn ist11i1·jq sowania ohejrnuj<\cego te same odcinki sc.kwc11cji - - w tym pu.ypadku ostatnia pm.ycja :Jl)'• 11·1· I . )'1.11.1<:;„1111.1 rlop:isow:i11 z:11'\l11·1w lokal11vch I il i "' I.1 I . ·I dopasowania :r.awiern iii ora:r. :r.nak pr:r.nwy. 1\11alogio.11iL' pr:r.c/. ./(i, j l o:;.naczyrny ocC· \V yznac1a111a do·. . · . · 1 •. • · „ '' .i 11v, 1. 'v\1 !"ll'J1:it ll,11 · p.isu\\.;1111:1 okal11L'!!O ll:Jk'i.v llWJ<>\ •I . : . . · .. Il\'. na,ilcps1.ego dopasowania obejrnuj;icego te sanie ()dcinki se.kwcncji na ostatniej oceni; :r.crow·1 i z111i ·1. ·. . . 1·· , . . „. L,1 111< w i„ill'111<1:.t·1 r,·l.111«11c1j11,„j zaint'·" . ' . l lic w.11u1i-1 puc1.<1tLowc. l'rn11i11i1·111v l11t;1j . pm.ycji takiego dopasowania 1.najdujl'. się :r.nak pr:r.crwy oraz /1;. Ocena najlepszego do· ucsow.111ych o.ytc.\111k1"lw do ksi: iki I> ·\ . . . . ' . ,, . . . l 11 L1j:"' p;1~:owa11i:1 okrc~dunych odci11\.:.1iw sekvvc1wji, fl(i. j). IH;d:r.ic 1.alt'rn niwna dodatkowych i111'on11·1L·1·1· l I t. I. 111 l111.1 I 111. (I ·IL)o) !it;d:1n·1 "•'llllnll r"dk111 ' . I :I l'.11 <'.illill. . (6.6) \ Vszysll i · n1:1x( 1\1/ti. j ). I (i. j). J (i, j )) · !1(i,j) 1 \V lyJIJ pOdf'((/,d/.i11·;111,..:1 W u111awi:111y111 algoryt111ie wyznao.a si1,: wartośL·i ko1rn'lrck dla ll'l.ccli lllacierzy. Za· gramowa Il i:i th'. n:;;, 1ie; ::.::.1i: >,' .~'/(;.~';. :n'._1.1!rn 111,owa 11 i" dy Il :i 111ic·n1« )(o. I< I 11« "' •11 ;! «1 ."I i'! I'_1 ', tc111 :r.lo'i.rn1oś1: pamięciowa jest tr:r.ykrntnil- wi\·ksza nii. we wc1.c~;11icjs:r.y111 przypadku, . . "' ·'· .i,·,..._. wv,"r:.'.v,,:11111 11· 11i111 ·1·1I "" ··.I · · · · • ' i.li< I<' .111«11<' \' 111: ! „

·t.•,·.

••

,

Wplyw syslrnnu punklacji 11 a dopasowaniu

n. illoorytnw wyznaczania

'191

1!11)

•lkreśloncgo ilrohlcrnu na szereg rnniejs'!.ych problemów. W literaturze 1';1,:l1owcj 1noi.11;1 '/.naló.ć wiele 11ie1.nac1.nie rt1i11i;1cych sic,: al goryl mów wy1.naczania tło,'' pasmva11. ( '1.as;nni prohle1n knustrnkcji dopasowaniajGst sprowadzony do minimalizacji::> otlkglośd n'
d() rn1.l
1.hioru ;dterna1ywnych wartości.

(lrganizrn

ldcntylikator w Swiss-Prol

Kod dosti;pu w Gcu Bank

/'/a.i·11w.liu/llji1/,·i1111m111 (zarodziec si<'.rpowy)

llXK .. Pl .1\f!J\

,\'acdu1101Jt,W«'S et'rt'l'isit1<' (droi,di.e)

llXKJ\ .'il\1\ST

1'0•180<>

I IXKll ..YEJ\ST

f'(Jcl807

~

()02155

llXK
1'1770')

Sd1istoso11u1111a11s
llXK S<'llMJ\

C)2<>(1()<)

/Jroso1Jfliliu 11w/u11ogt1.\'ft'r

llXKI Dl
<)'>NI 'l''I

l>ROMI~

<)'JNFI'"/

(11H1s11a t)\voniwa)

llXK2

l'llJ:l(J7

llXKI 111 JfVIJ\N

Ws1.y:;1Lic 1. powy'i.L·j opis:111yclt algory11rniw s;\ dokh1d11c w 1y1n sensie, i.c gwarantuj;\ wy1.11an•.t·nic dopasow:ltlia sekwc11cji. kt<'ire h<,:dzic najwy·i.l.'j oceniunc wcdlug przyjc,·1cgo :;yslt:1illl punktacji. Jednak nic 0·1.nau.a to. i.e wy1.nac·1.om: dopasowanie hi;dzie poprawrn" Wlaściwit' nigdy nic wi:idrnno jak wygl:1da poprawmo dopasowanie, ponie-. wai. ni1: 1uoi.11a t:n1'11w: si1,: w ci.asie i ml1Wot"1,yć prncesu ewolucji ohu porównywanych sek w„11cji hn1nologio.nycl1. Wyhicraj:1c systern punktacji, k1<'1ry repre1.cntujc naszą wiC<1·1.t; " rnt:L'l1a11izrnaclt cwol11cji 1nolekularnL:j. lllW;cl.\\'t'tl«.it.' ltl'k:oki11a'f.y li :;c11Ml\ 1. pr1.ywry krwii (Sd1istuso111a 1111111.w111i) dopaso· w;1110 d" :;,·Lwcncji jcd1wj '/. kilkll lteksllkina'/. ·1.awartych w lud'!.ki111 genomie. Program I 'l11stal\ 11rnoi.liwia dopasow:11i widosckwcncyjnycli. Jego opis prnl:1110 w 1u1.dzialu. W rn11awia11y111 pr·1.ykladzie programu Cht· stal\, aliv W)'/.l\:ll:'l\'l; dopasowanie pary sckwc11cji. Parnnietry plK'l.:\tkoWll zgodne 1 11sla\\'it'11i;11ni do1uyślt1vrni progrn11n1: 111acicr1. podstawid1 ( ionnet'.250, kara za utwo·1 r1.t·nic i wydlui.1·11i<' tllJ\\'t.'.j p1·1.crwy. 11dpmvit•d11io, IO i O, I. Wy11ik d·1.iala11ia progran1l prl.<'d:;I ;t\V irn)(l ll,o dop;1:·:mv;111i;1. l'odl>hie1istwll sekwencjami jest widoczne na caleJ dlt1::ości. 11a c11 w:;k:1'f.lljt· ·1.11au.1w lio.ha idc111yc1.11ych rcs·1.l (o'/.nac'/.onych

powoływać

dals·1t~.i

przykładów

wy1.11~1u.c11ic (l.··ł(

ui.yliśmy

/,
dokładny były

U!lflllS l/OrJ't'gi<"lfS {S/,C/.UI")

I IXK2 lllllVIJ\N

l''i278'J

llXIU I Il lfvl1\N

1'527')0

llXKI' I lllMJ\N'

1'.\:i'.Vi7

11.'\ K I R1\T

l'OY/08

llXK2 R1\:I'

1'27881

llXIO R/\I'

1'27'J2(i

llXKP RJ\T

1'17712

ll~J(.I lll!ivl'\N .. 1'1x1· I * , , '>;:,m.ih1yn1 wydam11 tc.1 ksi:rili, obu sekwencjrn1111rz\•~ ' oi.i;, , \· k1\I \Varto 1nrn' •[· ; · ·I . · ·. · . inng:1 n"!'""'""'""'" pt'!.)' nldt1itli1.acji /asoh
·.we Wl"!l''.-illill 2(l(H roku, p1sano11m\·l·oz11;uJl'Hi:1

jui.

1)(1 oprat:nwanill

pr1.vl.la
(l' rn'

'

I

•

>

oraz res1.1 o podobnych wlaści\·Vlis"·1"1cl1 1·1·,,,y I',oc I1em1czny . · ' '~ ' 'I 1 ( · · „ 111 lub kropką) na odt1llwi·1(li . '.· · ' · c ,\s \~pu,1c 1.w1ększc11ie oceny 1 '" , 1YW.t stę Io koszteli\ ut „ 1 "I · 1 . lllI wnoszonepo llt'le1 t1 - · lo(atkowyclt, kr(\lkiclt , Vv '" ,· ..t\\.1cn1.1 . . p1 '/,u'". ) „I\ pun one we I rngme111ach dopasow:mia, w k tciry~:lt

przcrv~y

pl;i'~1c1.cniu we1·1~cl-:1:

.'·~1.1'.11owal

Dwi~~

•V

L·

JJr1,:1·\·:·)·~

wielkości

JJopasowanio winloso1
i!

.

)!\!!\\-',\ ,-1<'.)•l

l·

t

\<\

u .. I

11

i

I

':11

i (

·:.c·11 i·-· 1'r·:.• l

l:l''/

(

I O)

/,<

. . . . „ "i'OL.l{'L'RUAFl·:Tlffl/:;uvF::u·1·c1 •lff(l I'IN EL.VRI ,\JL,l•IH.VIJbN L,l .!·HL'.l .A.o' .: . 1(1/'IM:: 1,I ,'l'P y I.'l'IJ\/EI' lll'AI 11,1

l!Xl(P„.llUM/\N

EijVHIILlV'tiiVEQ!\\L,l·Ht.!Hi!J.RL

llXK .:::CllMI\

A· A -/< A

A A '.

:

:

~

'. A·

:

~-

:

~-

•

;

!.\:

.\. ;

-• •

•

fa...

A\.·-··kk

• •

• •

:

• •

tl:

U:'.l
11x1·:.1•.IIUMAH 11:1.11 ::('!IMA 11:Zl\I' llUM/\l'I l!ZK ;_;l:l!M/\

11 xi·:I' 1111w11-1 \li.I' ::CllMF1

(< ·)

I 1.1

\ ,1

.J

!i:ZKI'

llUMl\H ii:ZK :·icllMI\

11 I...,," :·„

·li

i'

.

).·

-~

I'! '·"I

.

.

'

...

.

.

'"'i ( :·)

v•;::< ll/t:::.:u'I" IDRlCQIYH- - -ILS'l:LG 1"!'(I !'TIU.'/' L'l''l'i-' t::I ,vr1.1.111 ,1,P 1,1/1lEtl1.1.1'w'.1::r ·', ;: ; '~ 1 .i',·n· ,11 ,T 1'.1vEI" Ili'!\- ·-łILLYNTH:lML'l:D•D, El.1VRH1. LV'i'L.VE(ll\l[,!·iH.i!H1I Lł.!1L./\l - . A • • • ' . A „ A . . : : ~A : '': ••

1 .;:'.i

A· I;

:

:

:

:

!;: A

;

J·

:

•

A :

~ : •

•

•

•

•

•

•

•

l NHM\.'.F:SiUit·:ł)\/MR L'L'VUVDGSV'l I ,il -PST'rDCD- . , , , . pH 1N 1n; \·: . •/Tl/C:l/DGSLY . VVEPJ.DNR i. l/li'U\CEIWl/1".J!l\A'I 1,/,(,f\C, I i\C l !. I,! IVP • .. ~- \ /.; " ~ ·-~ A· ' " " A : : • • ~ J : ' '. : • /. :

11:ZKI' _HUMMI 11/.1(. ::C:llMf\

H:Zl\I'

,

PKFCERM'!'UMVDKLl•.l'l\.NI .

k,11 ,1

"' , . , 'FIESEEGSGRGAAI,VSAVAClCICACMl•GQ , •J ,, .:> ~ ~ ~. : ~ • :

l" · 1„n:11.Fll/\.::•11rn l .'l'l'.oCEII CGAAAI1\A"CTRQH- - 'RF'CI RLC!EDGSGI · ~

lllJMAN

11:'.I' :;CllMf•

.

„

e\·so\· i11T1. pochrn\1.;\t'Vdl od czluw1L'. 1„ i Ol· 11 „

„

puywry krwi .

„:

ltvs. h.4. ( ilohalnc: dopasuW:!llia sckwcnCJI il •· ,I '"11.\'\C 'llilliL"/.ll.<\ t'1111Lc·j1,· p1111klow<11lia przerw. \V k,11.· • • . • . • \'t wy11wczo11u. s o.) . • ' · . · . . . , utwurzcl\IC rSchistosu11111111w1su111). Dop.isnw,!ll' · ·., .„ „, ·rw dotvo.vla jcdy11ie wysulwsci 1,aiy ~·" , .· .. d)'lll I trzech pr1.ypadk<1w. riri.111c:a w p1111Ll,ll,ll ll'l' :·c. n"i11i:1 si~ otlpuwicd11ich t'r;1g111«ntow dop.1sOW•! .' „ , . V\' l'r'l"lllL"lll)' dopasowa1\ (il) I kJ. ; ull . ' .

rni

11 owc1 p11.c1\..

'L:'

•

sensownych /. hiologic1.11cgo pu11klu wid1.cnia syslenwch punklacji dopasowanie pary idcnlycl'.nych res1.1 jesl wysoko oceniane. O którym 1, powyi.s/,ych dopasowa11 111oglibyśn1y pmvic'.d!.icć. i.c _jest 11ajlcps1.c'! OdpO\vicd;i. wydaje si\' dosy<'.: subiektywna. jed1wk alternalyw11c dupasowania 111;1j;1 pewne wlas11ości, kt(Jryd1 poniwnrn1ic moi.1· ulalwić wyb(Jr tego najlqn;1.ego spośnid nich (np. cech:\ dwrnktcrystyc1.n:1 dopasowa1i wy/.1iac1.onych dla 111alyc:l1 w;1rtrnici kar za utwor1.cnic nowej pr1.erwy jest ro/.ciqgnięcie sekwencji w dop;1sow;1ni11, l1,:cl;1c(' wynikiem u111ies1.c1.cnia w nim du;i.L'.j lici.by pr1.erw ro1.di.il'iajq1·yd1 sekwencje dohr1.1· dopasmvanych reszt). Pr1.yjr1.yjllly si,· hlii.ej 11as1.y111 pr1.ykladowy111 dllpasuwa11iolll sekwencji. Dopasowanie krn\cowej c1.ęści sekwencji wydaje sic; być kps1.c w (a) niż (h). Sugcrnje to, i.c kara (u wartoś1·i 50) 1.a utwor1.cnic nowej pr1.crwy w (hl j1-.c;I 1.hyt wysoka i wy111us1.a 11suwa11ic pr1.erw 1. dopasowania kos1.!t'111 ollnii.;111ia jakości dopa sowania rcs1.t w jego po1.oslalyt:l1 l'.l.\'Ściach. Jednak ho. dodalkuwcj i111'ur111;1cji \rll(l110 pmviedzicć, i.c dopasowanie (li) jcsl w oc1.ywisty spos(Jh hl,:d1w. ( idylrvś111y wy1.11ac1.yl i wylqczniejcd110 dop:1sowa11ic. ui.ywajqc para111etniw 1. dopasowania (hl. Io 11Hl)}.lihys111y bvć zadowoleni 1. tak 111.yskanq~o wynik11. /\11ali1.ujqc ni;i.11icc 111ivl.,,.y d1lpasow;1ni:1· n;i (a) i (c). 1r11dno powicd1.i1'.c:. kl<'>rc 1. nich jcsl leps!.L\ j('(l1wk d11:i.a li<'1.ha pr1.cnv 11• dopasowaniu (c) dajl: wrai.c11ic. i.c ui.yla w 1y111 pr1.ypadku JH111kt:icja pri'.l'.IW jest zbyt liberalna i prowad1.i do 111aksy111ali1.owa11ia lic1.hy dopasowanyd) par idc11ty1·/.11yc·lt lub podoh11ych l'l'.S/.t a111i11okwasowych. Nic dyspo11uj;1c wied1.;111 isl<>tnyc:li hiologici'. nic odcinkach sekwencji. lr11d110 1.dL'.cydllwać. ktc'lrl' 1. por(1w11ywa11yl·li dop:isow;11i jcsl lepsze, jednak 1.god11 ie 1.c 1.drmvy lll ro1.swlk ic111 111oi.na st wicnl1.ic:. i.c dopasowa11 ie (a) jcsl h:mll'.icj sensowne 1. hiologio.ncgo pu11klu wid1.cnia 11ii. dopasll\V:1nic (<·). l'rn11i1110 „dokladne_( natury dopasowaii p;lr sekwencji. ich wy1.nac1,;111iu low;w1.ys/.y pewna do„ za subieklywności 1.wi;\/.ana ;, doborem wartości para111ctrów ora1. uccnq 111.ysk;my<:h wyników. Dlalego /.aws/.l' warlo .~próbować 11i.yć rói.nycli sysle11H\11• punktacji. :1hv wyznaczyć alternatywne dopasowania dla określonej pary sekwcm:ji. I ~dy lory dopaso wmi, la kic jak np. CIN EM 1\ (I 'arry-S111ith i in„ I <)<)7) wspo111agaj<1 pruccs inlerpn·tacj i uzyskanych wyników d/,i,'.ki pr!.l'.dSlaWiL'.lliU ich W 1'on11ic grnliC!.llCj. !~1'1).111.' sposoby kolorowania ulatwiajq bowic111 wykryei1· cwcnl11:lł11ych hl,·LViW w dopa:;ow;111i11. /,hytni pcsy111i1.111 1.wiązany 1. wy1.11ac1.allielll dopa:;owa1i par SL'kwencji nic jc::;I jednak 111;1sadniony. Zwróć1ny uwag\'. i.L' w 0111awiany111 pr1.ykladzie rn1.leglc l'rag1111·nty 11'1.l'<'li altcrnalywnych dopasowati S<1 lakil' sallll'. Cz.,'.S(O istolnl' slruklurnl11ic luli r111il:cjrn1:i111il' motywy sekwencyjne, kl(1ry111i jestcś111y 1.;iinteresowa11i, występuj;\ w k1Jn:;crw;1tywny1·l1 odcinkach sekwencji. gd/.ic dopasowania s;1 1.wyklc poprawnie wv1.11:10'.;111<'.

.

11ia ( '~ ). wyn-,i.11iono p
. . ycj·1ch w se1· . . .1· sow •cli tia odpowi;1dap1cych :;o i1c poi.. "' . . ·I liczba idcntyc1.nyeh res/.! a111111ok \\ "· ) . I . 1·1·1· 1l"tl' 11r/crwv s:\ w:;taw1ane w tyc I ·· · · ··li" l1111y1nr s ow\-. ' ) ' · · · · 1 ·zę· kwc.11cjaeh jest W/.gl1,:dn1c rnew1c ,,1. I . „ , ·I '11·1 ,.„yl1ci1··1 ni i. w po1.oslalych ie 1 c. I · · „ ·. ·li ·wn ucpt 1.aL 101 · ·"· · ·-. · "icyci 1 uck:i11kach sekwc.11cp. w dPI)'L L ·'. . , I ·i, nk·i~·,: \lei pu11kt:1cji par ohcpnUJ• .. ;;e iaeh. W lak id1 llliL:jscach dopa::owa1 l IL'. h1,t i .• c.. ·:. '.I'/\ [VI Iuli Il U >S li rvI l jak równic; . 1 . . , (li nwar1osc1111c1t1c11.) ·hbę
•

Wpoprzednich podro1.d1.i a lach Ul nawial iś111y 1.agadn ic11 i:1 ;,w i
1•111

G. Alnorylmy wvznnczania dopasowai'1

wlnlo~mkwnncyj1ie

'.;l·kwc11cji. 1l1W11i,·)'. i t11taj ist11icj:1 dokladnc algorytniy pro1~ra1nowania dynamiczne. i !'.ll 11111"/liwi:1j:1cc wy·1.nat:1A'11ie dla malej liczby st:kwencji dopasowania, które będzie'.··' 11p1y111:dm: d\;1 mdanych 1nacicr1.y punktacji i kary 1.:1 pr1.crwy. Odpmvit:duic zależ.no.i: .•:t·i rl'id1rc11cyj11e są /.(kcydowanic hard1.icj skornplikowanc, a 1,10)'.oność czasowa ta.'. kich :dgory111H.)\V 1.nao.nie wi,„ks1.a. ( '1.as potrzeliny do wy1.1wc1.cnia dopasowania i.a . 1 1Hllllll\'ą 11;1_jprosts/.1',j. lininwcj l'unkcji k:lry /.a pu.erwy jest rl.l;du O(N· ') dla S sekwcn: ,ji. ( ';1rilh> i l.iplllan ( l'J}rn) ro1.wai.ali sposoby l'id\lywnej i111plrn1cnlacji algorytniu< du~ l:1d11q!tl \Vy1.na1"1.a11ia dopa~;mva1i wielosekwcncyjnycll. Taka metoda jest d11.~,: \\'()ln:1 i w praklycc nic 11H1j,e hy(; stosowana do wi,;ccj ni·i. zaledwie kilku sekwencji "1y11mvej dl11,'?i1ŚL'i. W rllTJ.ywistoś1·i kunstrnowanic dopasowa11 dla tri.ech lub c1.tercch .•:vk\\'t'lll.'ji j<.'Sl ral'./.L'_j lllall'll\111ywa11i1'.111 :lł\Hl pary sckw,_:ncji, alim /.nac1.11il' wi1.·ks1.cj licl'.hy sekwencji. l'-lajli:1rd/.iL:j pows·1.l:L'in1ie stosowan;1 111dlld;1 wy/.nac1.ania dopasmva1i wielosekwen. ,_:yj11yt'h j,::;1 11.w. meloda prngresywnego dopasowania widosckwe11cyj11ego. U jej' pm\:;law lc'i.y llbscrwacja. i.c 1.wykk .iesteśmy 1.aintcrcsm.vani W)'/.11ac1.cnie111 dopasowa: 11ia dla rnd1.i11y spokr,:w11io11yd1 ,:wolucyjnic sL:kwencji. !stola metody sprowadza sii;do·: k1H1'.;lrnk1:_ji du.cw:1 lilogt·11,·1yc1.11cgo dla /.adanych sekwencji, ;1 następnie wyznaczenia dop:1sowalli:1 pr1.c·1. drnlawa11i,: do nil'gll pojl'dynu.ych :;ckwcncji w kokjności okre81onej pr1.1:1. to dl"!.<'Wl>. · J :1ko 11u.yk lad n 11. w;1i.1ny wy1.11ac1.allic dopasowania dla sek w encji heksokinaz IL"'hl' ll\1\\1/\l'I or:i/. 11n; .'3Cll!1I/\ 1. rys. (1.„1 wrat. 'I. 13 innymi sekwencjami hekso;: k i11a1. wy:;lęp11_j;1cyl'l1 11 !'1.lowicka, szc1.l1ra, droi.di.y, 111us1'.ki owocowej ora/. zarmlźc,1l (tah. (i. I 1.awicrn oz1iaczcnia i 1111111ery dost~:pll dll tych sekwencji). Drze: wo lilogcrn:1yu.11c wy1.11ac1Jll1C dla analizowallych sekwencji heksokina/. pnkazano na rys. t>.:'i. /.;111w:ri.rny. i.l' dr1.l'WO zawiera kilka interesujących inl'orrnacji o ewolucji tej rnd.'.iny g<·111iw. lkksllkin;vy wyst,:puj:1 li widll j:1drowc{l\v. li ssaków, mus/.ki owocoWc',i 1 droi.di.y wysl\'pt1j1· wi wy 1.ll: 1l'!.y1' dop:1sllw:1n ia dla ok l'L'.Ślrnwj pary dop:1:mw:111. np. pol:1czyć dopasowanie li1d1l,iej/:;;,:,1.1w1.ej 11:-:.1: I / dopa::11wani1.·111 l11d1.l;ic_j/s1.c1.ur1.cj llXIC~. !)udawanie dodo· p:l:„"w: 11 1i:1 :;c:Lwe1!l'ji w 1-."k_jnnsci _okru;Ionej 1)1"1T1. 1ltlpo.wicdnic drz_.cwo 1l·::1 l,0111y1111nwa11,· 11,1 1'11wil1. k1l'dy ws1.ystk1e :;,·1;wc11CJL' 1.1ia1d:\ SI\' w dopasowa111u.

lilogenel~cznc_·_.J. ',."'

"195 HXK PIAF/\ HXl
IXKll YF/\ST I IXKI DHOIYIE I IXl<2 Dl\Olvlt:

llXK SCHlvli\

llUlvli\N HXK3 1\/\1 HXK3 llUivl/\1'1

R/\T O.I

HXl\2 HUlvi/\1'1

ltys.6.5, Dr1.cwo lilogrnclvl'lll<' wvin· „

'

'.'I·. ,·

. ~

. , , .

„

,

dczonc t 11 il se 1(\VClll'fl hL~ksokinaz j1(l „

·I 1 1· .. '·I . „ „ , „. , · . · c "' Z,\c}c 1 od czlow1cb, szczu„ . ('I , . · ozt 1Z) Ol dZ za rod zca SIL'rpoweoo D „ -.. 1 • I · · gnurne . usiał:\, a iiasl\'Pnic wyhirzv ·1· '" 1· I.. . c- , 1zn10 i.osia" wyz11nczo11e w 11rn. , " · . - \ ·; s t1nc .I" dl t 11.ewu przewodnie 1" , J· .. , .„ SOWtlll!.l w1closekwvncy.1nego P Z) \C)lłsl1ukc,11 prt)µ.resywnego dopa·;

r.1,p1Z)\ll} ' " ' 1, 11niszk 1 O\\'
:\lgorytm dopasowywania pary dopasowa1i (luh Jo·, ' „ " . , „ , 1·lł1' '" ·· 1· I ,1ed) 11c1,c.,1 sekwencp I dotJaso.: ' ' .„1n1, I"' w przypadku , · . ", " ·· kwcncp. Najprnsts1.vm s11(l'' il , . ,, I \\.yzn.icz<1111<1 dopasowa111a pary se, , , . , , . "' lllll oc.clly ( opasow·1n1·1 11'11')' I I I ' JCSI usred111e11ic punkt·ll'l.i Jl'lr r, „ , . ' ' ,o 1111m ;, o 1u dopasowai1 . ' ' Ls/, 1 <1111111t1,wasqwych 1 l·iór· , 1 , po I:1czc111t: resi.I 1, iedllcj kol u , .,. ' e rnog,\ iyc 11tworzonc przez kI . . . . lllll) p1c1 wsi.ego dopasowania I. rcs/.tami odpowiedniej o umny d111g1cgo dopas11wi1nia. Na pr1.vknd occ11·1 d , , . p I . (~ . , . ' op.isowall1a z hi.c·dzic niwnc warna) iesl wlmiciwie

•(/'.f)+.\'(/', N) I.\'(,\,/) I S(;I N))/LI i\ , R Krn V za p1 zerw)' . 1 · ' " ~ . s.1 s osllwanc w laki sam s11os\)h " I, . „ . , „ . llnn1,1 p.iry sckwcnci'i 1, :1 1· „ , . , , . • Jd' p1 zy wyzn.ic/.a111u dopaso• • „ · ··es pil'.i„iw.1 _1est wstawiana do ··I 'o . I , . , . 11·: ,v on,1, po1aw1c n·1 tc · s·im, · . „ . .. JU nc,,..o z t op.1sowa11. Io 111us1 1 ·' LJ flO!.\'CJI W 1;a;dl'I 1c 0 0 schv · · „ I) k · · ' · · · 11

' azdy1n z is111iej;1cvcli doii· , .. , , , ·,· " . o. , .'' cnc.11. opasowa!llc sekwencji I' . „ dSOl\ldll llle li eoa /1111<\llll' J\lo , t , · ·)Wncgo do11asowa11i·1 \l'l,L'l11s ·I· 11 , o . . , '"rny Ili wyz11acza111a 11roorc, . ' . L 'we eyp1e 0 nil' , '·1 I l·l I · "" . sprawdzania ka:idt'"tl z 111 · 1· I I . "'' , Jls l o' H( ny. pon1ewa)'. nic obejmuje d · · ·'" · oz 1wyc 1 l opasow·111 Jl·dt\im, · · · opasowania fl'll'Y Sl'kwcncji . , , . " . ) na przy'1 1iid. i.c do is111icj:jl'cgo 0

S-Hl\Kr:: SPE:l\J~r·;

l .1

o.

1

,

/\luorytmy wyznaczania dopasowat'1

Dopasowanie wiolosul
chcemy dodać sckwcncj~: 'l'HEA'J'HI·:. W wyniku moglibyśmy u1.yskać 11ast\:pujące pasowanie:

I:,/.

S ·I I/\· I.ZL•:

SPl':i\-lU': 'l 'l ll.:A'.1' R L•:

Jak widać nowa lff/,erwa 1.ostala wstawiona w tym samym miejscu sckwc11c_ji oraz .'.!P,LmKr•:. Po, pr1.ea11alizmvaniu dopas<'.wa11ia tych tri.celi sekwencji, rnoglibyśniy 1.cchc1ec przesunąc li w ~:11AKE w takt sposob, aby odpowtadalo Il w 'l'l\L•:Nl'RE:. 'fakicj moi.liwości _jednak nigdy nie bierze się pod uwagę w tnclod1.iL: dopasowania progrcsyw: ncgo, gdy i. dopasowanie picrws/.cj pary sckwcm:.ii _jcsl ustalone pr1.cd dodaniem kolejnej ~ck wc:ncji. l'ontijanic wlaśnie takich allcrnatywnycli dnpasmva1\ decyduje o tym, 'i.e me: loda wy1.nac1.a11ia progresywnego dopasowa11ia wil'iosckwency_j1H'gu nic _jesl dokladna ale heurystyo.na. (/,a11wa·i.my przy okazji. i.e sekwencja 111u!L'inv '1'111::/\'l'f•:rz wysli;pu_jąea w dalekich świata stronach. nic h~:d1.ic 1.byt dobr1.c dopasuwywa11<1 do sekwencji c:IIM;r·: i SPl!:ARI':.) Procedura wyznac1.a11ia progresyw11ego dupasowa11ia wiclosc.kwc11cyjncgo rozpot·1.y11a si\: od konstrukcji tzw. drz('Wa prz('wodniego (a11g. guide /n'I'). Dla ka·i.dej pary sek wcncj i w 1.ada11y 111 zestawie _jest ko11st ruowanc dopasow:111 ie, 11;1 podst awie którego wywacza si\: n:1stq111ic odlcglo.~ć cwolucyj11:1 111ięd1.y sck\vt:11,:j:1n1i. Najprostszym sposohc111 wy1.1iac1.cnia t:1kiej odległości jt~st po111inic;cic pu1.ycji dopasowania. na których wyst<;puj<\ pr1.crwy i oblic1.enic odsetka pot.ycji Il, na których wyst1,:pują n'>'i.ne reszlyi l\llo:i.11a dodatkowo pr1.yjqć popraWk\'. U\V/,ględ11iaji\l; fakt. i,l' podstawienia mogą zachod1.ić wiclokrot11ic na tej samej pw.ycji sekwencji (por. w1.ór Kirnury, r(iwn. (4.29)). Feng i Doolittle ( [ <)~\7) zaproponowali w1.tir na odlcglrnić mi\:d1.y pm:\ sekwencji obliczaną ht:t.pośrcdnio na podstawie oceny S dopasowania tych st·.kwctll:ji: (6.9) gdzie S,„m1 jest średnią oce11ą dopasowa11ia pary losuwo wyhrn11ych sckwe11cji, a Sit1e111. _jest średnią w, n1oi.e111y wi\T wy1.11ae1.y<' 111aeicr1. odległości cwoh1cyj11yeh mii,:dzy ws1.ystki111i sekwencjami w 1.ada11y1n zestawie. a nasl<;pnic wykur/.ystać ją jako dane WL'.i:;cimw du jednej z odlcglościuwych nKlod lilogem:tyc1.11ych opisanych w rozdz. H. W progr:1111it' ClustalX (Th0111psu11. I liggins i Uihsrn1. J<)t) I: Thu111pso11 i in., 1997), c1.~·sto wykm·1.ystywa11yrn do konstruowania progrcsywnycli dopasowati widosekwcn· cy_j11ydJ. dr!.eWO fi[ogellCt)'Cl.lle W)'/.\laC/.a Si\· /,:t jlOlllllL·ą lllL'iOdy jlrl.)'i<\L'l.:Jllia sąsiada, a polo)'.c11ie kor1.cnia drzewa ustala si<,: 1.a purnoq 11w1mly .~rndkmv<:go punktu. Drzewo pr1.ewodni,· poka1.a11c na rys. (i.'.i 1.oslalu wy1.11ac1.n1K' w taki wlaś11ic spos(lh. l<.ysunck (i.(> 1.awit·rn l'rag11w11t progrcsyw1wgo dopasowania widosekwe11cyjnego hL·ksoki11az wy1.11ao.011cgo 1. wykor1.yst:111it-tn progra11111 ( 'lustalX 11a podstawie drz'.;w:1 11r1.cwodnicgo 1. rys. (i.'.i. l .:1u.11<1 :111;tli1a roz111ics1.c1.c11ia pu.erw \V dopasowantll i topologii drzewa pr1.cwml11iq'.o wyrn'i.11ic wsk
czonegi<'hic tirz, .1 . . . b ' --: \-< ·Y < Wtc'tlla rL·:;1.t:1111i () . , . .et vy zost.1 1y wstaw1onl' w dl\ iT I" I I smvarna '/. os111101na sckwem'J"lmi szczu ·· . „ 1 ·. ·\ 1 1. ''c< )' <<1 dop:1-. . ' , , . , 1.1 I L/, OWIL' 1\.'l dod·1110 S •I· . Sckwcnc.ic HXKl)_llUMAN i IIXV "'C'HMA ' · L 'WClllJ\' pr1.ywry krwi. _ · ' '-wy 1,or1.yst:111c wc1cś11 1· , · I ·1 . · wyznaczania c1opasowania par" sehv, .·· . . . . . . · · Cf (o 1.1 11strowa111a J • ' Lill Jl 1.11<11< 11qq SI\' w srn li · , · wiclosekwc11cyj11cgo. {Jżycic dolll"ŚI , ·. . ·. : .' ' < 'UW<'.J c1.1·sc1 dop:i:mw:rni:t . I . ·' · Il) L 11 11s1.iw1c11 proo 1„ 1111 u 1111 .. 11- · I . porów11a111e ; w1:1 w1.po.s1\'W1ic . · . · 'z i. "J. ..iz11.1czo11e 11·1 rvs < < 0 I . 1 . odctn 1\I t1opasowa111a wieloscl·wenc"J· 11 , .. _. . . ' · · · i. i P ,'',I li 1;1 c1.<"m11k:1 . ' .1. ego IO!.llt<\ SI<' od do11·1 · l · " z rys. ó.4(a), pu11111110 IL'"o i.c w obu 11 „ . li· ' 's< w<1111.i pary ,o;ckw<'lll'ji •· · · · b ' P -VPd< ,ac '1l wykor1vst·111 1 1, · tac.11. ()z1qc SI\: l:lk dl:itcPo i.l' w d jl' . . . . . '. ' ' ( L11 :·;:1111 sysll'lll 111111L. o dsow,111111 w1closl'i·w .1 . 1 • 1 k1w1.1csl.1ednL>L·1.cś11ic dopas(l\V)'\\1'111'. : . ' ,\ L IC)Jll)'lll :;c·,\\'L'lll'l:t \lr/,Vwry · . ' .i 1· ostlllt>111a SL'kw<·11c1·1111i ·s· I · . · · · z1cc11ąsekwcnci:111x1

yc 1i:1r·'· · po 112n1h:1 u.uo11k· 1·. 1· 11 .1. dwoch sd.;,wt:11cji rnusi.ki 011 ,0 L·ow ,· ·01 ... t ·· .I •I ·" · '. ci.cJ11o ()du1wl; dup:t:·:.r 11 ·: 111 j; 1 ·. CJ " 1· t/.L'Cl sckwc11c11dri1·1 I'· · .. przypat Ilrn ro1.1111esi.ciniic llr/ ,„ 1 <> .< ·Y· \tl11·11t<.·1 1 11· ty 111 . . · . .u v w <1upasowa111u t11<1i11·1 I· t 1 . . . 1 drzewa pr1.c·wod1tic,2 u. (Id)' d< 1 , , , . . . · ' " 1 l op<1sow.i111a 1.awter;q·in·oo . , 1. , , .· , . • . . wry lff\Vt jl'St dodawane doll'l"OIV' ' ' . l . : ' ,. SL '\\ l 1tqe :::;akow I pr!.V· · · '·• ·.tilit pa1y se 'll't'11q1 111us11'i . . · · znaczama prHl )c 1 t upa::uwan. p"11·:„t:iji· • . ' c L.1Jt1y111 se H11. 1kowy uklad w ... , , I· " . . 1 1 ltmku. Dla porownailia ·, 'li 11·' ,. , „. · .1 /.L ' · I.i' _1.ik pI. . , · .· '' ' < IL' u:;l' ,wc1ll'\'jll1' \\'\•l·w111i · . . . . , , ' < I oco11 '~./ ora1. dni1.di.v. krnic·()w; I".1 . 1' ' , .. „ : . . " , ' p1og1esywncoo icst \llll·i „ , · , , . \ " "\ 1 ) .1.11.iu.111J:1 1hip: 11 ,t>\":llli:i · . .. . '"' · 'L/.<.llH Jl.ity <1opasowa11sckwt'tH··i 1 ()h , .1 .. " . , . k1111 p1zyp.idk11 proor:1111 ('I t· 1v ,' ,I li I) L 1lll_!!.Jtll/llH>ll'. I·\ l:i ,.. · 11s" ,, 111111LS/t"1.;1 prit:rll\' w SL'! , , •· 1 . W!y111 sa111y111111iejscu Cll'<'i " 11 t 1voc 1 kro!szvcli s ·I 11, .·. ·I I. · . . _. . : · · -< . 1 Sit; IJL'!.pośrcdnio ll:td 1-'(:''F) '/ 1.11.tjlll.JC .. · L\ \llHj.ll ltlU/d/,\'(O,Vl1iillll•I wniosek, ie wvnik ir " . , , ' .· .' - .l , . , u11101v1ti11~·g11 p1·1.ykl:1tl11 i11n· .-111.v i1·v1·i:1,:>.11;1, '1ak'1" S"l'l\'l 'tl (jLS'\\\''/ .··. . I o,_tcs.1_11 ncgo Llop:1sowa111:1 11·1closc·k11·«11c1·1·111·•.••.• I ''-'•\.,\_ t /;\t'i.\'{ 1 tli1'.~ 1 !) . . , ' '!'S a11·1c· 01"\/ 11· j·il i .. I I ' : . . .' lic do konsl n1n11':1tll''..'.(> dop·1· ow·~11 i. . I'. ',I'.-' ..''' .''Jllo:.1· 1 "'. k \I'«; icj1· ; ,, " I" ·1 i 1 ·"'! '\, "l:i \\':i automaty1·111i, ·I ·:t. , ·' , ·'·,' s' i:,t111ci:1 ll/.;1:.:1d11i();I\' ''·!i1di,. """i dt>11-. . , ' ·"011:, i 1111w:1111'«ti Ir,, " .„, . I . . . '''' dodawania sel·111, .„ I I ,.• < i:'1.i l''''-llU< 111('1"() i 11 i.wi;i:k11 !1·111 1„i1, '""·"··1· ' ' t.ill p st•I , . . :· '·' ' '· () \ll()/\l:\ wv111:1< tir""l""·I „. Il>' I"!'"'" 1 ·' ' ' 11 \. 11 '- \'{lll' ll'l I') I· I' " " . „„ :i 11ochod1·1cvcl1 . :· I, . ',' ·' .i1111 i11l(lr111:tL'JI u jll>kn·11·ivn:1111 j„ 11:i, •' „·!. ''. „ , " . /, 11111yc l /.rodcl. ( >111·111·i·111v . , ·11· I . .,. ,1 i111i C1.c111e llr1.erw 11· 11·1·111·11· 1·.· . . . , , .. p11...1. ,I\ 1111k:11u1«. ·"" '"i:i ,111• ,,„1:11,· .. I I I :·:cl.1\'t'lll'ji \\' 11:11·„ j„I '\I" 1ab,11 ud
••

•

L"

-·

•

· •

•

„

„

.

'

'

li.

l!lll

/lloorvtmy wvznaczani
1Jopasowai\

Dopnsownniu winlo1m1
'199 \ l

lll)

llllł

I!

l jl

l" :;r~Cjl\(!!lt'.1:

d

! L' J1Ullf~!t1

konserwatywne odcinki sckwc:ncji s~1 dopasowywane w powtarzalny, a wii;e i dosyć iarygodny sposób. C!'.asami wyznaczone progrc:sywne dopasowanie wielosekwencyjne doko11uj11e 11iez11ac1.nyeh korekt we rragmentaeh dopasowania przy przerw. na wyhranyeh odcinkaeh sekwencji jednak czi;sto zbyt duża, aby takie odci11ki mogły hyć wiarygodnie: dopasowane. W łakieh przypadkach zakres koniecznych korekt w dopasow:llliu jest wynikic:m arbitralnego wyhorn.

\~ożna poprawić, ~oi\cach Ziniennośc;

!i.',h 1 P:Y!' Ili.I'. I ! !X

l!UM/\!J

V:~

!U\T

!!:
HX!< \ llllHllll 11:
6.5.2. Ulepszenia algorytmu wyznaczania progresywnych clo11asowm1 wieloselcwencyjnych

f3f-'!!l·I!\

l!X! l

!Jl·~
li:<

!/P()Hl·;

\!XV:\

'(\·:f\:;·i·

W wyniku ro1.wija11ia algoryt11H1 Clustal powstalo wiclt: jego wc:r.~ji. Ostatnie i', nich zawieraj
li:< V\I Yl·:/\'.;T H:· 1,:<; '1'\o:l\:;'f' !\/\'

PJ,J\F/\

11;-,r I

Pf\'1'

H:O:!

llllHMI

Hi: L .~

P/\T

procedury wyz11act.a11ia pnigrcsywncgo d
!!:".!'.'. llllHi\11 H:
i·'i\'!'

i

11:'.I' I llUH!dl

u::.1J)

!U\T li!. F \' llllHl\ll

ll:·:V I\ '{f·:f\:;T '{1·:1,:;T i•l./\FI /.::

llH.I

\Ir«'\'

11!.L I

l\IJl•li'.l·I

!!:.'.!<::

!"hT

11xv:1 llllMl\ll llXF I

!{!\T

llXIU

lllJH!\l'I

li:< LP

lł/\T

liXl

11:\1'.I

IJP.(JHI·:

H>:l',','.

Lll"_Ol•!I·:

11:· FI\ '{!-'.!\\\'I' 11:· 1'11 Y!·:f\::T !!: I"\ y I•:/\~·;'[' ll>T

1•1./\1·':·

p ocen dopasowa1i par reszt, tak jak w przyklad1.ie z !\

1~ powyżej, to wpływ hlislrn spokrewnionych sekwencji llloi.c hyc' 1.awyi.011y. Blisko

spokrewnione sekwencje sq 11ic111:ll ide11tycl'.11L', poniewai. czas, w kllirym mogly wyst:i-

11/.1.11 '{i':f\5']' 11:<1<

i'.

pić w nich podstawienia, hyl Wl'.gl\~dnie knitki. Rozwai.my mo1nenł, w którym, zgodnie z wyz1taL'i'.ony1n drzewem przewod11i111 z rys. 6.5, do dopasowania ośmiu sc:kwcncji

'.llHI\ !L'.l IJ:'.LI fl\)(IHE IJ:
l!Zh~;

je.~t

,\

ssaków i przywry krwi s:1 dodawane dwie sekwenc:je muszki owocowej. Podczas gdy sckwcnejc ssakliW są do siebie wzglt;dnie podobne z uwagi na lqcl'.<\cy je dlui.szy okres wspólnej historii ewolucyjnej, Io informacja zawarła w sekwencji przywry krwi jc:si od nich nic:zalc:żna i z tego powodu h;mlziej warlośeiowa. Wpływ tej inf'orniaeji na osialeczny ksztal dllpasowania hyłhy osłabiony, gdyby wagi sekwencji pr1.ywry krwi i każ.dej z ośmiu sc:kwencji ssaków były takie same. Thompson, Higgins i Gibson ( l LJ94) zaproponowali sposlib ograniczenia lego niekorzysl1wgo wpływu islnienia grupy blisko spokrewnionych sekwencji na wyznac/.i.11a Wykorzystać p<\;/.nicj, gdy do dopasowani;i zostaj<\ dodawane sekwencje bardziej odleglL'. ewolucyjnie. IV!o:i.na to osiqg1111t przc1. ohnii.anic kary za przerwy 11<1 po1.ycjach dopa„

'"I

200

li.

Aluorylrny wyznaczania dopasowai'1

wiolosokwm1cyj1w 20·1

sowallia już zawierających pri'.crwy, d1.it;ki czc111u ulwori'.c11ic \.~1 tych 1n.icjscach 1~rzcrw ·.. · w 11 owo ·dodawanych sckwe11cjach jest ulatwio11e. W1adrn110row111.e1„.1.e w zalczności,. od odległości ewolucyjnej mit;d1.y sek wcncjami, prt.y wyi'.llaC/.a111t1 ich dopasowania/': nalci.y stosować rói.ne maeier1.e podstawic1i. l'rogrcsyw11e dopasowa111a w1closckwcn;".:,· cyjnc 1110gą być zatem poprawione, jeśli 1. 1.~stawu n\i:11ych ma~1cr1.~ P/\M h1;1 .BLo.•. SUM wyhic.rze sit; talq macicri'., która 11ajlcp1e.1 odpowiada okrcslo11cJ odlcglosc1 ~Wo-~ lt1cyjllcj llli\'.di.y dopasowywanymi sekwencjami luh wy/.1iao.nnyn11.1t1z dopasowanuuni(

l.·

st·kwc11cji. . . . . ;\ lt~oryt 111 wyi'.iiaci.ania prugrcsyw11cgsck wc11~y.1ncgo, zaw1craj:icy ~ak.wysi.u.k:uK' poprawki, c/.~'.sto 11111oi.liwia skonslrt1owa111c dosyc. wiarygodn~ch dl.lpa~owai\ wiclosckwe11cyj11ych. Ohlio.c11ia w 1::\lliach ~l'J mctody„s:1 rll\v111c:. calk1cn1 S'f.yhkit'.. /,loi.oność: ci.asowa jest l"f.\~du (}(SN"J_ dla ,) sckwt'.llCll o dlugosc1 N, .co oziiaci.a, i.e jest inoi.liwe wy1.11:1c1.enie dopasowania dla du/.eJ l1c'!.hy w·1.gl\:di1,ll~ dlug1ch sekwencji. i"odu.as kor/,yslania 1. progranu1 ('I ust al X, wartn jL·dnak pa1111t,:lac o d:vóch kwl'slia~h. Po pierws/,L:, prngralll pozwala 11:1 wy1.11acza111c dopasm;1an global~~yeh l zt~­ '1..' i Jl >wodu nil' moi.e być stosowany do wy1.11:1c/.a111a dopasowa11 sekwcncp znacz111c ~' L · , I . I . f' n'li.niących si\: długości:\. W takich pr1.ypadk<1cl1 warto wyc1;1c O\ JHlWl,eL lllt.: .rngmcnty · 1. dlt1i,szvch sekwencji i tylko dla nich wy1.1wc1.yć dopasowa111e 1. krolszyn11 sckwcncj:illli. P~i drugie, do. informacji zawartej w drzewie pr1.cwodni111 należy podchodzić ,,· l'l~/.ctW<\. l)r1.cwo przewodnie wy1.1iac/.:1 si\: 1.a prn11oc:1 wzgi\'d111c 111L~dusko11ale.1.meto­ dv pu.yląu.ania s:isiada na podstawie IH·1.yhlii.onych wartości m'.lcglosc1 cwolucy.111ych. · · 'l /,;,•t L· 111 liezi· N·.!C 1110/.lh , ' 1·vtvl'/llie J .> • • · 110lc<>ać '>:• • na laki111 dr/.l:w1c. •)L'sl1 1.;ilezy , ', nam na , usta·· lcniii ewolucyjnych 1.wi:v.ktiw 111i\.d1.y sekwencjami. Macicr1. mllcglose1 cwolucyp1y~h dla par sck\i;~:n~ji niożna ponownie wy1.11ac1.yl'. na podstawie· 1.:1d;11'.cgo dopasow<:111<1 wiclosckwcm:yjt;L:go. Jeśli dla tak ohlio.onych odlcglości skonstruu1cmy dr1.cwo hl?· i~eiiclyct.lle, tn ·moi.c być ono hard1.icj wiarygodne nii. myginal11L: dr1.ewo p1'l.ewodi11c h•cit<; i Doołilllc, llJl\7). l'rngram ( 'lu:;talX u111oi.liwia wy1.1wc/.c111e drzewa 1~1clodą pri.yl,1ci.ania są~iadów dla ·1.adancgu dopasuwania wiclusekwe11cy,111cgo. ~ario ..1cdn,ak wiL:di.ict'.:, i.e istnieje wiele hard'f.icj wysi'.ukanyclt 1nctml drnrnklery:t.(1\\la11.1a zv:qz.kow l'\\l()lt1cyjnycli n ii\~·d'f.y sek wc11cjan 1i (1u1.d1„ li) i w L'ci u pr1.cpruwad'f,e111a , wiaryg·o·d· m:j 111 ulckularncj anali'f.y tilogenclyL'i'.llCj warto wykorzyst:it· SlllTFil111e \V tym celu si wurzonc uprot1.ra111uwa111t:. 1 ('huciai., jal~ jui. wspu11111ia11n. drl.l'\.\'O wy/.11ac1.onc na plHblawil' prugrt~sywnego ((.': widu~ekwcncyjnegu 11iekonicc1.1lli· jest lakit: sa1no, jal; dr1.ewu P!'i'.CWOdntc iasowania l · leg<· i' · Iopasowa111a. · lu ,1el · I11.1' · I' lI··11.c·w·,i le s·11wyl podobne, ui.ylc do wy1.nae1.c111a • • . · . ' k dosyc · . . , W~1kazaiio.' i.c jeśli dupas!l\va11ia wie.losckwc11cyjne wy1.1iac1.rn1e 11:1 podstawie orygt1u'.I· ' ,1 1·'/l'\V'I lll'/l'\\l(Jd11icf20 ' . ,1;1,u ' I LIa1w Wl'J"'lll\\ ' ' . <' 11· I1an I1. I<.J• '/'l'lW'llJSOIVk li( '"<> wvkor1.vsl:1 st(,' „• ' · ,. · ' „ '" ' ~ · . . · , I lrzcw·1 ll\'L'li 111l'iud:ich 111ult:kulanH.j ;111ali1.y lilogc1wtyl'i'.Ill'J, l
·. rzc odpowiednich hialck, 111oi.11:1 sprawdzić czy 1111c'.,1sca aktywne i clc1m·nty struktury : drug
6.5.3. Najnowsze osi
dopas01111m1

wielosełnNencvjnych

Metoda dziel i 1.wyci\'i.aj (ang. tli1•itlf' and 1·0111111cr) wy1.11au.:111ia dop;1:;()w:11\ wil'!o:w kwc11cyj11ych (Stoyc, I <)l)l\) jest altcr11atyw1i;1111,·tod:\ hc11ryslyc1.11:1 nii.11i;1c:1 si<,' w isi ut ny sposób od llll'l()(ly prugrcsywnego dopasowania wi,·losckWL'lll',Vjll<')'.". '/,ddi11iuj111v ocen<; dopasowania wiclosckw,~ncyjnego jako su111\' :ir· dzo podobnych do sid1ic sekwencji. Nas1.ym celem jest 111alc1.i('.tlil' takiq'.o dop:1sow:llli:1 wiclosckwc1ll·yjnego, kll'lrc h(;d1.ic 111aksymali1.ować zdl'łi11iowa11;1 w puwyi.s1.y spos<'ili .oce1w. /\lgoryt111y programowania dy1rn111icz1ll'go korl'lyc/,11ic 1nog;11.11ak;,,: dnkl;1d1w rnzwiqza11ie takiego prohk1rn1, ak S<\ 011c niq>raktyc1.11c 1. pnwod11 'f.iiv1 d11i.cj 1.lu'i.oiio· ści CZiisowej i parn i\'t:iowej. Moi.na jednak wy 1.11ac1.yć dok Iadnl' dup;;s, )\.\. ;111ia J; n )I k icli odeinkt\w sekwencji. \V 111ctml1.ic d1.iel i /.\\'YCi\'.i,aj dl11gic sekwencje sq d:r.iclui1<' 1i; 1 ~rótkic odcinki. dla klloyt'. I '>"'i: 1. ł11q>l<'1llv11 lac.ia algorytnm jcsl jed11:1k slosnnkowo woli1:1. . Ko1t:j11y /.w;tal11io jl()\VSl:ilych lwmystycznycli algm<·1111t.>11· 11·v/.l1) l1Vycl1 dop:iso\\':11\ dla 1.:1dancgo 'f.estawu par SL'k\\T11cji. I >la L:1i.tkj p;1ry .•.d. 11•,·1wj1 1··v

;~ ~l<~sckwe11cyjnych

G. 111uorylmy wyznnczm1ia dopasowa1'1

2ll3

1.n:1u: 1 :;i1: d"p:is01v:111ic· ·1.:m)wno globalne, ,i:tk i lokalnc. Kai.demu /. tych lt:.':I 1r1.ypi:;ywa11a \\'aga. l..1órej wielkość· od1.wierciedla wiarygodność danego 1 w:i 11 i:t. l'
idrnlY<"/.11ości obu sd;wc11cji. I )opasowa n i a bardzo podobnych do siebie sekwencji

zalt'.ill traLtowanc jako ban Il.O wiarygodne. Drugi L~l:tp :tlgoryl111u to rol.budowa ki. 111 ;1j: 1ca na n: lu wy1.11:w/.c:nic wici kose i wagi z\\'iązancj l. dopasow:tuien1 k:ti.dcj z par w;;zl / dwoch n\i.uych sekwc1H'ji. 0/.11ac1.111y prl.e/. X rc·s1.l\c w sekwencji i oraz przez y n·:;i.tt,' w :,,·J;wcncji j. kśli

X i }' wy;;!t,~pujq na odpowiadaj:1cych sobie po1.yejach w do.

pasmv:111i11 pary sckwe11cji i i j. lo wag:t dla tc:j pary rL'S/.l jcsl i'(l\Vll:t \V(X. Y)

w pm.ost:ilych

= w,j,

pr1.ypadk:!L·h waga jc,sl równa /.eru. Nast<;p11tc uwl,gl\~d111a st<; dopasowa.

ni:i /. l"11.11:;t:tly111i :;t'kwc11cja111i w 1.t·s1awic. Jcsli w sekwencji k istnieje res1.ta ?'., kt6rcj ""' ,1 11p:i:,mv;111i11 sckw,·1icji i i k ()dpowiada rcs1.la X, a w dopasowani li sck\.vcucji j i k-. '"ll'"wi:id:1 ns1.ta }', 10 111<1i.u:1 wledy rn1'iwić. i.c dopasowa11ia par sckWL'llL',ji i z j, i zk

„,.

i 1. /, :;; 1 sol>: i 1.g1Hlm:, en wplywa 11:1 pod11icsie11ie wiarygod11ości dopasowania X ) W taLi«li pr1.yp:1dk:1L'li. do wagi Il' (X. )') drnlawa11:1 jest u1nicjs1.a /.wielkości W;i 1 i \ \ · 11 . Tak it: d1.iala11ia wyko11uj1· si1: dl:1 ka i.dej s,~k wencji k Iwor1.:1ccj ·1.god11c dopasowa-

or:i1.

ill:l i. :;t·L m:11cja111i i i .i. i'Jdi<'tll 1ako1ic"/.t'11i:1 tc.i pr11ccd11ryjcsl pu.ypisanic wag każdL:j parze~ rcs/.t (w każdej ,:, i.<' :;<'k "' 1:rn.'j il. W:1gi il· t r:1L t 11jc sit; jak occ11v wyko.r1.ystyw:111e 1;r/.y wy1.11a~·1.aniu pro1 1 : '.Il "'.\'\\'IW)'.<) t!
v\1

kl:1syG11c·j wersji :dgury111111 wy1.11ac/.aui:1 prngrcsyw11ego dopasowania wielosc-

l.:wc.111:yjn1.·;.:() 11j. 1v progr:1111ic Clusl:il.'\) do poprawiania dopasowania sekwencji W)'· /.!l:IO.Olll')'.O w pm:1.:11kow<'j 1':1/.ie dzialania algoryt1111111ie n1oi.11a wykorl.ysl:tĆ informacji 1.

„;«L wt:ncji dodawanycli p<\i.nicj. /.apropo11owaue w algorytmie T·< 'olTee mi.wiązanie

1,:„,1, p1ol>lt-111u sprmv:td'f.:t sit,' du wykor/.ysta11ia wy11ików procedury ro1.hudowy hihliolc· Li. dup:1sl!w:11\ w ce I11 wy1.11:1<:1.t·11 i:t 1lCL'tl dllpasow:11i par sek wen ej i. k 1órc od1.wiereiedlaj:\ j 1J1„ 1rn:1L'jl,' z:iwart:i we ws1.ys1kicli SL'k\\'t:ncjach /.e;;tawu, a nic tylko w poszczcg61· 11 vl'!i par: w li :a·k WL'llcj i. [\Jol n 'd:11m:, 11iggi11s i I kri 11ga (2000 l podaj ii I iewe prl.yklad~, 11 l.il>".\'"11 :dgmy1111 '\'..( 'n!ltT dal li:p~1.c wy11iki. 11ii. :1ltc:rna1yw11c 1nclody wy1.11ac;-a111n d<>pasmv:11i wi1·losck \\'C1wyj11vl'11. l>osw1ado.t:111a a111orow lt:,I ks1qz.k 1 sq podobne·.

\l!irn·\ t1J1 il'~,! :,zc11·~ 1.1.)l11wy111 opisem sp()suh11 rn;,wi:\f.!111i:1 okrcślo1ll'go prohlcniu. Algorytm 1111 .;;n:i 1:ipi~1;1t; ,,. \\'il'lu _it:\dl.IL~ ono

1uil"1".i." / n1<1iliw1„·l1. ' 1\,li;111Hlajnc 1i11rtl\\'11<111ic

n··~· 11 1111

1\1iala11i;1 al1c>r11;1ty\Ynyd1 nwf\HI wy1.11ac1.:i11i:1 dopasowania widosekwcncy!"

t1!i1·i11n1i1· w~'Lor;\",\a11i1' h;rt._\' d:111> ch dnpa:-;ow:ni n·L·n.·11l·.vj11ych B/\liB/\SI·:, dost~·1rncj na stronie ,: 11li1::.i1';i1r1:;!J•t.fi ··11 !)1(1illH'!:; !)
Waż11:1 własnością :ilgoryt11Hiw jest spos<'>h. w jaki Zlllienia si\' czas potrzebny na rozwią·· znnic określonego probk111u wr:1z ze w1Tostc111 rm'.111iani tego proble111u N (gd1.ie N 111ożL' oznaczać dl ugość dopasowywa11ych sekwencji. liczb\' clcn1cn1t>w listy do upor/.\•dkowania C/.y dowoln:\ wil'!kość cłi:1raktcryzujqcq rnzwi:1zyw:111y prnble111l. Takie 1.miany CZ\'.Slo rnoi.na opis:ić funkcją pol\'.gmv:\. JV1t'1wi111y. i.c :ilgoryt111 jcsl klasy ()(N"), jeśli czas na roi.wiązanie zadani:i z111icnia si\' ze wzrostelll N jak N'". 1111 mniejsza wartość rc un1oi.liwiaj:1 wy1,1rnc/.cnie opty111:il11ego dla okrcślom:110 systc111u punktacji dopasowania pary sekwencji. W takich systen1:1ch dopasowania p:ir reszt a111inokwasowych. które sq identyczne l11h mają pndohnc wlaściwości, s:i pu11klowanc dodat11io. a dopasowania par rl's/.I :uninokwasmvych znaczniL' niżniqcych si1• od siebie s:\ puuktow:111L' ujt•111nic. '/. wprowad1.enicn1 do sekwencji jll'l.l'IW wi:1żq si\' kary 1mjC1.\'Ściej s:\ ouc okrc.~l:11w 1.a l"llnoq l'unkcji :JfininnL'_j. Koszt wprowad/.c11ia przerwy o dlugości I .i<'st wówc1.as n'iwny \\'(/I g"I'"" I g,., 1(/ 11. /.loi.onoś<' ohlic1.cniowa prnCL:su wyznau.ania dopasowania p:1ry sckWL'nc.ii I. alinic1.ny111i runkcja111i kara111i I.a pr1.erwy jest klasy O(N:'). 1\lgoryt111y twor/.enia dopasow:ui wykrn1ystują technik\' 1.wan:\ progran1owanic111 dyna111icwyn1. w kti'>rcj na podstawit• 1.dcli11imvane.i 1.aló.111lści n.:lrnrcncyjncj zloi.ony prohlern jest d1.iclony 11:1 s1.crq1. nlllicjs1.ych. 1-tozwiqzanil' calego prnhlc:11111 jest stopniowo wyznacza„ ·11 c z rm.wiw.:u\ podprohlen1tiw, na które zostal ro1.loi.ony wyjściowy prohłcrn. O dopasowaniu pary sekwencji 1rniwi si\'. i.c jest t'.ioh:d11c, jeśli ohcj111ujc cale sekwencje. Dopasow:111it: lokalne uhćjlllllje najwyi.L'.i ocenione dopasow:mic frag111cntasowa1i wiclosckwc11cyjnycl1. Wynik dopasmvania pary sekwencji 1.:iló.y od ui.ytcgo syste111u punktacji. Zmi:m:1 kryteriów oecny podobie1\stwa SLck1w11cji pu.L·klada si1: na 11zyskaniL· n\żnych dopasmva1i i nic 111a tu sztywnych. latwych do zastosmvania n:gul JHll.Walających stwicrd1.ić, kt(>re /..alternatywnych dopasow:11\ jest najhardziej sensowne z hiologic1.11cgo Jlllnktu widzenia. Wynik dopasowania widu sekwc11c.ii zaki.y równió. od para111ctn\w odpowiedniego algorytmu. /,tych powod1\w pr1y ocenie alternatywnych dopasmvmi należy kierować si\' zdrowym rnzsądkic111 i wiedzq biologiczną ( 'haraklL•rystycw:\ cech:\ d1.iala11ia niżnych algorytmliw wyznac/.ania dopasmva1\ wiclosekwL:ncyjnychjest 11n1ieszo.t·11ie w wy11ikowy111 dop:1sowani11 licznych pr1.crw. St:1d CZ\'sto ku11iec1,11e jcsl wykor1,ysta11il' cdyi
204

G. 1\1001 ytrny wyznaczania clopasowa1i si

1\enner. S.J\„ Cohen. M.J\„ and Cion11ct, Ci.li. l
(a) Wypdni:j po11i:i.s1.ą m;'.cicn. ocen c1.ąs1kowyck korzysłając 1. algoryłtnll 1..vyznaczan1a dl~~1asowama głohałncgo (p. (J..\. I) i przyjnrnyic naslępujqcy syst~J.11 punktac.11: I. dla dopasowania lakich salllych rcszl, () dln dop;1.<>owania ro1.nych reszt. Lt n1owq kan; za pri'.crw1: lista I na po1.irnn il' 0.5.

/\/>f'lil'd M111/t,•11wtil's, 4g: I OT\„82. Ciule, I'. and l\aekol'c11. R. 2000. ( '01111111t11ti1111u/ Moil'l'lll11r fiiology Wiley.

i\11 /11tm1lt11·ti1111. ( 'hichcstcr,

Curnwn, T.E„ l.c,isnson, C'.I~„ a11d Rivcsl, R.I„ l
MIT

(.

llurhin, R„ l~ddy, S.I~„ Krogh, 1\„ a11d Mitchisou, U. 1111!8. f!io/ogic11/ Se11111·11c" 1\11ulvsi.1· J\111del.1· of f'mtr:in.1· '""' Nnc/f'ic Acit!.1" Can1hridµc. I JK: Ca1nhrid)~c'. Uuivnsily l'rcss. l'cu1•„ Il.I' arni Doolillle, R.I·: 11)1\"/. l'rngrcssivc sequc11n· :ilignn1c11l 1recs. J1111m11i 11(M11!1„·11/ar h\>t1/111io11. ZS: .\SI r.o.

('

:i:;

:i prer1·quisilt' lo correct phylogcnctlć:

( j

I luli11cs, .I. and Il runo, W..I. 200 I. l \volutionary I IM Ms: 1\ llaycsia11 :ipprn:ich to n11dliplc :ilig11111cnt. liioin.· .fi•1'111r11i1·s. 17: im3 20. Laki', .I.i\. I 1J'J I. The order oi' scq11c11cc alig11nw11t ca11 bias tlic sl'lcction ol' the tn.'L' !llpolugy. Mo!ernlar lfio/ogy and J·,'vo/11tio1t. g: J7H H5.

A (j

(h) Na podsła\".ic wypełnionej 111acic·1'f.y

( I)

Stoyt'. .I. l')')g, Multiple scqucncc alignn1c11I wilh ilic divide ami rnnquer 111dhod. <;ew>, 211: (IC45·-·56, Tho111psu11, .I.n„ lliggins, J).(;„ and (libson. T..I. 11N•I. ('L.llSTJ\I, W: l111provi11g thl'. sensilivity ol'pro· grcssivc 11111ltiplc scqucncc alig11n1,·nl lhrough scquc11cl'. wciglltiug. Jl!>sitio11-sp1·cilic gap pcnaltiesand 1VL'ighl 111:itris choicc. N11d1•11r i\l'itl.1· N1•s1·orclt, 22: •Hi7.\ XO. 'l'hu111pson ..I.Il„ ( iil„,on. 'l'..I„ l'bv11iak. I'., .lc:111111ougin, I'.. a11d l liggins. Il.( I. I ')lJ'J. The CU/STAL X wi11dmvs i11ll'rl:1cc: I 'kxil>k strategie.» i'or 11111ltipk '"'!""""'' ali1>,n1111'11i aidcd liy quality a11alysis tools. f\111cl<'<1r 1\cids /\es1't1n)1, 25: tlg7(>--H:'.. or ;i\igllll\l'lll. 1\lu{1 1('fr/(lr

!Nolog,VWlfi

\'i1q.>,n111, IV!. and von ll:H·sclcr. 1\. llJ'J'/. 'lll\vanls i111cgr:ilio11 ul 11111ltipk alig 11111 c 111 a11d phylogenctic trcc n111stn1clilllL Journal 1f< '011111fltnrio111ll /,'ft1/11g\1, ·L ).\ .tl.

( :CC'/\'J'C: 1\CC:

Niech

NolrcdanH.:, C„ I liggins, Il.U„ and l Icringa, .I. 2000. 'l~C'ulTec: i\ nowi n1elhod i'm l'asl and accuralc multiple scq11c11cc aligumenl. .f1111m11/ of'Moh•l'llior lliologv. JOZ: ZO'i -17. ·

S111ith. T. F :iud \.Yalernian, tvl.S. I 1)E I. ltlenlilical iou ol' co111111on 111olccular s11l>s1:qt1l'11ccs . .!0111'1111/ '!f'Molc· rnl11r llio!ogy, 147: 11))."f.

L'/,;1slkowych wy1.11; 1o.

opłyiiwl 11 ,,

(c) Ponii.cj pt'i'.edsiawitllw łrzy dopasmv;111ia:

Nicholas, K.ll. and Nichol:is, Il.Il . .Ir. '!97. (ic11uloc: 1\ lool l'or editing :ind annolali11g n1ulliplc scqucncc align111c11ls. h t l..p: //www. f";". r:•du I il i 1>I11t.•"I / (j<"!I H •doi·.

A 11ovcl Colour l':irry-S111ith. D.J„ l'aync. A.W.I<.„ Michic. A.U„ and /\llwoml, T.I\. l')l)'J. ( 'INl\ivl1\ Interactive L'.ditor l'or Mnltiplc Align111cnls. ( ;,·11e, Z I I: ( IC 1 15 \ d_d I duw1 L Lud< I). l'rl'ss. W.IL, 'll:i1kolsky. S.J\„ Vctlcrling, W.T„ a11d Flan11cry, Il.I'. l
Ol'l'll

do pasowa n IL' pary sek w cnej i .

l'1ccdlrn1an, S.I\. and Wu11scli. C.I J. JLJ70. J\ gcn<'ral n wt hod applicahlc lu !hl'. scarch for similarities in th~ a111iuo acid scq11<.'ncc oi' two prnlcins . .it111/'llu/ 11(Mt1/1•t'11/11r !lio/ogv. ·!il: ·l•L1 5.\.

art if:wts

('

A

I leiu, .I„ Wiul', ('„ Kn11tlsrn, Il„ Molier, M.ll„ and Wihling.
r1 Ulll

;\

(.

( i111oh, O. l'JB'.1 . An in1provcd :ilgoritlun i'or 111:ilching hiological seqm·uccs . .l1111mul of'M11i1'1'1t/ar lliolo~v lhZ: 705 1\. '·'..

Tli orne' .I .I'• :ind Kishino. 11. I I)()'.'.. 1:f(_'L'ill,E pli_vlogc11ics /c'1·0/11ti1111. '!:I l•li{ li:'.

(j

,,

c:c:c: /\'J 'r .;

(2 J

A C

warłoś_L·

r '( :t: /\'1 'r ;

(:\ l

/\(~(:;/\·--(-:

l\C..'(.;. /\t.:

liniowcj kary 1.a pr1.crw1: ojcdt1t>;;tkowcj dlugo::ci lii:di.it· r<'>w

wartości g dop;1sowa11ie (I) h1,d1,ic wyi.cj or'<:llioiie nii. (.'J'I \~ykai„ i.c. dopasowanie, LI) nigdy nic l11:d1.ic dopasowa11icn1 uplym;d 11 y 111 . Czy 1sł111cp1 laktc warłosc1 parall!L'lniw g"I'"" i gl'\I w aliniL'/.!lt'.i ru11kcji k:1rv .r:11 1)(„, I gnili· I). dla ktl'>rych dopasowaniL· (_\) li1·dzic za przerwy. W(/) nag. Dla pluch

(d)

optymalne'!

Dzialanic progrnnHiw do wy1,1iac1.a11ia dopasmvaii

11ajlałwicj

·1.rn/llllliL0, ; 111 ;ili;. 11 dyspon11jcs1 :,ck\1'<·1wj:11 11 i. 11 ; 1 klotych cl1ccs1. pracowac. lo sprti!Juj 1.aslosowac'.: si 1: do kilku 11wa : (ll'/.1·dslmviii 1 nych po1111.L'.J. 'vV pr1.cciw11ym pr1.yp;wku pliki 1. Sl'kwe11cja111i 11mi.c:;1 pol1r;H' /t' strony www. Li.I ac kvJc.I I pu hl i ;: I i.i nq . crnn /I 1 i 1 1, p::

J:\~

wy111k1 H.:h pr1.ykladowcgo wykur1.yslania.

Jeśli

Hcxokinasc.lxt · .'>l'hwncje a111i11okw;1s1>wc hck„:oki11:11. <>111:1\\'i:itic \i· tv 111 ro1. d1.1ak ( pur. rys. (>„ I. (1„'i i (l.(i). ·

Cytit~'n1UJd ('l'!IOllllt

.'ickwc11cjc· a111i11ukw:1:;r>\\il' c·yltH·l111>11111 ft 111il<>l'lll>iidi·i; 111w 1.'t> _)(),!.'.al unk< iw kr1·gm\'t'(.>\I'. .t..;,·k \\'\'llcjl' c;;t t 11.1i:w111111- I.nit I. i 111 i ;1111 , i,'.'1

źnidlowy1:h om; rHlpoll'inl11i111i 11:r1w: 1111 i l;;l'in i11i'or111acj!' o pus1c1.1•gt.1l11_1Tli i•:111 111 k:ll'll -;.mi·:irlo w li\·

ski111i 11a1.wa111i orga11i1.11Hiw

~k11111. S1c1.cgółowc SCI

/.ad:ltl1a :\.3.

Cyi B Dl'-IA .I xl. (aJ 'v\l_yh1.L.'1·1.

I

Sl'k wc11cjc I )j\J;\ ud pow il'.d 11 ich ).'!.' 11(\w I.udu jqi:1·„11 "1· 1t" ·I 11, ,111 '"

I

I ·

I

·

< owu lll' (wie Sl' (l\Tllt'.JC l11·ksuki11:11

progr:t111t1 .»pniliuj wy1.11;1L· 1.yć ic·li dup:1.st >\\':111 ie.

· · · i ·1.a p<>1111wq 1l•i1i 1,i 11 ,""'

fr.
.'.Il·

~IJ(i

G. /\l!Jrn ytmy wywacza11ia clopasowaii s

Wy/.llill'l.rn;:; I et! 1.qn. korzystają( 1 l•'!'.Ll prngrnn1t1. wystarc1.y 11111icścić w odpowiednich polach f'onnuli{:j li.il ;vvhr<1IH: dwil'. sL·kwcncjc hcksoki11<11„ Spn\huj wy/.n:1e1.yc dopasowani 1\' :;\'l,\l'<:Jlcji. stosujqc r(l·i.11c 11l<1cicr1.c punkt<1cji i/lub rfri.nc warto:;ci kar za 111 ·1.t·rwy.· J<1k du·;.e s:1 nii.11icc w wyznac/.anych dopasowaniach? (hl :>pn'lhllj pornw11<1L' l1lk:i11w i gloh:dnc dopasowania tych s<1111ych sekwencji, :;t 11sujq;: 11·11 :;:i111 syc:te111 punktacji. Jak nii.ni:\ si~· u1.yskanc dopasowania'! l\lil'kli)rc 1. ~.,·kwcm:ji w :111alizowa11y111 1.estawic Si\ o wicie dłuższe od l'"i.ost;ilycli. Czy 1rnri.11a ustalil:, które l'rag111enty dlui.s/.ych sekwencji _S!\ 1H1dllhi w dok n"ts1.ych sek w1:11cj i'! ('o sian ie sit; „iesl 1pr1.eprowadz1sz globalne doi>:1smva11iL' jed1wj z kr{11szych sekwencji 1. jcd11;1 /. dlui.s/.ych sekwencji ( 111 '.ohkiny nH\1.~i\ :·;i~ pojawić. gdy kara 1.:1 pr1.crwy h1,:d/.ie w1.gli;~lnie mała)'/ ( c 1 ,')pri'lh1 1j wv1.11;1C1.yć dnpasllWil11ic wielosck wcncy.Jlll'_ dla wszystk1ch:el\\vc11. '·'.ii lic·k:;1111ki11;11. 1\' pr1.ykladowy1111.estawic'. Lorzystai:1c 1'.1)rngramu CluslalX. .k.

IVloi.csz 11s11n:1L' l'rng111e11ty dluższych sckwe'.1cji tak'.i~by poi.ostnll' czi:ści mogły hyL' dopasowane/. innymi sckwencprrn na calc.11ch .. d ii I !lll.~Ci. Hl) Wy.konaj dopasowanie wiclosekwL~11cyjnc dla sekwencji cytochromu _fi zgro· rn:.lil/.tmvch w plik11 CytBl'rol.lxt. W jakim stopni11 dopasowanie tych sl'i1lllth 1 111:, 19. ~· · · · · wc1yt;1111L' · t Illjl.lsow.111 . · · · „1.• 1p1„, · · ···111vcl1 (Ilia \ll'll)!l'<1111y 111111\1.11\\'i:l_Pl .1 , IV wielu lol· 111;11:1l'li. w tyrn r1iwniei. 1·orn1acic· 11/.ywa11y111 przez progrnlll ClustalX.

7

nych sekwencji

Streszc:zmnil~

W 1y1n nml1.i:de 1'l''l.l.'dslawia111y 1.aslosowanic nl<'lrnl wyznao.ania dopasuwaii par sekwencji do przcsznkiwania baz danych sL·kwcncji. Wynikiem pr1.cszukiwania s:1 sekwencje z baz da„

nych. kiórc wykazujq 1.naczqcc podubiL·1is1wu do sekwencji w 1.apylaniu. Rozdzial 1.awina opis hcurys1ycwych algory11m\w pr1.e.sz11kiwania baz danych sekwencji, które zostaly 11:i.y1e w programach l'/\ST/\, l\J,1\ST i PSl-BL/\ST. Omawiamy rozklad ocen dopasowa1i par sekwc•ncji, k11\ry cz1:slo przyjnwjc poslilĆ rozkladu warlo.~ci cks1rc1nalnych. l'od;\jeniy r(iwnicż sposób intcrprelacji warlo~:ci hlt;d11 sla1ysl)'l'1.nc1:0 /'.'. które sq podawane w wynikach pr!.l'S'l.11kiwai1ia bazy danych. Warlnśl' /·.' jesl n1iar:1 islol1H>Śt'i slalyslycwcj dopasowania sek wcncji w 1.apy1a„ niu do sl'kwencji z bazy d:mycl1.

7.1. Metmiy wyszukiwania 1mdobnyc:h se~cwenc:ji 7.1.1. Metoda Smilłia-Watenmma

,

Wydaje się calkiern 11aturalne, ahy tr:1ktować OCL~ll<; dopasowania pary sekwencji jako mian; pmlohic1istwa między tymi sekwL,ncjarni. C/.\~stu 1.d:tr/.a sit;, i.e intercsujL'. nas określona sekwencja i chcemy wicd1.iel:, czy istnieją inne, podobne do niej sekwencje. Na takie pytanie 111oi.11i1 odpowiedzieć, /.ll<\i:w dopasowanie pary sekwencji. W tym celu na-· lc;i.y wyznaczyL: dopasowania określone.i sckwcnc.ii (na1.ywijmy .h sckwcncjq w zapytaniu lub zadan:\ sekwencją. ang. CJlll'r\' s1·1111c11ce) kolejno'/. poszc/.cgólnymi sekwencjami wbazie danych. 1.a kai,dy111 r:m:rn /.apaini\~tllj<\e oce1w dopasowania. 'fok ie oceny nalei,y nasti;pnic upor1.ądkować w malejącej kolejności i /.Wrócić ui.ytkownikowi sze/,ególowe inl'orlllacje o sekwencjach /.aj1nujących c/.olowc miejsca 11a liście trafic11. W tym podrozdziale opis/.1·111y kilka wysl'.ukiw:1rck sekwencji, ki(>rc d1.ialają wcdlug powyższego sche111at11. Algory1111 S111ilha Watcnnana (lokalne dopasow:111iL~ pary sckwL"lcji /. pl'l.crwailli) ZOstal wykorzystany w programie Ml'srch, kt
208

7. Przeszul1iwa11io baz. danyGh

wania pary rcs;r.t ró:i.ncgo typu. Dokładny doh liśmy sek wcncjQ P'l'Pl __ Yl<:AS'l' (numer dostc;'.pu PL. 5 O I\ 11) hi alka fosfatazy tyrozynowej'. (PTI') 1. dro:i.d:i.y (Socdwro111ycts c<'r<'l'isiue). Jest to e111.ym kalali1.t1j<1cy reakcje;~ usuni~- · cia grupy rost'oranowcj kowalencyjnic zwią;r.ancj 1. 1yrw.y11i\. Nas;r.a sekwencja została wykorzystana do pr1.cszukania bazy danych Swiss-l'roL W pr1.cszukiwaniu u:i.ylo ma: cicr;r, P/\M]ll() ora/, alinic1.nq run keję kary za przerwy z .liopc11 o·:oc 12 Oni/, gl'Xl :::::: . 2.' Wyniki, poka;r.anL'. na rys. 7. l(a), si\ upor1.<1dbiwane /.godnie z 1nalejącą oceną dopasowania. Liczby w kolumnie oi'.nac;r,oncj Prc~cl. No. Io 11.w. wartości /:'(ang. E-1111/ues) m.naczaj<\ spodziewaną lic;r.hę sekwencji w ba;r.ie danych. których dopasowanie'!. zadat1i\ sekwencją ;r,ostalohy ocenione co najmniej równie dobrze, jak zawarta w tym sa1nym wierszu (kolumna :::core) obserwowana ocena dopasowania. Gdy 1.~· <{( 1, wynik dopasowania pary sekwencji jest istotny slatyslyci'.llie. Gdy 1~· jcsl rzędu I lub wir;k.~ze; wynik dopasowania odpowiada marginalnie niskiemu podohie1\stwu sekwencji, które. rno;i.e być równic dobrze wynikiem zar(iwno przypadku, jak i homologii. Więcej szczcg
2D!l

(l/\f.1

J ()()

Q\l<.~1:y

scorc: tJ

~)()

\.\\

J.\9 J :! :J

n

(,

I ·1 ~~ I l ifi 1 (1 :10:1

„

:·1 l

o

;~ ~ I '.)

90

I'/.!

91

I.Ili

Mat.c:lt L.cnql il Dl\ ~)

96

l(JI

il.I

'Jil

I

li>

~)

llu:;c1

P'!'P !

.. Yl·:~.c:T

'/ I I

PYP'.~

~;c

'!

li

~.I ~I

::1

l 1 Y! 1 .1

!.:Cill'U

()

I ·I •t;! ::.1 l•l ~ ~ ·i 11;

·)·)

"

) :~

.·1

:·: :~

·I

')'>

., I ., I l:!

J()1)

1011

l :I

)<\

;~

I I.O

'.)~i

ll

"

()

P'f'Jl'.;~

llUMMI PT11:-;, IU\'1' !"!'PC: lll!Mf\t.1 P'f'P(; Cli I Cl\ P'l'l'I•: l•IUIJ: l''l'N I

\

"J:;o

P'l'P~~

"· li

())H

P'l'P:I

·;

4 ·;u •l'/11

·1 )

li '/

:~

.1

""

!łv<:Cfll.ut [~V {: t·' j i

Pr·ot

'(l-:f\:)'f' Yl·:/\C:'I'

:at I VI,

','Ili.li \'!Jf

l-'t-11

\I()

.\•I I

Ylll

u

EC0~1

·;

I

I

I~

1, ( · c· f.11-

1•1
~·p1'

pi(,!

p1·c d "' I 'II '/Jlt' (1;; i

('[!\

(i

!\t'.

I

!)t(1\·1·i1t

;1;: <'111<'1·:

·i J <)

i•t 1·1l.

11

I 'fi- l 1 tul.t'.i Il I /!.-<);;i 11•' 1>11, 1:;p

'.il PO

P'l'Pl; MOU!;t·:

1 "\ 11 ~ ) l •I~~) 1 ·1 ~) '/

i 11L iun

Pt-cit·(! i

1-

li I

l'I „1 „ i11

I '/I

(1,';

I !\('

t''/ł

( J ~ ;

'

l!ypntl11·t i l:d I !fyp1-it !H·\ ir„·1]

"

'{f·:i\;;']'

!!I!'~

()

'll-:i\!;'['

l!)')J( d )p•l

H /\

!<',!

pl1'1!;p '~ ~ ! J

p lt1

[\('

!ll 1 1··odt) I fJJ!J•'{H)I; I

!!d p1

\

Ili

t·yt f!!;\111' ! iii~ ):;p L '/!ie· I" (oł " i l l I ~. 1-f);; i Il•' ! ilH >.'i] 1

1·1·11t

" ' li

"

( ~ i !l 1d1< q;11

I

lJ('ł

I' I'

;;:;i ll!J

·I

'/

I

')'/(•

"

·!

'"

) O"! I \

l

j„

I

(,

I•·

"\1)

(,()1>

lt<

(101'.

\O

t,l,(,

:'.()

l)!J\'

'.'.'I

,1·;,.

J'!

"

'1]•·

I

·)')•'

{)'I

!t,(•

{\.j

~

"I

\)

-

(

>

., I<'

"

Ll ).!

!11 "d

11•1

/ .':JlJ+·

i:;

l'l

r;dp!;

!'I

!'hJ -

"

"I

!!)()

J{lłl

~JO

P'l'P) .. Y!::l\~;T ~;'l'i\tl!'Jf\RU; Pr·ot~ein ty1(1:;i11c· 11hn:;plt<1t;t:; 1: :•

DH

l;

MaLc:he~.;

S1;un~

'/ti;

l'/.i; C:(J[\:]('.J

Mdl.„11 l/.Jl.

i

1'11.'I';

'!'.>!• !\i\ l. I . \ . \li)

(1·:11

1 J'),; oi.-yf·1dl r·li t;'); f.li:;111/lL,;h1~:;

/.(1.

\Jl:

•

h

~

k

~ '

"

h

~

\'!,

Hll;

!

tld(•

h

)'~'; ;\r y 1·::\ t~'/Lldl.it~qivlrtli:;(ji-tllkm':~·i1 k 1 _l 1 ~j !t'i/lt,\

1''.llSNI:. LDVVJNM'J'l)UL I. V! I. \J1,1!·:1,h' i\(lP. ! :::t,IVOHI ,T! ili:ali:dt.i·

\

·,•

\ \

\'.'I

\)');

11;

Metody wysz11J
·1. l'rrnsz11l
! j( \ .

.'

i( 'I

.'.'J'\

no

",;

~: " I .~

1,c11ql:l1

H.i

J I I ~

I

,,

·I H

(J

'\ \')

') ')

I ,I ·i ~ ) I ·IJ.'.'.

H

\

":-; 1,1)·;

\ l

1,'ll

od pozycji 77 do 32•1, co odpowiada wiicks1,ej Cl',\~ści sekwencji, ale jak widać nic całej. Sekwencja P'l'P2 jcsl o wicie dłu:i.s1,a (750 aminokwas(iw), a w dopasowaniu wyslQpuje 'ej fragnll'nl od pozycji clh.'i do TU. Możemy zatem stwierdzić, J,e algorytm wykrył, iż sekwencji PTI'! wykazuje istotne podohie1istwo do dlu1T()ści odcinka sekwencji l'T1'2. 0

"/

] ,'.I)

l 11'/ l ! .J

jl)'1

\!J!l

.Jil

'I/

l l n

'J J

111

'! \

!l1/M/\!·J

I.

tirnt·•; i.n t.yi:(}!3 i 1u~ pho:;p P1:ot:etn-1·.ynini.r11: pllo~·;p Pt'l..lt_f_: t Il l yr:n:; l !lt'. phu:;p

P'L'l'll Clll'CV P'l'PG Mou;;1.:

Lyp1.~

Jl1:c•:pL(1 1·

"

,,,

ycou i.111: piHJ~;p t:•;1:uu i.Ill'. 1>11n!;p

P1.l'>\J: i n Pnll:L; i.u

YE/\~~'J'

ptt

111:01:1~~

i.n Lyron i PtuLi: i.n 1·y1·n~; i

,, I \

j)'j'jl1)

[{t'.1;,;pt·ni

1i'l'!lM Ml)!J!.:!·:

!~ł'(:('jJ1 ( l!'

lJ(:

1\'.1~

I.n

pho:1p

111~ plln:;p !:yp1: Jll'()\.1: i !I \"/j)I' f)f'()t 1: i!\

jl)(j

I

'1.l!l I'/ I I '/ I J'/ I

)

l

. \(}C

"l

·1:-lc:

,,

\

ljl)

I

l .V:ii! Hi

!'i

Vli
p

i ni·

flh1 );;p

I . Il I t1 ·Oil

pt-r_it'.1:

'J. fFle

:;p1~r·

i j i.ci i-_y :1pt.:f:il:i.(_:i.!. 1/

f11·1it_1•

". n:h! ·on

prq\·t:

q

\Jl\< :c«'

,I

'r'Kl\,•;T

i'l

j)\łd

11

!)\-,,i\il

,,

i:;

p1·ut·1: i

I

I\

'/!

!);;

I

l)!'()l'_t•J I\

'

i

!\!'

jd! 1 iHfl

Pt.• il>: I P1·01:1· i

li

t.y LU!} i

Jl
pll1.i:;p

:~

'll)jlJ!

Yi':lil':: ·{El?l·:U

Il

t· ·11:0;.i

nc

1ill(l'..ijJ

"

!}!''!'!)

YI·:l\;3'!'

! lt :u;.~ 'l< :'! L ; •l·rl

M:-;t; 1 1

y

'.'!

·{1_1)!1!

'_1)

.! ~ l ' J

1-·1c1

~;p1:•:l!:i.1~iLy

111_„

I Jl J;; l) i'f'j

i

lllt
l \l11,1l

)lj~;

l·:J\~

l'!'

'/!'<)!;

_i

,11-.('.

dt:.-11111

li

!Jqc ·OB 11

31: ·05

I - fi~~ c

I

-on

Ol

"I 'Il!' O?. . '1 'le,O?. 'l Le+OO

t)'}

111

\"!'!'.!

Il!':

!ii-tit•: i.Il

!11 1,

P'J.'Jl l. V'J'pc;

tj~~

I " I .\i,;'.

.,

'~v.ii;ksza czi,~ść

!IJ

l)!jt)

'1J '1.'. ') ~

l·L1t,

L)

.,

"

')()

!}!·::;\Jj,'j'

.'. J I

')

\

]

·l•J::

.·1

•; \\)

!)Jl,

'! I I

. ,'.11

Ili•

v>:t.\:!l
\~}Il\'

j.' 1 : ! i I l ] 1

j

1.idJ>

'.lO

2'1"1

l ,·

l 'y't(1:j l ll1!

l 1l i

!lłl()!lf>h,\L,.l:l<:

l ,-1 I;

:;1;u1·1·

·h· ·.';

ii1i\J

;;TJ\!lD/\lHJ;

Y!·;/\,ri'l'

f'!,1\".(:Ji

;\

(i.-'..

Cu11;;(:rv.J\: i.V(:

PP.T; (1:;1: 1 .; ·;,;

1\;

·1::;n !\I\. l. I. l .'lll) l)l"f'['ldl.r:\J

Mi

;1m<1tr:!v~:i

·I . l 'i,; i:i;

llt„_:(l.

Luck:l :;

f'l1_1.

O;

t . .\ 1.)c: (i,-lpD

!fi; O;

:iP!,f,\JllC!;/\(;ClilZTUVl•'\J'l'!..DFf.!i f.:ifi \

iqii ivh(·;;,1•_r1111·tql:1·j,1\dlilm

:,~i:j<)

„ . , fvl I"Tell prze· 7 I. (hl \Vyhr;nll' rra!!llll'lłl}' pliku \\1}''11iLowl'go ulworzonL',l!() ra pOlllOlA p1og~.U~lll ·~ '.„pu.y PJ\M100 ~"wis,·-Prnt w zapvtaniu Jl'l'P l Yl•:J\;;'1 1 • 111ac1t·r1.~1 pu11Ltaq1 · / . .•~d ' wcncjq ,) . .• . .

· . · I •:11y .· t Ia11yt ·li ·,1_u I:1\\';111111 11r:1; ,i;n ,1. 11 1

·IO.

,!:c:.I

I

w wvnik:ll"il

wyświellanycll pr!.L'/, IVll'srcl1sq1.awartc niwnil.:i, inforniacjc o ll'. 1·!\~?: lok;;lnycli dopasowa11i:1cil llli\'.d;,y sekwenc.P\ w 1.apy1<1111u a mlp~w 1 .c~;: 1 , 111 i :;d. ll'l:m :jalll i \\' hai.ie d;inycli. N :1 rys1111k 11 7. I (a) pr1,nlst;1w IOIH 1 dopasowa~11c n:!Ay~:;: ' I ' 'l"l'l'I Yh·, ·ic-' ll'/."l<·d11i<' dakko spokn.'w11io11yn1I' SL'\WL'llCJ'll'(l'/(l jl(l(lt1lllll" l\l/'I !Villi
„ 1, 1„,. 11 i; 111 v«h

w

porównywnlnąj

Na rysunku 7. I (b) pok:m1110 wyniki przeszukiwania bazy danych z wykor1,ystanicm ll1acicrzy 1'1\IVl.'i() om;, zalecanych dla niej wartości l'unkcji kary za przerwy, g " """' 40 011 11 oraz gc, 1 =: 7, W pr1.e:;1.ukiwaniu wykorzystano tie sanH\ sckwencjic w zapytaniu i to samo wydanie ba1.y da11ych Swiss-Prol. Otrzymane w tym pr;,ypadku wyniki ni:i.nią sii; od o1nawinnych wcześniej w kilku istolnych aspektach. Wi,~kszość z islotnyeh slntysiycznie trnlil~Ii z poprzedniego przL'S1.ukiwania jest zawartych r«iwnid» w obecnie 0111awianych wy11ik;1cli. jed11ak są une podane w i1111l'.j kolejności. I>r1.ykladowo dwa biał­ ka z Schi::u.1'11n·h1m1111y1'1's 110111/w znajdujące si\' popr;,ednio na 2 i 3 mićjscu, tern1. sq na n1iejscach S i 31. 'l)'1n rnze111 marny 114 traficri, dla których H < 0,0.'i, c;,yli jest ich wi1,~ccj 11i:i, popr1.ednio. Dwie.: spokrewnione sekwencje z Succ/111m111yn's l'<'l<'l'isiae: P'l'P2,"Yr;:/\.C:'J' i 1"1'1'3.. Y 1•:/\S'I' moi,na i lt;raz uznać za istotne slalyslycznie trafienia, ale oprócz nich lisia 1. wynikami 1.awicra dwie inne sckw,;ncjc 1. Sucd1uro111yces 1·1'/'cvisiu!': CCJ!I YF:l\.C:'l' i M:3G5_YE:J\S'J'. f>oniewa:i. ohu tym sekwencjom odpowiadajq wartości F wyrnźnie m11iejsze od I, moi.na uznać, i.c białka lL: s;1 uajprnwdop1 idobniL:j spokrcwniune 1. L''J'l'J YL•:/\,c;•1•. choci:1:i. nie ;,nalazły się w wynikach poprzedniego przeszukiwania. lstFWOUJ H"/). Nowe wy11iki 1.awicraj:1 r()wniei: kilka innych tralic1\. których nic zidentyfikowano poprzcd!lio. Tr1.y sekwencje zajmuj;1cc miejsca od l) I do ch islolnych sta1yslyc1,nie trafieniach dotyczd. Yl•:A.C:'I' wyzna„ czonc; z:1 prn1H>c«1 111acicr1.y 1'1\IVI50 poka1.ano nary;:. 7.l(h). Dop;tsowanie ohej11111jc

I. Przoszul\iwa11io !Jaz danycli sol
212

kollserwatywllq do111e11ę 24 res1.t 1 llle zawiera żadllyl'11 1ir1.erw. Ta sama dolllena jcsf< 1.awarta w dopasowalliu wyznac1.rn1y111 z wykorzysta111e111 111ac1el'!.y PAfvIJOo~:: (rys. 7.l(a)). Warto 1.auwai.yć, :i.e 0111<1wianl' wyniki uzyskallo w grudniu 200.1 roku dla wydani:i';, ba1.y dallych Swiss-Prol 1.awieraj;1cego 138
7:1 .2.

!im1rysłycz1rn

metody wyznaczania do1rnsowai1 ioirnlnych -

rn~rrn.

i BLAST

( 'hociai. proccdmy wy1.1iac1.allia dopasmva1ł par sek wcncji 111clocl;1 progr;11llowa11ia dy1w111icznego 111ogq hyl' bardzo cl'cktywlll.'. lo jednak 1.aslosowa11ic ich do pr1.eszukiwao 11ia hai. dallych sckwcllcji, kt(>rycl1 wielkość gwallowllic rośllic . .iL'.Sl niepraktyczne. Ini wi,·n·j sckwellcji w hai.ie danych, lylll wi\·n·j c1.as11 polr1.cha. ahy odpowiedni program wy1.1iaczyl ich dopasowania 1. 1.adallq sekw<'.lll:ją D1.i\·ki 1.aslosowa11iu nmnaitych ałgo­ rylnH'iw hcurystyu.nych u1.yskano zw1c1.;1n: 1.wi1:ks1.L'11ic :;1.yhkości pl'l.L'S1.ukiwania bazy danych sl'kwcncji, co jcd1iak odhylo si\' koszlt·111 ulrnly gwarancji u1yskania dokładnego wy11iku takiego pr1.cszukiwania. Og()lna slrall'gia 111elod hcurystyu.nyl'i1 sprowadza się do szyhk icg() 1.nal,'.1.icn ia w bazie d:mych najwi1;kszcj lllo:i.1 i WL'.j I il'IJ >y sek WL'11cj i, które w jakiś sposób s<\ podobne do 1.adanej sekwencji. Jeśli polr1.cha wywac1.yć dokładne dopasowania, to zaws1.e mo:i.na ui.yć s1.yhkiej metody ustalenia kr<'1lkiej listy najhardziej podobnych sekwencji, a następnie tylko dla nich ui.yć dokładnego algorylrnu wyznaczania ich dopasowrn] z zadan<\ sekwcncjq. C'z.1,:sto i ntcresuj:\ nas sekwencje. k ttirych podohiL:1]sl wo do sek wellcj i w 1.:1pylaniu jest d11i.c. 'vV takim pr1.ypadku nil'. ma potr!.!:hy 111arnowania c1.asu i wy1.nae1.ania dokladnych dopasowa1] dla sekwencji. kt1\rc hard1.o r(>:i.ni:\ si1· od sekwencji w zapytani11. Dodatkowo podohic1islwo 111iędzy par;\ sekwencji wyst1·1rnjc na w1.gll,:dnic krótkich odcinkach i wtedy wyznac1.nnic dopasow;1nia p(}f.ost:iłych. hanl1.icj 1n'1i:nicowa11ych cz1;ści sd~wcncji .icst bc1.ccluwc. Progra111 l'J\STJ\ I Pearson i I ,ip111a11. l'J8B, por. stra11a hLtp: I /www. c;])j. ac. uk/ filsl:cd I J:a:;t<1cloc. hLrnJ) roi.poczyna dzialanie od wys1.uk:111ia w h:v.ie danych l'rngme11k>w sekwc11cji o 111i11i1nal11cj dlugośei ktup ldla sekwencji białek i DNJ\ dolllyśłnc wartości kt1111 są r(>wnc. odpowicdnio, 2 i 6 rcszl) doklad11ie pasujqeych do odpowiednich f'rag111cnttiw sekwencji w 1.apytaniu. Następnie w 111aciL'.r/.y ocen o.:1stkowych dopasow;111ia sq ide111ylikmvalll' li.w. dągi (Hagonalnc (ang. t!i11go110/ m11s). kttirt' '/.awicraj;1 11ajwi1·ks1.<\ lici.hę 1·r:ig111l'Jll1iw klll/J polo:i.onych w1.glt,~dnic blisko siebie. W dals'/,ych etapach algmyl1nu jest wykor1.ystan;1 inf'onnacja u 10 takich najkpi<'j m·<,nirn1ych ci:1g:1ch diagrnwl11ycl1. Odpowiad;ij;1 olll'. wysoko oce11io11y111 lokalnyrn dop<1sowa11io111 llt.'/. pr;,crw. 1\lgorvl111 11st;ila n:1stqrnit.'. które'/. ci<\gÓW diago11alnycl1 111og<1hyć1.c soh:1 pol:1czonc w jcd11y111dop:1sowa11it1.1 1 d1.it· ht,:dzic dop11szc1.ał11c wyst1,·powa11ie. pr1.t·1w. (lu: na wy1.11au.011ycli w taki spo:;lih pr1.yhli:i.011ycll dopa:;owa1ł jl'sl pnlc111 wykor1.ystywa11:1do111H1r1.:1dkowa11i;1 sckwt•111ji 1. h;11.y danych według

Motmly wyszul
ich malcj;1cego podohic11stwa do zadanej SL'kwc11cji. I )Ja sckwcucji 1.aj 111 uj:icych czolowc miejsca na liściejcst uruclw111ia11a procedura wyznaC1,a11ia dopasowania metod;\ prngr;i„ mowania dyna1111c1.11cgo. \V len sposób najbardziL:j c1,asochłonne ohlic/.cnia :q wykonywane jedynie dla sekwencji w ha1.ie danych. klt'irycli podohic1\c:lwo do :;ekwciicji w i.:ipytaniu (wy1.1iac1,01K'. na podstawie uproszc1.011L:go syslL'lllll punkt;icji 11<1 poci,qlkowyl'li etapach dziala111a progra111u) u1.1iano 1.a stosunkowo dui.L'. Dodatkowq os1.1:1. 1:dnoŚL' ci.asu obłiczc11 daje ograniczenie procedury wyznau.ania dopasmva11i;1 pary sekwencji jedynie do koniórck lllacinzy oL·cn o.ąslkowych 1.najd11j;icych si1· w p:1:;111ic. I; ldohncgo przebiegu osl:ilLT/.llL:go dopasowani;i lok:iłncgo dla olm:śloncj pary sckwL·ncji. Za pomou1 algoryllllt1 BI ,;\ST (ang. /losi« f.ontl 1\/ig111111·111 Sn11d1 '/(}(;/) picnvs1.t·j generacji (/\ltsdrnl i in„ J l)11c /.11a czcnic, jak kt1111 w prngrn111ie f.'/\ST/\. /.wyklc dlnguś,' 111 jest n'iw11:1 .\ dl:1 scLwcntji aminokwasowych ora1. I:~ dla sckw«11cji nukkolydowyt'li. BI ,;\ST 111·1.t'.S1.11knjl' h:ll.\' cl; 1. nych sekwenc.ii w ccli1 1.ide11tylikowa11ia si< iw o dlugosci 1fl. ktlirych o«c11;1 dllpa:;ow: 11 1i:1 ze slowami 1. sckWL'llLji w 1.apyta11iu pr1.ckrao.;1 uslalu11:1 wmloi;t: pl'11 krnirnch slowa. Nio.alei.llil' od kin1111ku roi.budowy. wydl11:i.a11ic dllpasowania j<'sl pr1t'l')'W;111c w chwili. kiedy wil'lk()ŚL' OCL'llY ohnii,y si1: w1.gi\'dc111wo.cś11icj1>si;1g11i,·1cg() 1ll:1ksi11111111 o wi1,ccj nii. pewna i.miana wartość. Spośnid wy1.11ac1.011ych w laki spt!Mih dopasow:11i lokalnych jest 1.wrac:1111.· lo 11ajwy:i.cj ocenione. l'r1,ea11ali1.t1j111y tern;. wylliki pr1.ykladu. wego przcs1.11kani:1 nicrcdu11dant11L'j h;ll.y danych sekwencji hialck /.a p<1ilH>C:\ progrn11111 BLAST udoslępnianL',!2_0 na :;lron:1ch NCB I ( 11 t I p: I /www. 11C Ii i . 11 I 111. 11.i I1. qu11 / BLi\;'j'J'/) z wykor1.yslanic111 111acicr1.y pn11ktacji l';\IVUO. l'r1.L·szukiw:111ic dutyczvl
Na czele listy wys1.uka11yd1sckw1.·11cji111:!1:11.lu si1· hi:ilku p111·1lod1.:1n· / < '1111/11/111i'/1·r d()pasuwanic wyglqd;1 w 11ast1:puj;1,·y spus:

cTcscc11111s. ( ldpowicdnic

Scu1:·c·

j (l.

Tdent..i I i c:::

Qtwry: !3hj "I :

Iii I:: I I

i

I 'J

(I,•!),

i':;•.J1i«'I ·! I'<•:: i I i ,., ·::

( '. '/'.',) ,

I

'„

I'!

('I w;, l

::1•: ) 1 ,

l '/

l•:::'\'i\l\,':lli i'l·:l"l'l'IO:J·:i'I< I

•I l

I•: I 'l'/\I: 11 I I 'i':l I I•: I' 1 I I". 1::'1"1'1\I'. IO:l I I .l'l·:lli1I·: I /11' 1.'l'I".

(,I

. W wicr:;;,u 1ni1;dl'.)' dop:1::mv:111y111i c.1'k11·c11<.'.j:1111i /.11:1jdujq :.i1; ::y11ili11I» i1it-111v„„ 11.1«11 am111okwas<'>w luli 1.11ak I. ;>.tlv 11:1 rnlpowi:1daj:1cycli :;ol1i„ l''':1v".l""h 11· „\,11 .•:t·I wyslt;p11j;\ ni:i.11e an1i1mkw:1::v, Lltirych tlop;1:;m1-:111it.· d111l:1i11it1 p1111L1"''':lll\'. ·\J,.,,,, 1111 wykryl wystq1ow:111iL' wysnko p1111klt>Wa11v)'" ::low;i (1.:1pt'\\lll<' l1yl:1 11• ""!:1\1'111y1 1·1·:il! a 11 ast1~p11ie un1clio111il pruc<'d111\: rnl'.huduwy dopasow:111i;1. I ll11p.0!:1 "::1:11'·"· 11i" 11:1 l'l.OJK')'.tl lukaliw:10 tl11p:1.':m1·;111ia he/. lll'/t'I'\\' h1·i:i rn11·11a I 11 l<'!.'/I.

7. Przmm.1\
,fyle\ody wyszukiwania podobnych S()kwoncji 215

W dr1q•.i,·j i•.vnerncji prngrnlllll BLAS'I' u\ltschul i in .. jl}t)7) zmieniono wv vlap algur_y111111 IV taLi spost'lh, ahy uruchamianie prnccdury rozhmlowy 11i:1 11:1sl«:pmvah> IV chwili, l.icdy dwa wysoko punktowanc slowa wysll\p1ą . 11io blisko sic·hit: w tym s:un_yrn ciqg11 diagon;1lnyrn. VI' powy;i.sf._ylll dopasowarnu 'l'/IH i 1·1·:1"1 rnajduj:\ si~: w l_ym samym ci:1gu diagon:dnym, ponic:w:l'i. im· n.1a 11i111i w:aawio1wj prznwy. Wprowad1.ona rnodyłikacja algurylmu poi.wala urnknąć :;,H.·hhl111wj l'lli.l)lldmvy dop:1:;nw:11i w wiciu sytuacjach, w klórych 1w1.ypadlrnwo :;,·kwcnl'jt: 1.awicraj:1 ~low11 wysti;pujqn.: n'iwnie;i. w /.ada11ej sekwencji. Nowa wersja a!. ,''.lll')'lmu po::1.cr1.a .prnccdu1\' rnzll!ldmvy dopasowa1i o 1no;i.łiwoś.ć wstawiania !w~crw,:. i'mc·1·d11r:1 i'Sl JIVl<12 (we wc'!.cśniej omawianym przykladziL: wykor1.yslano macierz J';\[VUO\ dla 1.:1dancj svbwncji < '/IL"l'/\.L\\\l\LRK na c1.elc listy wyszukanych sekwencji i.11;ilazl .•;i1: pr1·k11r:'m hialL:1 01oc1.ki wirnsa l'/u11ti11 s111/i. Wy'l.1wczone dopasowanie Io: l:alil!· '!.:iwina przvrwi:: I•

!<·11 I i

<)11>:1 ;:\ >

I

:rn;

i

1•1 ('10'1,), r.:.ip::

'l'BLASTN przeswkujc bazi; da11ych SL~kwc11cji aminokwasowych uzyskanych w wy .. 11ikt1 lranslacji sekwencji nuklcolydowych; przeszukiwanie prowadzone jcsl dla zadrn1ej sekwencji a111i11okwasowcj. wszystkie wyrnicnionc programy działają na podstawie lego samego algorytmu.

7.1.3.

W pierwsi.ej generacji algury1111u BL!\S'I' hyly wyszukiwane dopasowania rnit;dzy sckwenc;jq w 1.apylaniu a sekwencjami w ha'!.ic da11ych. W drugiej generacji (Altschul i in„ 1997) pojawila si<; nowa 1m:1oda prwszukiwania hazy danych sekwencji. Pozycyjnic zrM.11icow:rny, i1cracyj11_y BL!\ST (ang. l'o.1·i1in11-.'>'1wdfic ltcmted-f)/,!\S'l', PSI-BI ,;\ST) wykoo.ytujc w przeszukiwaniu bazy danych informacje zaw;11·tt: w grupie spokrL:wnio11ych ewolucyjnie sekwencji. l'oc1.ąlkowy ciap 111clody PSI-TH ,;\ST obejmuje wyszukanil' w h:11.ie danych sckwcm:ji, klt'lrych dopasowanie z 1.adan<\ sckwc:ncjąjcsl istolne stn1yslycz11ie (np. fi 0,01 ). ZadaniL: ln jest reali1.owa11e 1.a po1110cą klasyc1.nego algorytmu BI ,;\ST. Na prnls1awic wy1.nac1.onyd1 dopasowa1\ par sekwencji konstruowane jl'st 11as11:pnic dopasowanie wiclosckwcncyj11e, w którym pod zadaną sekwencją są umicszc1.anc kolt~jnc wyszukane sekwencje 1. bazy danych. Gdy dodanie wys'!.t1k~1ncj sekwencji 1. ha1.y danych do dopasowania wiclosckwcncyjncgo t>z11acza konicezno.ść wprnwadzćnia pr1.Lcrwy do sekwencji w ·1.apylaniu, to odpowiL:d11i fragment sekwencji z ha1.y danych jcsl po111ij:rny. D1.i,~ki tcn111 liczba kolunm w wyznaczany1n dopasowaniu wielusckwcnc:yjnym nigdy nic przckrncza dlugu.~ci sekwencji w zapylaniu. Opisana metoda jest S'/.yhkin1, ale i dosyć pr1.yhlii.011ym sposohc111 wyznac1.ania dopasowania wiclosck wt:ncyj nL~go.

11/)'J (10%)

I C/11"1'/\JJ\llZ I l'.i:J1\\Jll'l'lll•::;·1·1\I~.·:1u1'1·:1\J'l'l.;tłl'Rl.';1·:ci-:1·:W Yl (.'/\[>il•) I \{I\ 1 Il J•: 'I' I I l•:FL'H I \Ili j,: I : '> : <'./\ P<,l'l'.'tli'll<: :1: l'fl.';Jll"l{\•:I l'l' LVJlFLl•:!
l'rngr:imy sl11i.:\t'L' do pr'!.es·1.t1kiw:1nia baz danych sckwL"ncji niemal 1.aws1:~ umożli­ wiaj:\ rnln:ilo.icniL· sckwc11cji, kttirc ii\:dą w jakiś sposób podobne d!l sekwcnq1 w zap~1:111it1. l\1·d1.i1· 1:1k 11:1we1 wlcdy, ).'.dy sekwencja w 1.apytaniu nic ma żadncgl: znaez~n~a hi()l()gi1·1.111·;'(). j;1k w przypadku scbvc11L"ji C/\1°'1'/\ I l\Jl\IEK. Dlatego warto k'.erowacs19 1drowvlll rnzs:1dkie1n podc"1.as anali1.y wyniktiw olr1.ymanych 1.a ptHlH>cą takich pro.granHiw ..i:1\.. na il!·i.yklad BI J\ST. Ocen,: wiarygodności Uf.yskanycli wyników przcszu\owa11 ia ha1.y d:111ycli sekwencji 1dal w i;1 wartość /•,'. W th'ivt'id1 powyi.cj nrnaw 1any ~;;z\,~.;~~1.; d:wh wart< i:;ci /-.' s:\ niwn,:. odpowiednio, ~'.,„[ ornz O,. 1 1, co sugL:rnJc. /.L: ti 11a l opa. ' ' 11i1· S<\ is1t11n,· slaly;;tyc1,11i1· (cale s·1.L"/.t,'Ścic!). „ 1\l;.t1>ry1 111 \\I jt::;I dosyc' pows1.ćchnit' wykm/.yslyw;111y i doc'/.ekal się ki Ikt.I ro~11yvli i111plc-1m:nl:wji ll\V1.,•.:l<,:dni;1jqcvl'l1 p()lrzc:hy pr1.cs1.ukiwania d:111ych sckwency.J!iych 11ii111'!tJ'/.l'S/.ll\..Ujt· ha:;.": da11yc I1 SC\I \\IL'llCJl·· amino · I\\\lilSllW)'L' I1 l li· l'iil ,.:\.S'h'!:" a /.
eh 1

:1\ST

1111l.ln11ydowt'j, . .. . . . . . . ska· m,;\,'·;·n~. doko1111j1· lrnn:;lacji 1111Lk()lydo1Vc'J sekwL:nL'JI W /.apyl
PSH~lJ\ST

Informacja zawar1<1 w dopasowaniu wielosckwcncyjnym wyz11ac1.011ym po pierwszym pr1.cszukiwani11 h;v.y danych sekwencji jest wykorzyslywana w drugiej iteracji przeszukiwania. O ile w pierwszym przcs'/.t1kiwaniu oceniano dopasowanie 11:1ry res~.! z sekwencji z bazy danych i sck\w11cji w 1.apyta11iu. o tyle w drugim pr1.cszukiwaniu ocenie podlega dop;1sowanic rL:szty '/.sekwencji'/. bazy danych z kolu1111i<1 wyznaczonego dopasowania wielosckwrncjm:go. Warlość takiej oceny zale;i.y od częstości wys1,:powanta rożnych typów rcs1,1 w kolumnie dopasowania wielosekwencyjncgo. Pr1.ykladowo, , , ro.zwai.ajqc alicrnalywnc dopm,mvania rl~s1.ly V 1. dwiema kolumnami dopasowania ;v1.clo~ckwencyjncgo: kolurnnq, w kllir1~j licznie wyslępują reszty V lub reszty o wlasmvosciach hydrof'ohowych oraz kolum11q, w której w wi\~ks'!.ości wyslept1j<1 kwasowe reszty aminokwasowe, oct'lla dopasowania reszty V w pierwszym przypadku b\:tlzie znacznie Wi\'ksza od oceny dopasowania w drugim przypadku. Taki system punktacji okrc~la si1; mia1wrn po·1.ycyjniL' '/.rci:i.11icmvam:j macic17.y wartościuj:\cćj (ang. /Jo.1·i1i1;11 .ipe:·1/11' scori11g 111111ri.1, l'SSM). Wybr:111L' 1.agadnicnia dotyczqcL: l'SSM doklad11icj n111owu11y w podrnzd1.. 9„1.

l'

Wyktwzyst;111ic w przes1.t1kiwaniu ha1.y danych sekwencji po1.ycyjnie 1.n\i.nicowancj lllacicu.y punklacji 111o;i.c u1rni;i.liwić u1.yska11i,· islotnych sia1ys1ycz1.1ie lralie1i. klc\rycl1 llle hylo w wy11ikacli pierwszej iteracji pr1.cs'/.ukiwania. Jeśli tak się staniL\ nowo Wyszukane ;;chvcncjL· s:1 dodawa11e do dopasowania wielosckwcncyjnego, PSSM jest 1 Pzclic;.a11a i pr1rs1.ukiwanie h;11.y danych mo:i.c hyć' kon1ym1owa11e w kolejnej iteracji.

216

7. Prznszukiwanio !Jaz danych sok

f\llolodywyszul
Kolejne ilcracjc pr1.es1.ukiwa11ia są wykonywane do chwili, kiedy u1.yskanc wyniki ni~:}. h\'d<\ 1.awicrać i.adnych nowych sekwencji. i',astosowanic ll1cilHly l'Sl-BLAST utnożH!'~; wia Cl.asami wykrycie odlegle spokrewnionych sekwencji, które nic hyly wys1.ukiwanc'fi; w klasyc1.11cj mctod1.ic BL!\ST. D1.icje siQ tak dlatego, i.e dopasowanie wielosekwcncyj~~~~ nc zawiera pewną dodatkową inrorniacj\~, której nie 111a w i.adncj 1. sekwencji z osobna;ł; Wari o jednak zachować ostroi.ność przy dodawaniu do dopasowania wie!osek wcncyjnc~';:\.· go wyszukanych w bazie danych sekwencji. Może się how iem zdar1.yć, i.e po dodaniu d~; .· dopasowania wiclosckwencyjnego 1.hyt wiciu sckwL:ncji, kolejne wysmkane sekwencje nic będą mialy wicie wspt11ncgo z oryginalną sckwcncj:\ z zapytania, a kolejne iteracje przeszukiwania będą prowad1.i{: do nrnlo sensownych 1. hiologiu.ncgo punktu wid1.cnia wynik6w. l'rowad1.<\C pr1.es1.ukiwaniL: ha1.y danych 1.a po111oc1 metody PSl-BLAST, · 111oi.na w kolejnych iteracjach wybierać, któn: 1. nowych lralil~l1 1nają być nw1.ględnionc pr1.y przelic1.ani11 l'SSIVI. 1'01.wala Io unikn:1ć dodawania do dop;1sowania wielosckwc 11: cyjncgo hlędnic wys1.ukanych sekwencji lub 1akid1, co do kllirych hrnkujc pewności, :i.l' Si\ r1.L>e1.ywisty111i ho111ologa111i l1ialka w 1.apyla11iu.

seqU(!ilCL!ri

p1:ncluc:i.t1q

~_;l_q11if1c<111t

:;(:01·1·

,· 1 ticpimc·nt·.:;:

{l1i I

i/,i !111·

o.o

'/(Jl1

1·111 I I I I I I

111rJ( i~irt t·' ~ i I I

I)! ()

!Jl!,\

gilllll:l7•1l:;pll'lU: J"ilJ1J:;1• 1

I

Ly1(1~;i111· l i l 1 i:;

;;!J(•<'

11h1.1~;plt<1l·;1

i rtr· J i! l•

i I ii_· i! y

,: ;

!'I

\'ł

1 i!!

I•: \<'

I \ .I:: .\ I

\',

::!'

l·l I I

\„ '/1·

\.'.

H·.

I I I I I I

1:: 1::

I<'

I I \\)

ur,

i,,,

I!.

·!'!

[1·

{li,

11!i

li

I

\!,

li

I

\t,

"

I I \

I

1/f\C•:ll

gi I Ull:l'l:I I "I' 1t•:!lH ""I !Jl/.';[' \//\('.('.(' 9 i I <1 111 :> 1 ·; I :; 11 11 •J 1
I JU
:q )(~(.i I i (: j 1-. '/ ! I! :;p('(: [ / i (·j t \'

l!JS. 7.2... Wyniki przl's1.uki1Vauia li:11.v danvcl1 Swissl'rol

sckwcnc_p P'!'P I

fi J i, l ! , 1 ! ; , .

I"

,!!'.

! ,I '. ~ I \'!

(

lt

1

1a

\'i

Jl!< i!.!'• [ !!

7.1.4. Porównanie metod 1meszul{iwania Podobnie jak w pr1.ypadku l\ill'srch, wy11ikic111 d;.ialania ;dgoryl111(1w !';\ST;\ i BLAST jest lista sekwencji wys1.uka11ych w ba1.iL' danych dla zadanej sekwencji. Na rysunku 7.2 podano wynik i ·1.wn\co1w przez prngrn111 1. pakil'.111 Il I .AST dla sd; wencji l''I' P__ YE:AS'I'l. Wys1.ukiwa11ic pri'.cprowadwno na stronach NC'BI BI ,;\ST. wykor'/.ystuj;1c macierz punklacji BLOSUM(12 do przl:smkiwania ba1.y danych Swiss-l'rol (wydanie'/, grudnia 200.l). Wyniki pr1.e:m1kiwania zawieraj:\ n istotnych sl;1lystyu.nie (!·: O,O:'i) tralic11. Pierwsze IO tralic1\ z listy, poka1.a11ych na rys. 7.2. obcj1uujc sekwencje. z droi.d:t.y roz. s1.c1.cpkowych, kilku gatunlJiw ssak('1w ora:t. n111s1.ki owocowej. Lisia wygląda podobnie do ll'j 1.wniconcj pr1.e1. 1\11 Psrch (rys. 7. I), jnln:1k w idać kilka n\i.nic. I'il -rws1.c dwa 111icjsca na liście. podobnie jak popr1.cdnio, 1.aj111ują sekwencje droi.dimvc· i''l'P2.__YEAS'l' oraz l"l'P3___Y Kl\r:;'I'. Lista 1.awicrn jcs1.C1.c jl'.dn<\ sekwcncj~· 1. Si1cdwro111yccs c:ercvisiconych pr1.c1. !Il .;\ST. ponicwa:i,odpowiadajcj warlość /c' wkks1.a od uslalonej wartości progowej. kt<'>r:1 w ty111 przypadku hyla równa 10. llL;\ST wykrywa pmlohiL·1islwo 111it,:dzy 1y111i sckwc11cjrnni i odpowiednie i11forn1acjc 1.nala1.lyhy si,, w wynikach. gdyby zwiększy(' warlm;ć prognw:\ lub gdyby ohj:\Ć pr1.cs1.ukiwa11ic111 wyb1e1.11ie sekwencje droi.di.mw. \Vnici111y do tego 1.agadnicnia w podro1.d1.. 7 ..1. w ktl'irv111 u111;1wi:1111y dokl:1d11icj pruhlc111 i:;tol11\1:·i<'i sl:ilystycz11ej do·. pasmv:11i sr:kwcncji. \V 1vn1 111i<:j:;cu 1:1uw;1).111v jcs1.l'/.l' i<· 1.:1 po111uc;1 111.1\ST można ni\\'nici wykryl": podohil:.1i:;l\\'t1; sckwc·11cj:1111i -1,;irusow:-•111i. klurc pojawily si1· w wyni· k:wli MP:;rch dla maciLT/.\' 1'1\fVViO. ' ( 'liuL·i:1ż kolcj11u.~ć 1ralic1i 11· wy11il::1ch 111T\ico11ych 11r1.,·1prnwa1111. pakiclll BLJ\,S'l' tfojc pcw11<1 i11for111:1cj1· 11 stopni11 pukn:wil:11stw:1 rni,:dzy st·kwc11cja111i 1. liazy danych :1 :,l·k11·t'1llj:1w1:1pyl:111i11. Io jcd1wk 11ic 11all'i.y 1.:1kl:1dat'. i.c lii:ilkl' 1.:1.i1nuj<1c<' picrwszq po1.yci\' 11:1 liści,· tralic1i jest 11ajhlii.~:1.c ('\\'<>liicyj11i1.· l1iall:11 \\' 1.;1pyt:111i11. '/.11anc s:\ przy,

1-:

:;)

l""ll
Vl·:A::·1 . l 1uk111.a11u IO 11;1jwyirj
!I

ll\1)

!

',t,

"

I I

I

" "

\,'"!'!' ill.·i /.:1d:1nci pro.t~ra11n1 Hl. .'l

„, ...

padki. dla li1dzkicj sekwencji „ 1„ 1111 l'I) ,/\'-"('!' ..... 11 r0 ,„.' . w ki,o 1rn11sfcru 1.-·"L'll(1\\' .,'· li·il·tt·i·· · ll\J l·i· ''· .· · I' I · · ,,. , . „ , . . · ' ' .. 11 ' \ ,!.O\Vl ow. >an 1.1q S)Slc111,1tyc1.11c h.ida111a wyk:11.aly 1ed11ak ' że wii·l t,,) 1111 111.1.•\.ll :1t li·dl\\' · llll' · /ll'lj·: ' . . . - . . , ";. . 1~ du.ie po.lw1erd1.cn1a w wynikach 111olckul:1rnej an:ilii.y filogc;iclyczii;_'.j (.Si11h1„'1111 l'l ) ,, " 1 trzcw;1n11 filogcnctyc;.ny111i (!\oski i (ioldini•„ :'.001) wykaz;ilo. :i.c tr:iliciiia '/. cwlowvd 1 P~>zyc.1 1 dotyCJ.<\ b1,'ilck, ki<\re CZ\'.Slo nic sq n:1jhlii.cj spok1rwnirnw z hi;dkan 1i w i.:ip~;l;i­ ni1u. k\V 1'. 1zd1.1alc 12 0111:1wia111y doklad11iL'j 1.:1gad11ic11ic hory1011t:1lt1<.".~0 tr:rnsl'cru "l';;<»w u m·teni. · ' ,... c.

i;i.,

W c.elu p1m\w11;111i<1 cl'ck. tyw1H1ŚL'i rlii.11ych 11wtod 1ir1.c.•;1.11kiw:111i· 1 h·i; ll'lll"<'IJ se kwen· 1 1 · · · · ' · · ' ' · , CJI, rn si111y 111eco gl(,''11«.J 1.asl:111owić :;i1· nad ty111. l'/.C!(o \\'la::viwit· ocit'l;;1·c. 1 my po wy111k·1ch 11r:tcs1ul" „ · '/ 11 111a111y pCWIH' wvolw1il'lli<' · · · · ,11\„1111:1. .wy'\'. o i"lll · . · · namyT . · ' · „ . J ' · . 111.1111v irz k ~I, ll'.o'~.1'.1co/s.l1~1L'n111 „prmvd'!.IW<.'go .1.w1:11.k11 111i~·d1.y Sl'kWl'11cj:11ni. Moi.crny 11;1 I. Y.. ldt.I ocz~L1w,K, 1.l sek wencie hęd:11111LT wspt'1iill'!!O przodk;i luh :it• l:\l''.I.\' ·e wsiiiil11,1 p1zcszlosc L'W 11u · . li · . · ·1 Ali"'.. . . . '. l)'.Jlld w pr1.ypa, \li co nap11n1tj jednej/. /.mv:irlvch \\! 11i1·li drn11c11 Clll.!IY\VlllL' 1110/'.l'llly li/'. l'l' „ I . . ,'„ , · . .· ·'. .I "L, '/,l' Sl'\\\ll'llc'Jl' ·''il/.(' S
„ . ·. . .

„

.·

„ . '"

7. l'rwsz11i
%1/l

wyszukiwania po1lo1Jnycll sokwo11cji

do lt'\\'lll'j rnd1.i11y hi:dek. I )yspo1111j:1c tak:\ WiL·dzq. 11uii.e111y 1)(1niwnać 1.dolność

wy.~1.ukania

hrai'ivcli :1l;!\ll')'l1miw do w bazie danych sekwencji wszystkich czlu11ków 1·1id'/i11y. . . . W~1llini.rny jcdn:11. sL·hvcncji IJialek 1. rodziny i wykor1.ysta.1111y ·"'. 1~ zap:1 u:nn1 rnwaii~'lll do hm'.y danych. 1\lgoryt111 1.wraca 11por1.:1dkowa11q lish,'. ti:ał1en, ktore.1 un."""'"·11 jLisl 01 11 ic1rn1:1 IH'1.c1. ustalrn1:1 wartość progow:1 occ11y dopasowania rnii;d~.y w 1.apylani 11 a sekwcncj:\ 1. h:11.y danych. W 1deal.ny111 przypadku wszystkie . , . ·i l l·;inv pozyc.ie na liscic powyzc.1 ustalo11e.1 /. Il . . hiall'k ll0Wi1111v . 1.ajmmva(' . . .wa1losc1 . )'.()\VL'j. ;; nicspokn·wnioill' sekwencje 1: ha1.y danych powi'.rny l?ć ponii.e.1. tc1. i'lic::tL·tv. i • ~ wv111L1cill • , ,·j,· nil'splll:n·w 11iLinyl'11 hiakk. Ltt)rych <1ccn:1 dopasowaw:mia 1. sckwe11cj<\ w 1.ap~taniu j<':;t wi1,:k:; 1.; 1 od w:t:do1wj wartości prngowc1: wy111k11.·111 lals1.yw1e UJt'lllllYlll okrcslmny 111 .>· · 1· I·Licl„· '.' I' i(>l'/\' wykryci 1)rzc1 :ilL'.•l. \ ·>l ·' 1 · " " · . ' " -' · · g•)\\'<'.i: wy 11 iki1.·111 pr:1wd1.iwic 11je11111y111 s:1 sckwcucjc niespokrewnionych hi'.lick, k:ó: l\'<'h LH'l'Ji; 1 dopa'>owa11i:1 /. sekwencją w 1.apyt:111i11 .1csl m111e.1s1.a ud 11st:don~:J warlosc1 · .·.1. ·'l1 'z, 11 10 .::r dcli11iuje11ly p1·. ogo\vc » •·nł1•orvtnrn ., . . . ~ . jako odselL:k poprawnie 1.1dentyłtkowanych , st'kwcncji c1lo11kL.)\\' mi.li.iny: . . . liC1.ha wv11ik(\w prawd1.1w1c dodatnich 0 111 · ' i;;ć Iicih:i wvn ikL'iw prawdziwie -doda i n ich I I ic;ha wyników ł':ds~.y~~;ic~-~;:j~;;~ych.

:,ra

4

~·ys.

'

1.:1\\".I• 1no111.i podac al!'.Olytlll cha1aLtcry111j:1cy SI\' IOO'X· czulosci:\ wyslar~zy <>hiiiiv1 w:11tllSL' p10."0W'\ ,;l'l'll)' dopasowa11i:1 sekwencji. ahy lic1ha wynikc\w JałllJL'lllll)'L.'h h_vla rmvna O. W praktyce takil' d1.ial:u1ie pr1ynos1 elekty od1:.rotne dll 1.; 1111 iL1r1.011ych. gd)''i. oh11ii.c11ic wartości prngmwj oceny dopasowania sckwenc.11 pro: w:idii dn 1.wi«:kszc,11ia liu.hy wyników liilszywie dmlatnich. l'ntr1.cha 1.atcm dodat~.mvq1 111i:11·v crcLtv\\'nll~l'i :dgmyl111u. Selektywność algorytmu jest mlsctkielll sek:"enc.11 J'ZC· C/.V\;'istych ·t·ilL 1nkLiw rod1.iny w grnpic sekwencji, k1
:.mii:;tn:.,:

lic1h:i wvniLnw

liuha wvnik
prawd1iwi~: dodatnieh

.k:;li :il!'."rvt111 di. ial:1 1'opraw11iL', to pr1.y11aj11rnicj kilka lrałic1i na c1.olowycl: pozy~ . I cpu:ll li!:lv .IH:tl;.i,· odpowi:1dalo u.cczywi:.;tym L"l'.1011,0111 rnt I. ZlllY. 1· Ha Ie I': li s t·d·1ncod· ' ..''.' · '"· il' 1wi,·,1!1i" d11i.:1 w:1rtośc' progowq Lll.'l'll'f dopasowa11ia sd; we11c.11. hL;d1~ic '.no~.'.h'. o~i.~„11.1,. lllO''; ;;wni:-:tnst:. t'u.l'!Lri.y to .il'.dnak 11a lli<'wil'llq l1c1.h\' tr:tłwn (t.J. 111sk.1.cz1. ' . · rnJ!L1W<'..i (lt·c11v dopasowa11i;1 sckw,:m'ji. dl;1 ld\ircj 1.arnwno czulosc„,

1. sclektywnośL: algorvt1mi s:i niw11c I 00%. W r1.cuywistości konieczne jest wybranie ta·· ' wartości progowej oceny < lopasowania sekwencji, kilka stanowi pewien kompromis w:ll'tościa111i c1.ll!ości i selektywności. W praktyce wartość progową ustala si\~ taki spos
i~ych

I

i

f

219

mogłyby 1.ostać

wyn~ki

swoistość

czlllość

istotnoś~1i siaty~ wc1.cśniL'.js1.ym

ponieważ

Sk:1dinqd wiado!llo. i.e do wykryw:111ia podohic1istw 111ięd1.y sekwencjami w niż­ nych odleglościad1 L'.Wolucyj11ych 11ak:;i.y stosować ni;i.m· macierze punktacji. l'rzystęp11jąc do pr1.csz11kiwania h;1zy danych, nic wicllly jednak, jaka jest ndleglość ewolucyjna lllivd1.y sekwc11cjq a ;;l'k wc1H.·jrn11i od11ak1.irn1yllli w h;1zic d:mycli. Nick1Lir1.y hadac1.e 1

Nie z111il'11ia lu l':d.iu. i\' 1ua<'inz !li.< lSl

lf'rzyp. 1/11111. ).

llVll1:.~

ciqglc d:1jc IL·ps1.e wyniki w warunkacl) teslowyd1

Ili"""'"'""

I

7. Prznszukiwa11in liaz danvcli ·snl<0e

220

·

sugerowali wii,:e, aby w przeszukiwaniu bazy danych stosować Zl'.Staw n'1i.nych nuicicr7.~X·· punktacji .. d/.i9ki c/.emu /.wii,:kszy sii,: prawdopo~lohietistwo /,id,entylikowa1_1ia sekwcn~u·F spokrewn1onyeh białek w pelnym zakresie 11H1/.l1wych odlcglosct C\Noluey.111yeh. Wykl)'.\\\l r1.yslanic więcej niż jednego rod1.aj11 rnacier1'.y punktacji oznao.a jednak zwiększenie'·\\ liczby wyników fałszywie dodatnich. W teslach opisanych pr1.o, I lenikoffa i Hcniko[f':. ( 1993) wykorzystanie wii,:cej nii, jednej 1nacicrzy nic poprawi Io wynilJ1w przcszukiwa. nia prowad1.oncgo 1.a pomoc:\ jednej tylko rnacier1.y BLOSlJM62, poninvai. wzrostowi c;,ulo~ci 1owarzys1.ylo 1.nu1iejszenie selektywności. Pr1.cszukiwania 1.a p01nocą algorytmt)w BL/\ST I '/\ST/\ i Slllith:i Waterlllana llloż, 1ia prowadzić 1. wykou.ystanic1n dowolnej macierzy podstawic1i. D1.it,~ki temu ll1o:i,na pon'iwnać skuteczność d1.ialania r6:i.nych algoryt111ów. stosuj:\c t<,~ sam:\ macicr1. podsta. wic11. Pearson ( 199:1) wykazal. :i.c kiedy 1.astosujcmy wlaściwic dobrany system punktacji, metoda Smitha--Watcrniana daje lepsze wy11iki od pmnslalych dwlich metod hcury. s1yc1.nych. Tym niemniej Bl ,;\ST jest najprawdopodobniej najG\'.Ścicj wyknrzystywan:i n1elnd<\ wyswkiwania sekwencji. co wynika'/, du:i.cj si'.yhkości d1.ialania zastosowanego algorytmu orni, jego licl.llych i ogl\lnic dost\~pnych 'vV lnlt·rnccic i111plemcnlacji. Wai1o 1.auwa:i.yć r
'$latystyl
Wyjaśnienie sposohtiw inr "<'I 11".. 11 '·li .„ , I . . olilie1:111i;1 ro1.kl:1d11 occ11 doi1a•;u1vaii , , , lti'·':uiiv po prnstu .1cd1111 sckwc11qt; pod drug;\ i nic ws1<1wi: 1111 y i.:idiiyclt pr!.t'IW. lip. · '/\ C'

A ('

7.2:1. Dlaczego Jeśli

zawracać

sobie

·>..

głowę statys'!)l!cą?

untchomimy program do wy1.11aczania dopasowania dla dowolnie wybranej pary sekwencji. Io zmvs1.c dosta11ic1ny w wyniku jakieś najlcps1.c 111o:i.liwc dopasowanie. Po· dobnie jeśli wykonamy przeszukiwanie hazy dla dmvoli1L'.j sdwl'11cji w zapylaniu, to Iaws1.L' jakaś sl'kwc11cja 1. h:v.y danych znajd1.ic :;it,' n:i piL·rws1.cj pm.ycji listy trafic11 (jak chrn.'·by w przypadku sekwencji C'7\l"l'/1 Jl\lf\I !\!''. u1nmvia11cj powyi.cj). Di'.icjc siv tak dlatego, i.c rno:i,na wykryć du:i.c podohic1istwo mi1;d1.y mlci11ka111i 1.art'1wno cwolu· cyjnic spokrewnionych. jak i 11iespukrc?wnio11yl'11 ·1.c soli:\ sekWt'.ncji. Slqd 1.a1cm moi.e111y wit'.tl!.ic(' c1.y wyniki dopa:mwania pary ~;ck Wl'ncji li1b 111·1.cs1.11kiwa11i<1 bazy danych s1:kw1.~1H.'ji rnaj:\ biologio.ny sens, :1 11ic są ktinsckwcncj:1 pr1.ypmlkowcgo podohic11stwa 111i\·d1.y ewolucyjnie I«.' suh:1 11icpnwi:\1.a11ymi sekwc11cja1ni? ( idyliy problem doly~z~I pary hl isku spokrcw11iunych sckwL:ncji, wkdy cccltowalhy je wysoki slopiL'.ll podob1cn· ~;tw:1 i w1.v.l,·d11ie lalwo 11m:i.na hy hylo 111.nat'.' ich dopasmv:111ic za sl'11sow11c hiologiC'l,lliC.

C C: 'I' 'I' /\ ( ; c; c; fJ1 r_p i.fi ']1 A (; C I\

·,\-

~'ros'.ą 111iar11 podohi,t·1\st11·;1 111i1;d1.y p:11«1~ck1n·11t'ji _jest lic;l 1;1 pu!_\\'ji dop;i:,o\l'
z,

"·- 10 0111·1n·n1" 11r1c1 n · · · · N· ., ,· '.· · _' · .'.. „ ' · i\.nc, Jlr; 1·..nT Cl\:slo:;i:1 wys1<;pmva11i;11.asatl 11· sckw 1:m·j:icl1. 01 . .i k.l!.dLJ P ·YLJI dopasowania p:1ry losowych :;c·k wc1H.·ji lll"<1wdo11tHl1il1ic1i··ti1·" ·· ,· 11· , ICSZIV I0 ;\ ' · ·' . . . " · 1 1 11 1' .Jl'SI 1ow11c 11·.·1' , 11rnwdt11111doh11i1·1i•;tw1• 1-tli\ Il\' i ' ·!11 I Z· ·. ' . ,·,. ' tili 1·,. 1·t··„·ti• •' 1 · 111 1' ' .'.alem prnwd'.1pod()hic1istwo. )1· wvlwana pt1/)'<.j:1 ilopas"11·:i 11 i; 1.1 : 1wi 1• 1 : 1 iilcnlii·/n:i' 11 ; 11 \: icszl. 111e/,;1k1.111c od 1l'11 typu. jcsl niwne: · ·' I/

•r<

I

/. ) l

Prawdop()dohict ist wo, i.c rcs1.1 v Il\'dq rni.11c jest n iw11,, I u J ,„.:1 1· ' . -. J • 1 . u , · . . · ·1 1ul1.1 t ! J1 /11 wy.'il\'flllfl.ll'dllakowo t'/<,'S\(). wtedy 11 l'rnll'do11odobi1·1i•:tw11 it•i>·i· i ,„ ·,. . 1 ,,e 'IVl'I ·., ' . .1 . ' . ' ·' 1 1 '' 1111 'ICJI /./_\Tji, 11;1 !..11iry.·11 l\!V,'d•.'!'ll_j:1 id1·11l_l'l'/lli' lZ·1 I

,. ·k«I

„

"

clopasowa1i (w toorii)

/'. l'rzoszukiwanio baz

ll'yr;i·i·.a si<,' ru1.klatkm dw11111ianowy1n (podstawowe'. wiadomości dotyczące 1: kl:1du dwu111ia1Hl\Vc').'.O '/.awiern podrnzd'!„ M.t>):

n:'.;1.tv.

/'(Iii)

<'

1

1 ~ 11

111 (

I

li )

N

111

'

( lc1.t;kiw:111a lici.ha 1.godnych po1.ycji w dopasowaniu pary losowych sekwencji w:1rto.
a

111„1„,

Ili

()'

l\oi.klad wartości :: jest ruzklade1n 11or111alnylll wi\T 1noi.e111y stwierd1.ić, że z 95% prnwdopot lohie1isl \.Wiil wartośt' .: ht;tl!.ic 1. pr1.cd1.ialu t1d I, t)(i do I ,9
223

, ~ckwcncji z najhardziej do niej podoh11<\ sekwcncj<\ '/.bazy danych. Chcemy ustalić, czy ; wka ocena .1csl 1,stol na sial yst ycz111e. W lym cel u potrzebujemy rozkładu ocen F (111111aJ, •.·)ald uzyskal1bys111y, .1:r1.es~,ukll.F\C hai.<,'. danych dla losowej sekwencji w 1,apytaniu. Po.,;,pr1.cdnio wp.naczy~1smy .111i. rm.!dad /'(111) ocen dopasowa1\ par losowych sekwencji. !· W tyn1 pr1.ypadku }~dnak 111 """' .1esl wartościq 111. ktt'm1 jest najwi\'.ks1.a spośr<'>d dużej ;;;·Hczhy ocen. Warlosc 111111:1x ,1csl 1.alcm 1.nacząco wit;ksza od wartości 111 uzyskanej dla pa"· ry dwc5ch losowo wyhrnnych sckwcucji. Z tego powodu rozkłady F(nlmax) i f'(lll) będą rói'.ne. Moi.na wykaza(, i.c /!(111ma., J przyjmuje posta( ro'!.kladu wartości ckslrcmalucj (ang. c.r/1'1'1111' 1·1J/11e t!islrih111io11, EVD) i rnoi.11:1 go wyra'!.it' w naslępujqcy spos1'ib: ,

Jest IO ci:\gla f1111kcj:1 /. pojcdy11C'/.)'ll\ lllaksillllllll

prl,L'Slllliętylll względem Średniej

wartości r()f,klad11 wjcd11q 1:c stron. EVD wysl~ópujc wtedy, gdy spośród dui.ej lici.by al~ tcrnatywnych wartosL'I wyh1cra111y zawiera ramka 7. I.

wartość

111aksyn1alrn\. Dodatkowe informacje ·

0

l\Vf)

RAIVHU\ 7.1. i10ZICŁl\D Wl\IHOŚCI EICSTREIVIAU\lEJ Z:1h'li.1ny. i.t~ 111a111y pcw11;1 wiclkośc .\,dla ki<1rcj jcsl znany rnzklad prawdopodohi,'lis1wa / 1 (.\) i i.c z lego rm.kladll wyhicran1ydlli.q lio.h1· S llit:1.alcznycl1 od siebie war!ości .\. ( '.hccllly poznać· praw-· dupodo1Hel1!·ll\.VO, /• (X111ax ), h' maksymalna wartost'< spośnld wybranych wartości.\ jest n)w11a .\'inax· Prawdopodoh1L'llstwo, i,L' dowolna wartos1: jest 1nniejsza od .rniax jest n'>wne (;(,\""")

/''"'"'

17.8)

f'(.\}d.\,

' . "'.,l

\Vy1.11ac1.011a wartośL' '/,1wjduj'' si\· 11ie1.11acz11ie po'!.a pr1.L:d'!.ialern t11'11ości, co oznaczq, ;"' lici.ha p()/.ycji i.godnych jest więks1,;1 nii, wynikałoby to z c;,ystcgo pr;,ypadku. Mo: i.c111y ohlic.1.yc' dokladnq wartośL'. prnwdopmlohic1\stwa wyslqpicnia w dopasowaniu pary 11iespukn·w11io11ych c:wol11cyjnie sekwencji takiej lici.by pm.ycji zgodnych. która będzie wi,·ks1.<1 11111 niwna 1. 1.0. ( )hliczc11i:1 sprowadzaj<\ si\: do wy1.11ac'/.enia pola powierzchni pod ogolll'lll rozkladu nonwlłncgo -· jest to warlośc' /' z rtl\\111. cri) w dodatku matema: 1ycz11y111. Ilia ok;e.r\V()\V:111cj wartości:: r(1w11cj 2.:\(Jl) 111.yskt1jemy /! = 1,05%. lstotność st:1tys1yc1.11a przykladowqui dopasowania jest 1.alcrn zaskakująco d11i.a, chociai, odsetek idl'11ly,:z11o(;ci 111i(;.d1.y sl'kWl'llcja111i w dopasowa11iu jest dosyc' mały ( 120/400 oznacza .1.:dl'dw it'. ·")'Ir· idl·ntyc'/,110'.;( sek w cnej i).

i\hy wyznaczy1' /<'(.\"""), zwrÓĆlll)' uwag<;, i.e S I warlości musi b)rć m11ie1'szych od.\ . . I . I . , . . m.ix' a Jl'l Ila, z nic 1 un1s1 hyc rnw11a .r 11 rnx· Istnieje,)' mo:i.liwośd wyboru tej wartości. kt()ra jest równa .\'max· Siqd (idy rn1.kl:id /'(.rl jcsl zgodny

1.

<7.<>J rnoi.cllly ;apisaL:

1

Cl.'))

•

rm.kladc1u wykl:1dniczyn1, 1z11. /'(.r I

to n)w1i.

At'A.i,

w postaci jaw1ll'j I;(.\)

L'

1"

co prowadzi do /,aki.11o:;ci

FLr 11 wx)

S».c

A\m,1.\(I

t'

A.\111.1\)S

l'r;.y 0 slaluirn pr1.cks1.1alccuiu zaloi.yliśrnv. i.c S rtiwn. U.~I w dodailrn 1J1alcrna1yc1.nynL .ZatlaJw: slalq powyi.s;,c n)w11anic moicmy

/.;1pisać

/<'(.\1n;1.\)

l\m.wai.111.v tera;. ali:.oryt111 pr1.esz11kiwa11ia ha1.y da11ych sek wc11cji w wyidealizowanym :;wii.:c:it:, \\' ktt'ąv111 wszystkie· sckwc11cjc 111ajq tak:\ sam:\ dl11gośc' a ich dopasowania nic 1awieraj<1 111'/.t'rW. Niech ha1,a danych 1.awicrn S ~;ckwcncji. /\lgorytm pu.cszukiwania wyw;w/:1 liC1.h1; pm.ycji 1.god11ycli llli\'.d'/.y sckwe11cj:1 w zapyta11iu a kolejno ka:i,dą scL Wl'11cjq w h:izie da11ycli. N:1 koniec jest 1.wraca11a ocena dopasmvania ;11 111 ax zadanej

S /'(.rmax )(;(.r 111 ax )S

l'C\max)

l'llnkcja laki<'j poslaci jcsl

li

l i wykorrys1aliś1J1y pr1.yhlii.enic opisane poslaci li In Sj).„ t:tl; aby s ,,A11

jako Ac

określana

/d.\rni1\

lf)cxp(- l'

111ia11<·111 rozkladu

)_(.\ma\

(7.10)

111).

wartości

l'kstn•malnej (anu„

e.rn·i'llll'

że 1.awicra ona sk!atlnik h\'dqcy 1.loi.cnic111 dw<'1ch funkcji wyldadnic1.ych. Na ksi.lali ro1:td;idu wplywajq Wartosc1 dwóch s1alyl'l1: A i 11. l'uukcja u1ajcdno u1aksin1u111 pr1.y .\'max= 11. Przchi.:g funkcji wok;il lll«Lstnnl!n .1csl 111csy111t.·1ryczny, lal; 'i.l' 1cn1po przyrnsll! warlości pr1.cd 1naksinl!t111 jcsl n111 icjszc ri'.'11« dis1rilill1io11, l'.\11 li l11h rozklaikm (;umlH•la. Nic1ypow;1 ccch:\ takiej funkcji jcsl. Io,

224

dopasoww'1 (w teorii) 0,20

od 1cn1pa zmniejszania si1· war10.
111 I·

ln(S:•/S1 J .··

A

0,15

. llllllil,'\

Chociaż powyższa zaki.110ŚĆ' 1.ostal:i wyprowadzona przy 1.aloi.c11i11, że warto,;ci /'(.>:) lWorz:\ ruz.klad wykladniu.y. oka1.ujc si\'.. i.1· riiw11. n. IO) stanowi rów11i1·i. dobre pr1.yhlii.cnic rozkladu prawdoprnlohi1,1istwa wartości .1· 11 wx dla wiciu innych typów rm.kladu prawdopodnhic1istwa zn1icn1ic·j .1. W:1rtości A i 11h<;dq1.alci.cć ml l'(.r), ale posta<' funkcyjna 1'0'1.kladu l'.VD pili.ostanie nicz111ic11iona. W wiciu przypadkad1 nic n1oi.rn1 wy1.1wC1.yl' analitycznie wartości /. i 11. Nalei.y wt\wczas pr1.eprmvadzit' dopasowanie l'nnkcji danej n\wn. (7. IU) do 1·1Hpirycznic wyznac1.oneµo roz.kladu danych. lak jak to opisano 1\' treści r01.d1ial11. W praktyce C1.\'Stu jcslcś111y z.ainlcresmvani os1.acowa11ie111 prawdopudopodoliit·1is1wa, i.c określona 1.111ic111w losowa

.1·"'"' ,icsl ·1.godny 1.

pr1.yj111ujc warloŚl: wii,_~ksl'.<\ luh nlwnq warloSci obserwowanej. Jeśli rozklad n"wll. (7. IOJ, Io prawdupodobic1islwo, i.t• z.111ic1111:1 losowa pr1.yj111ic wartość więk­

szt\ od \Varlości nhscrwowa11L'j . .r0 h,;· jest równe

0,05

o.oo

50

'/()

iW '111 1011 1111 1:•0 lic1:bn 1.gud11ych po;,yc_ii w dupa.',nw:111iu

r(1w1i;n1ie wyprowad1.n1HJ popr!.<'/. odpmvi1·dni!' scalkowa11ic· n'>w11. O. !OJ.

Aby wyka1.ać. i.c ten typ rozkładu llla 1.astosowa11ie w naszym przykladzie, wygcncJ rnwano hai.i; danych 1.awicraj:1c;1 '.2000 losowych sekwencji, ka:i.da n długości 200 rcsz(,'. Wygcm·.rowanc sc'.kwcncjc 1.awicraly wył<\ct.nic 1.asady C i (I z jcdnakow<\ Gęstością 50'/r„ Lici.ha zgodnych pm.ycji wstala wyznaczona dla kai.dego l11ui.liwego dopa~owa,: nia par sekwencji w hai.ie danych. Rw.klad /'(111) pokazany 11a rys. 7.:\ jest rozkładem' dwulllianowym z N == 200 ora/, li ecce 0.5. Nast,~pnic ui.yto kolcjnych :;d\wencji z bazy danych jako SL~kwcncji w 1.apytaniu w p1„1.esn1kiwaniu jej '/.:1soh<\w i wy1.11aC1.aniu 111maxi' c1.yli najwi,~ks'l.cj lici.by pozycji i.godnych w dopasowa11i11 1.adam:j sL·kwcncji z dowol'. ll;\ illrn\ sekwencją w hai.ie danych. Rozklad /'(111 1"",) pokazallo na rys. 7.:1 linią ciqglą: 'Wykm1.ysluj:1c 111ctod\' 1iajrnllicjszych kwadrnt(>w. do tu.yskallL'go rozkladu F(lll111ax) do· pasowano funkcji; EVI l (ni w n. (7 .(>)) uzyskując },. :o=: 0.•llJ7 ora1. 11 I 2J,2. Wykres dla dllpasowallcj ru11kcji EVD pr1,cdstawirn10 Ila rys. 7„\ liniq Pl"/,l'.ryw:u1:\. Jak widać, jakość dop:1sow:u1iajl·st dosyt' dohrn. '/,auwa).111y, ·i.v typuwc wartw;ci 111 11 ,a, micszcząsiv w pr1.ed1.i:1k: od J ,20 d<> I.Hl. 'Il>() wi1.'i!' wi'""'.i 11i:i 1ypo11·1: w:11·tu:;,·i /Jl (pr'lnlzial od 90 do 110). Moi.cmy IL:1«11. ro1.wa;„yl' zagadnicllic .-;tatyslyC1.11cj i:;l<>lllo~k:i dopasowa11ia sekwcnLji w zapytalliu ·1. llajli<1rd1.icj do llic'.i prnJoh11ą sckwc1wj:1 '/. ha1.v d;111yi:h. Owaczmy przc1. 111 0 1i, ohscrwowa11;1 0L·c11,: dllpasuwallia 1.adalll:j sek wen ej i 1. s1:k wem:ją z hazy dall)'L'h p1>da11ą na piei:ws1.yrn 1nicjsn1 li:;ty 1r:ilic·1·1. l'rawdopmlohic1istw1> przypadkowego u1,ysk:111ia wartości 111,nci\ wi,·k,;/.L'.i liil1 niwnej 111„1>,, odpowiada poili pmvicrzchni pod

1·10

l.'•O

Rys. ·, . · , 7„l. . I Roi.kład pr:iwd!lpodohil'iislw· . ,1 11 I.) ,s·I„ ,,1111.i oct:11 dopasow;111 w łl'IJ. . ·1 . k1wa11ia 1a1.y danych sckwcnc:ji. /'(ni 1 .,1 1 .. I I· I· . •.pi os szv111 pr1.yp:1dk11 pr;.,·s;, 11 1 ·) "· .. . . . . . s l!J;,, .i1c111 tllvn11u:111llwy111 (rr'iw 11 Cl ·In F . . . 1 gl.1 .JlSI 101.Jadcm warlusci cksill'llli!lllycli I'·· ·I·., j' k „ · · · · (llln1:ix) (i1111a l'I:\

pr1,crywa11:1

l'owyższc

I.Hl

-

ogonem odprnviL'dllil',L.'o ro;i·l i I . ' ; (li warlo w ramce 7. I J:

.

!Ze )H.J~

lllł ·c.11 dop;1sow;11h·j do

Jlr:IW( 1( lj10( 1ohic1\st \\"I

·

l'Xp(

'

F(111111;n)

poL11.:111u liniq

( S/ 'Z 1 ' ·· 1 · .l · ',!o UW<' wv,j:1ś11ic11i:1 li)).

t

/
n

i

Im mniejsi.a wartość I'· tym rn11icj prawdopodol111c . , .. I· „ , . . ", podob1c1istwo 111i•:d;n1 scl<\\l('ll . .t . Ju;I /.c dl l.L ..llll, 1.< !lhscrwow:11w

„

1 11r1v1n 1111 1 • 1 " . · · 1 1111 1 () W\'lll' · tyst)'c111· 1 i"I t i '" ') · · • · L' 1 · 1 „ 1.1 · · " ' ( • Ju 1l!ic1.cs1111· 11·111 wwl·-; . , ' ,, o I osc o 1iscrwmvam·t'l' podohiL·1\"tw·1 f'r··1 ' :. . . . ' •· .• " • ".. • · -> puscmy. i.c prl.!':;1.11k11.1c111v h:11.,· danych z /.ad·1n·i SL·J· 11, • ·" · .••. . ' ' • · ' C 11 LJ•\ I pil'! \\'S/l'llll! lllll'!S • · I': ' ' . Ili i· = I\() \N ·1· "" . . . . . . . u1 11.1 1sc1c lr:dw11 odpowi:1d;1 Ol'<'ll:I ":·' . ' s .l\Yl,IJ.\C \V)'Zll:IL'Z!l!ll' Wl'ZL'ŚlliL·j W:l1'l•1Ś ,' ·. ' I .. ' „ . lllllJClllV /I C'c= \ „ l i A I li ((l j()\\ll. U.IL Oli'!.\'· 1 · • ·" .W!Ollll\i ll\V:i!,'.<,', 1.c pok I' ·I · . · ' · 1·, „ na wykresie ru1.kladn 11·1 111"1\: I '.. . : . I" Hl\\ ic 1~·' 1111 pud ogo11t·1n. w1d!l1·1.11y111 . ' • 10 (H 11-.11tosc1 1() IL"l r , . , .,„ wą) W1dzilll)' 1atc1n ·1·c· llL'L'11·1 I 1'(J .. ·1 . , " ,, "'' 111 :o Jl" 1a pod c;d:t kr/.\"· • , • · · • Jl'S wyst·1r1·;· · I · I · Slatys1yc1.niL'. islolną · · · ·· ' ..IJ
vu, ('/ .•:

'

.

"„'

Istotność statys1yc1.11a okrc:;Jonc· o.. • I , . , " . . . . przcswkiwanc·1 ha1y lhll"L·l1 111 J l1 ll)I c op.i_sow.1n1.1 i.aic'!.y rnw111\':i. od ll'it·lko:;ci 1111 · " '.1 · ','l'L'JSl',Wc11c11 wlrr·· I· . I . ocena najle11szeoo do11·1sll\l"111" . i· . . I : . l.l!.. c .lllyc I. ty111 \\'\'l„s/.a li\·li1.i1· . '" •. • Id 1111\'.( /V Sl' \\\l!'lll'J'I \\''' ·1· ' I ' nycl1, .kśli lic'l.ha sckwc'111"1'1 \I' 11·1·. 1" . I . '. .· i„1p.\ .111111 a s,.. ,w,·1l!'i'I ·1.1>:11.y d;1 · · • 1.w ' allvc 1 w1rus111 · · )' I "1 }//".'"' lit,'dZil' J·:vn '/ t·1 ., " ' ' '" . . • '' ·. ( I • I ( () ' " [() ll(l\\.'Vlll ru1J.l;1dt'lll · • s.1111.1 w.11to:,L1<1 tl ·11!' w 1 ·I .„. „ . · · , · //(111 ) ',' ' ' ' ' ". ",„/,,I \\.ill!ISl'I:\ 11. illll\'1111 :;l
t.. '.

„

..

i. I'rzoszul
dopasowrn'1 (w loorii)

w1;1 11a:,1.1·.1 1101VCJ, wi.;ks'!.ej ha'l.y danych. Ocena dopasowania 111ięd'!.y 11· 1.apyta11i11 a :;ckwc11cj;1 I h;1'!.y danych poiosl<\jl' I .~O.jednak dla 11 = 126,4 dostaniełll /' I 'i_.1 1·;„ ni (l'/.lljąn-, h() 1w1.1Ticż. is1t111mśt' s1a1ys1yc1.na '/.lllienila si\: po 1.wi1,:ks'!.eniu ha'!.y danych, p 111i11m 11·g11. że 11ccna dopasowania po·1.os1ala laka sa1qa. Taki wynik ji.:sl jednak ealkic 1~.:·~ l<>gi1"1.11y. In1 wi•«cej sek wc·ncji w hal.ie danych, tym wi\·ks'/.a h1,:d'/.i1: najwyi.s'f.a ocena do:.·/:. 1•a:,ow;;i1i:1 1;1d:1111·j ::chwncji I lnsnw;1 sekwcncj;1 i 1y111 wi\:ksZ<\ ocenę h\;d'f.ie rnusiafo~:· · 111ysl.;11' dopa:;nwa11ic 'l.1: spok1'l:w11ion;1 cwol11cyjni1: sekwc:ncjq. ahy zoslalo u1.nanc 7.a'· 1.nau.;IL'(l leps'!.1' 11ii. w przypadku prl.ypadkowL·go podohic1islwa 111iędzy porównywany.: 1111 :wL11•1·111:ja111i. l'own\cirny do tych rnzw;iża1i v,1 podro·1.d'I„ 7.3 1w1.y ok:r1ji ornawiania' ll'\'11ik1iw 11r/1'.<>1.ukiw:111ia u.1·1"1.ywis11·j h;1'/.y danych sckw1·ncji hia!Gk.

227 ,.<••«•

"~--·-„"-~'"'"-·----·--··---·--·~---

BOZl<ŁAD WJ\B~~;;;;-~<~~rn~~~~~~~--·-

7.2.

RAIVIKJ\ WYPHOWADZENIE WZOBU NA DLA PRZYPJ\Dl(U WYZNl\CZANI/\ DOPASOWAŃ SŁÓW

· llllZ)'CJ· 1
do1~1:1 ° lll'llS,l\~l:· ze dw~~ rcozly 1\:1 1yd1 poz.ycjach b\'dą idenlyczne :jcsl niwi;e 11 (por.

n\\:ll. (7.:\)),

Niech „ 11 pOl.lldLZd dlugosc .. 1ozpoczy11~l , . .. , się " od wybranych ., . ·s\mn'· t·i() \ IL I . . wspolncgo · dla obu sekwencji pozyqi. 1.:iwc 1opoc 01>1,l'11slwo, ż.e s\owo 111a d\11g1Jśl' co naj111niej / jcsl n\w 11 c /'(n il j ·. 110 że s\own 111u:,1 nlw,1111owac kolqno I z1<.od11ych IH>zv1··1i llh ul· 1w·, ·, . , · .. I · · · .J. ' ·. , . ·, · . • .i lt:llld 1.-1p1su zt eJm1t1.1rny stal;\ po:;tan /,

111(11 l

In( I /a).

(7. 13)

k!Óra po1.wala 1.:ipisać prawdopndohil'1is1wo wspt)l1wgo slown j:iktl /'(11

l\1r;,1v:i:%yinv 1cr:1z kokjuy ;dgmyln1 wy1.11ac;.;111ia dop;1sowa1i, kll)ry po111i1110 lego, i.cjcst 11ic·c11 wvidl'ali1.1iw;rny. 10 jednak wiele go !:10.y '/, wykor'!.yslywanymi w praktyce algo. 1v1111a1ni. 1aki1ni jak Hl .1\ST ny 1:1\ST1\. Rm.wai.111y dwil: sekwencje o dlugościach N i 1\/. W 11ajpros1s1.1'j w1:rsji ;dgory11rn1 wyz11aczania dopasowania lokalnego hvdziemy pll::1.11kiwm' 11:1jdl11i.s'!.t').'J> w:qHiliwgo slow a w ohu sekwencjach. czyli odcinka, który bę: d1.i1· d<>klad11i1: lc:kwenLjacl1. l'u.yjrnij111y. ·i.e (>cena dopasowania pary ::d\l'c'11cji h1·dzic rnw1w dlugu::ci I taki,:go 11ajdliri.s'l.cgo slowa. 'vV prl.yklad1.ie poniżej 111a111y I (i odpmviadaj<\CC słowu C:/\'l.'/\'\'C:

- ----- -··- ----

c !J

/)

Cl. I ·I)

( 'hcc111y wyZ11a1?.yL' oczekiwa1q liczb1· s\i\w /•,'(/) 0 d\ugości co 11 a1·mni,, 1· I rcszl l·i · .. „ .. ··i w nb)1dw11 s •h\ · I I · · · · . · ·, 'Oil 111sl1·· pUJ• , L' 'Clll:Jac L slnH'.1" N sposoh1'iw wyboru 1>ozvc1' 1' ll~·l.1 po1.yc_11 prn~·1.;.\lku drugiego słowa. Lici.ha wszystkich mo:i.liwoś:i '~'Vho:·u p~H: .· . . pozyLJ1 J<.sl. 1.<1IL lll, . 1own;1 N. M, k;r1.1\y. z 1.vch wy\>pr(iw wi·•I 1·,1.., s11 , , · · · , . z. wvsl,\pH:111e1H 11a 1hhzych po·· 1.yqach .';ekwL·nc11 "odJ>ow1cdniej \iczl>ic z1md Jes1· f\IA/ „ . ·:.. ·. \\'szvsl·\··. 11.ych rcszl , •„ „ , . , , . .. . • , , · · · 1 · ,_ . dl · moz 1l\\'osc1 wyhor11 pozyc.11 Jlllll..\iko\\ slow sq od siehw wzajcm11ic niez·iicż 11 c to ocz 1·· 1· I I · 10winnahyl:nhvna/<,'(/)·._ Ni\le ;,/. ·., ..··, ·.· e\iwa~w 1 c.Zł1.1zgotnychslow I·" . . , . , . .·· . . . · · I 0111 cw.iz .1ul11,iJ, s\01\.1 rol.pm:zy11aJ'lCC s11· na n'iż,n 'eh iozyc1.ich se 1.1\t llcp 1110µ„111« s1dl!e z.achodz1c. posz.cz.e1!
••

<

<

••

•

·:,

.•

'

K Io swlla ,11llliejsz.;1 od jcd11osci. pozwa\aj;wa uwz.gl1·d11ić nakładanie si1: sltiw rozpoczv1nj·1cych si1:

S<\s1at 11.JąCych ze soh:t po1.ycj:ich, , " '· ' , Z niw11ania 17.1 ·Il wynika, i.1: prawdop«dobic1islwo iż d\uuos,' slo\V'l \ii·clz·ic 11111 1 · .· I I · r6wne , . :·· . . . ' . . LJS/,a Ol .wsi ua

'J.'

c

111

11_1

c (::

Wyhi1T1.n1y losclWll dc1wol11<\ po'!.ycj\: w jednej '/, sekwencji ora1. dowolną pozycję w drugiej sl'kwcncji. 01.11;1c'/.lll)' pr1.c1. /1 dlugn~ć wspólnego slm'la, które '/.najdziemy 11· obu ::1·kw1:11cjach. 1.aczy11aj:1c jego pos'/.11kiwania od dwóch losowo wybranych po'. 1.vcji. \l•i przyklad1.ic powyi.cj. rm.poc1.ynaj;1c 1ms1.ukiwania od pozycji oznaczonych !'.Wia1.dk:11ni. '/.llajd1.ic1ny slowo 'l'CC: o dlugo.~ci /1 ""c ·'- Moi.e111y r(1wnie;i, wybrać ta· Lic: pcizycjc: w ::c:kw1·11cjacli. dla klliryl'i1 odpmviadajqce sobie reszty w obu sekwencjach IH:d<\ rcii.1w. ul h1;d'l.iL' oclpowiadalo slow11 o dlugości /1 O. ls111icjL~ 1.akm wiele ró:i,nych JH>/.)'L',ji. ocl Ll(irvcli rno'i.cmy ro1.pol"l.<\Ć po.~zukiwanic wspólnL'.go słowa, a I odpowiada dl111.~ości najcllu).szq~o slow;1 jakic '/.najd'!.icmy. rw.poc'/,ynaj;1c poszukiwania właśnie od ty1·li JH>1.ycji. 1>odohni1.· jak we· \Vl''!.cśniejs'l.y!ll pr'l.ypadku. r(1w11ici. i tera'/. interesuje nas 1cdy11i1• 11ajwic;ks'/.<1 wartośc wyhra11a ·1. du'i.t:j liC'!.hy mo:i.liwycli :dlern:1tyw. Dlatego spo· d1inva111y i\' 1H1.klad /•'(/) h1:cl1.it'. pm:taci 1\\/1). W rn111cc 7.2 opi:;uj1·my s1.czególmvo :;k;1d w ly111 pr1.ypadk11 w'l.i:il si\' ru'/.kl:1d wartości eks1rc111al11cj. i\liv cllllvi1.·.'i1.'. i.c ·;.aló.nosci opisrnw w ramce 7.:: s;1 slus'/,11c w '/.aslosowaniacli prak· l)'u11y,:h. P"IHl\\'llil' wykt>r,'.y>;ta111y wcI.1.:ś11iej u1wnr1.rn1<\ bazi; danych'/, ~'.OOO losowymi :;l'!,11·1:11Lja1lli rcs'/.I 1 I i dlatcgu). ln2. W lllll
c )./

(i(/) .

Jc,"i 1rud11· " ... oszuhn1v" i· · ·, · · / · · I I. ,. ~ 111,y.111n1.11\L, i.c .1es1 1.1rncnnq losowq ciqgh\, copm o >Jl'nstwo. ze slm1«1111a d\11goś1: niw11;1 dokladnic: / bi,dzie rtiw 11 e I

\l

•

!'(/)

li „ TL:1;0 .lypu z.:1gad11il'lli« rnz.w:1i:a\i,i1ny l llZS!lJ- 0

dvskret1n · '·

to p1"tW··

'

Ac Al.

di U.17l ra111cc 7, I. Si
zgod11t.'f'O s!pwa h(1'dz.ic nlw11a dokladnil' I to FU i

,

w

c11;

(7.l(i) a nie

X« i.cl 111 l'.\Jl(

'"" · "

>.il >l)i.

Za~d<1d:1111y, !:c liv1.ba 11il·1.ak·i.11ych zgt)dll)'l'h slłlw (odi)owicdni·\, ."

le MN. /.«il'IH

' w

i.

(/, 18)

rn1llce 7.1 l jest rów11a

\11/c'1\!N ,

li

/.auwa:i.n1v "le d111ci·1ż 11nmv ści li, i'"llil'\\'a:, . ,I.: , '. . I '" : 11 1 ·• l /) o11o1 (\i.

;; ) \\ .ir1"'' , „

17, I I))

).

·

z row11.

\\dll!1:11·1 /\. kl
(/,I .I),

11> jednak nil' warny dok\;11lnl'j warto,

wy1.11aczyliS111y \\'tym wywudz.k.

Nicz11an:111"1r1ośl' 11 u ·t· I· I · ' ' · S d ,1llly 11<1 poc Sl
t1 .'

'«l

I'. Prwswliiwa11iu liaz tla11ycli

220

dopasowai'1 (w pralityco) WJ

0.:10 -

lO EVD, gdyż . najdlui.szc slowu ·jest W"l.ll'tl'l'ltJc' cit·.i I".· I,. . -' ' " ,.11.c CJ pai v s1;kwc 11 . .. I, 1 nych/sckwe11c.1a w /.apylaniu, a l:1ki.c dlatenu .· , . , . „ , . . . . .L:1d '· ).11.y ca• . . •. 'L" , 1.1. piu ws1„1 jlO/.yc1\' 11·1 lisuc ·1· . 1rzcszuk1warna za1nrn1c sckwei1c1·a l·tórc1· !JO I I.," ·1 . . ' .· . wy111 iow

0.2'i

. . . · · ' ' .._
~ 0,20 ·1:::

:o"' .;3o

J"

0.15

(,.

o

''.:J

flr:..

0.111

o.w:

slosmvanyclt algoryln1ach pr1.cs1.ukiw·ini·i I.. I· ·I . i· „ 1 .· , , , _ , . . " ' ' l.J/. 1. ,l!lyc 1 ''" 'IV<.'llt'JI ll'_)'kur1.vs1u ·c· si1· „()/,()IJLS\Slllll)'OlL'll\lllOdoh1ew:l\I" ,.,, '.·· •, ' .. J I' . " . . .I,,( \\\/Lill Il Ili/ \\'L.l Wl'/('"ll ' ' " 'ILJ Ollld,Wl.tll)'CI. proslychaig1.'.ryl1IJadJ poszukiwania podohiCIJS{\\1;1 n;i )(,l/.iolllic ni) sckwcncp o .1cdnakowcj dlu1iości) i lolrnl11vn1 (I . ·' " . ,.: (I ,1111_\ rn (dop,1~,11w;1111;1 ·I . · .:-. _ 1 op.Jsu\1.J111a slow). ( )pisam· w 11 '/ 1 J 11 • ~0tylmu 1\1,/\SI uhc1·lllu" „ 1· · · · ·-· , , . „ . Je po.'>Zll '1Wan1a wys11ku OL\~llionvl·IJ I1ihl ·I 1 1 dnpasmvan sckwcncp. Na odpowi·id·ii"\c\' .1 . 1 · -. ' ll)'l ' I' < • -.· • . '„· I •. ' - l. J SO llL' po/.y1·.1ad1 dop;1.<.:0\\';1ni;1 11100; \! ! Slvpm1.1L ioznc I< s1.1y. a oceny p11nklm\'e lak ich I . , .„ "' . .. :--1 I_\ SllM 'v\I . . . „ . „ JOZ) CJI ·"I i„1w,11 I<' w 11i;1c1n1wiJ lll () pili \\IS/.CI 1'.l'lll'l'aCp :tl•! nic lllll'?:\ hyc: jcd1l'll ana itycznK' w lvch :i1! 1 ory1111·1 ·Il M .· . . · . '-' " · ' ' ich wielkość. wykor/.\'sl111"1c «1<111111·:~. 1·,, ··IL . . oz11.i n.tl01111as1 cl111p1ry,·-;.111e 11s1ali1· -' · ( •IU IJIL d POI V(IJJV \\l\l"'IJ'JC/'I 1· I · losowyllli sek wen . -. · . . . , . ''' · · · 1 • ' " 11 .i 1 opasow:111 1n1,·d1.\' c.1,11111 . .i n.is!\ p11w pr'!.cpruwad1.:ijqc dopa•:m\" . , ., -.-1 . , dupasow:ui do run lej ' dlll( IL,\,, "Ili\ l'.(l l'!l/,klad11 1 i (i\11) ( „ 1-1 I · , „ , „ •. , . . pi '.Y'
o.oo o

. __ 1/ __ 111

)„ ,,

L.

IS

IŁys. 7..1. l>lozklady prawdup11d11l>id1stwa dl:1 dl11gnści dllpasowa1'1 slt'1w. l .i11i;1 ci;u•.lą zaz11ac:zo1111 wa11c ruzklady I i / 111 ;ix· \\I ul>u przypadkach 111a111y do o.y11i\'11ia z rm.klade111 1vart11śei ekstremalnych. pr;-.erywa11c pokazuj;\ pr·;.ehicg fu11kcji z rów11. (7.(i) dopasowanej tl1111lts1.·rw11wa11yeh rozkładów

o

Do1ycl1czas rozwai.ali.~1ny rozklad occll dopasowa11ia pary sekwcllLji. Jeśli lakicsallle kryteria oceny dopasmvallia zastusuklllY w ;dgmyllllil' pr1.cs1.11kiwania bazy danych sekwencji, hydzie1ny w!cdy wyzllaczać / 11 "1.'

n;1jwi\~ks1.:1 dlu11.ośL' wsp6l11cgo słowa

w dopasowaniu 1J1i1;dzy sekwencją w 1.apytaniu orni. dmvol11:1sekwencją1. ha1.y danych'. fVloi.na to sobie najprościej wyobra1.ić, przyjmujqc i.e wszystkie sekwencje w bazie da:, Hycli poh1e1.ono w jcd1u1 sekwencję i d1lpieru dla niej wy1.nac1.ano dopasowanie z zadanq sckwcncjq. 'fok rozumując, lllOi.na wykor1.ys1ać 1.alci.11ości opis;11H.' w ramce 7.2. Na· lei.y jedynie zast:1pić dlugm;1: drngiej sekwencji, c1.yli

M, h\l'l.ll<\ dl ugości:\ ws1,ystkich •= 400000),

sekwencji \V bazie tbnych (w omawianylll pr1.yklad1.ic: 1'v/ ==• :2000 · ~200

/\by wyznaczyć rozklad / 111„,, dla nas1.L:j pr1.ykladowcj ba1.y danych. ka:i.da 1.jej sekwencji hyla lraklowana jaku sc'.kwcncja w ·;.apytaniu w kolejnych pr1.cs1.ukiwalliach. '/,wyników pr1.es1.ukiwania 1.achowywano inl'nrrnacjc o slowic o najwi\·kszej dl ugości, które wale'' /.iono w dopasowaniu /. dowoln;\ inną sek wcncj;1 ha1.y danych. ~'la p()(lslmvic rów n. (7.l I) oc1.d~ujcrny, :i.L'. poloi.cnie rnaksin1u1u ro1.klad11 ulegnie pr1.csu11i1;ciu z 11 1 = 13,(J do 11~· "'' I :1,(1 -I 111(400 000/200)/ ln(2J 2-1„"i. \Vyniki dopasowania 111ctudą najmnicr szych kwadraltiw dają 11 ,." 2'-I A. co ·1.gad1.a si1; 1. 1ias1.yllli oc1.L·kiwani;11ni. DopasowalH\

l'unkcję L\VD

pokaza1H1 na rys. '/.r-1 lini:\

pr1crywa1ą

ohscrwmv;111c111u 1u1.k !;1< lmvi / 11 " " . lstniL'jl' pmls1awow;1 n\i.nica tlli\:d1.y najproslszy1n

Pr1.chicg linii 1.


odpowia
rtl'!,p:1l1')'Wa11ycll przypadków

wy1.11ac/.;t1Jia stalyslyc1.11L'.i islotno:;ci dopasowania pmy ~;,:hvc1JL-ji ;1 0111;1wia11ym w tym pollro1.d/.ialc statyslyczny111 aspcklL·111 dopaso1vvwa11i;1 :-:11\w. \/../ l)'lll 11sl;1tnim przypad·

ku, rm.kladcm ocen //(/) j1·~;l EVD. ponicwai I jest 11ajdl11is·1.y111 slmw111 wybranym 1.

h:mLr.o wielu 1rnri.liwycll sl«l\v. kl(\rc wysl\:1n1j;1 w

określonej

par/I.' sekwrncji. l't?.Y

pr1.eszt1kiw:11Jill lw;,y drn1ycli sekwencji rn1.kl;1d occ11 dl;1 najll'p::/,cgo lrnlicnia,

FUurnxl•

•

•

„

„

).

,

;tlgmyl111 .'' Znającsekwencji Ii1cns1wa i

11u.cs1.11kiwa111·,·1 li,· 1„, 1. I _ .. 11i.\'\1':111v :-:i·:ili'lll ' · ( :1nvd1. odp 1 ,·, ." . . . . . . .. 1i1111 1,1:1<.'_11 pntl1• 1 statysty ·1 , . . . , ' o i iu .JJ•\L< 1111 \\':il'l<'"'c1 parn111<'ir1i\I' 1„VI l, i11t1i11:1 , . l ,IJ,\ 1slol 11usc dop;i•;o\\"JIJ ''l'I 11 . 1 . . . . przes1.ukiw·111i· I ... I· :, , .'' ". ,. Hjl /11;1_1, 1ui;1c)"'1 ·"il.' 11:1 li.
.

•

,„.„.,,,,

!

1. l'rz11swldwa11in baz

statystylm dopasowa1'1 (w praktycn)

l:iJ

l

'! E

, J i

I

q1

\ !

I\

I

I

Ej

d

I

'•'!I;·!' l ! ' \

; Il ·l \\"!,;Il

'! \

Pi-u\.t~i

Il

plu1~1p!ldt:.1:it~.

t·y1·1i:J

i !li'. i ni.:

p\t•l!ijlh,1L,1!1•'.

l~y1·i)!i

i

p!in1;pl\dł:<1:11:.

tit!

!( ! 1\0~)\·'.

'/()!_)

J,

H ; .: \ l 1111,

I •)Il/.)

li!

!

J

I P!·::<.I

. J.7 Cit: 0'7 o' 072'

o.\.\ o. 67

.1:;

Pl!O~i\lll!\TE

/\ l r I 1 , \ i '/ \ I , ~

l•,f\,' l

i ·• i (

'·

!

I

1 , , .~ /

'\

tl

J I

I!

1

1

1n

}„ ,

1, " , ) [ ·1'

;!'i()(),)

q!\l,1

.'..~

!l'r'P\lT!IJ·:TJt:/\I,

:i \

I

, 11

1·: '1': •

I 'i'H'l''}

! •:, t l ·\ 'J i.l/p1d·!wl i,·,iJ 'I!

I 1-:1<..';'1 ·

! ' · 11 '.1 li , ' ' ~ '., .',

pni!

1:.tl"ll•'.:;yl

'1'!>:~\;;']'

\]','!HIL ll1:1·

'J

1•111

1\11 ]. !), I

'.l

,\ '1

'/

I .11 l,IJ ,,.1\

1,11 1

l h.» ! J 111.1_1)'!'\<:!.

'i.()

j>J'(iL(~ I . '

'1.:;

\dL1 prnt.1.' L!ld Jl!' l\ (' l !di.i

().I} ~!1:

ini: p.

\li-ohdh\(! pn)lein Prot·_1:in Ly1-u:;it1P

I

i'!IO"/\'>j:ipl!''d'l·l')!Ytfr'l'.,Y.!_::'.~:;.·1· l i'1'P( Jt hi'. t_ i { :d I I 'i. , I l ') p_i \: ;p I!'\ il il I\'!'. 1 f) . r :·:i~·r' !lyp1it·hi;tic:r1\ 11·~ • !'1'/)\1,\:;p\t)1JL: 1„\ !'1Hlll· i1„ .... ,\

J!

j 1

:1:1·:~~~::1:

Ly1·0~;

!1'{\UJP!ltYiPl!O. \l'i'PO'l'llE'\'IC/\L \/..n !(Il \l\UYl'Ef. l'/'.ll/l
I ·Jl

' j

. 11

I '.; I

. '.

, I\

I

I :;p I P.:',(J·l'l ! P:1:1~-~

Il '1'1",'

ł; 1 l H () ł) f \ ! ) .~ ~) •l () I 11) ! l .·. - J l'.i\.' I "/ \l·l tHl.·;!i\l1·!1J01tBIPTP\ VL·:J\;.iT ! j 1,iJHIJ"/ j :;p] 1.){)\)1;!\·l \ 1'.C \i\ ! 'I •l ') i _; I :q i P \ H 11 'lll r,1~;1 ;1~ •\ I ., / ,: (, '.;I) 11) \'.'.li')~' i', l) Ił l . 'l !·:J\; ;·:·

'J ! 'Il

Pi r)\.(! i.11 i1r·qt,c: i n

l,()

'I.\

Tip

<\'J \,'.

'iO'J

B·I

··1 ~1·

Py~·

·

:)\\'1~'"

I )rnl

I

~

-lt,)

li:

"PTl>1 ·

HO

l·I

')

( ~

os

"PTPl ·

·\')

\

1l·11ivd1 st·kw1·11l'c.1i. 1.a l'"llllll'i\ prngra11H1 lll ,i\STI' dla, zadancJ . · 111 1\ 1·,,„•1111 '.1 li·11 ' '. r·il 1•1·1.,„. 1, 1 · w·' 111il'· s1·Lwt·11cji drtlidi.mvycl1 1.gn111liHLćllllych w. h:11.1c danych , · "111 , · . . . "'" · „,1 !H ·I I i·I\ li·ti· c:ilc1 liazy danych i l'\':il!th',I. ;;1\\'lt"! ·' , 1i·!lit•1\) • · · (li1 l'r1t''>1.ukiwa11ic: · · . . 111c1\:du11da11t11c.1 . .

\"v~'ll!-1 ·1 ·

"'· "' „: "!'Jl. 1

'.l'L\\'t'lH'JI

o.o :;

·· ... jH/LS

"I''. ··i· . 1 '.1\.>

,,·Lwi·Hcii (f\;. 11111.·I, /.<1\\'icr:i 11:;11; 1r;1!it·11 ohl'j111uj;1l·;1 wylqt·1.11iv ~;d\wl·11c.w drun!J.O\\'L')

l)<:: · f' .. ') I() 17 CO WSbZUJ'C 1·„w 11 a 7 ' . • . I (1 . I . ' '( ) J'Z'\d ,·i:u~ k jr:st r(>wna )\'.),jednak wanośL: ·'·'· 1.wi1·ks1.a si<; d1l 3 · I O '. l.'1c1. ,l'.l. ta,:1~~ "(' !\i. wi,:lk()~;ci wit;ksi.a, poniewa:i. wil'lkosc ha1.y danyclt .1est o r/.<\d w1clkosc1 '' 1ęk:~,z;1; I .1 ·11111„111 ·1 Jl!'/" inlcr11rclac1·i wvnik<'>w dla sckwL:11cji o w1.gl,:tlt11c małym podoh1cnst~w " · ' · "' · · · · · I · ".· ·h wn10· il<> ;ad:11w1 scLw1·11l'.ii n1oi.c jednak prmvad/.i(: do wyciągnH;.c,1a z11pe 11,1e 1,01.nr,c_ O072 I · 1., l>•>\l'l'(>\l''llli<' ·1 sckWt'IH'J.:\ ('('I.I cecln111: tllala 1stol11T"\ d·11iyd1 ::1·kwe11c:ji arninokwasmvych dost,:pn<\ na st1nmc , . ". '· „ " ''" ' · · „ · l·I . p„ !·iwanie ICJ 1Jll· iii ..'\,'-\'I' 1,·,c;t ni1·1\:du!llla11t11a lia1.a da11yl'i1 sekwc11•.:.JI 1).Ja t '. 111. 1t.tsi.u ~ . . ;iika· 1 i.\' d
lll'/.y;I I
JlOl IO I

lll I. l• .i"'il'

11, ·

· 1· 111 t 'llC.l'l /,}' t Iilll)'C I l Z /.iH I\\Il~\ ~)C"' . • l"l'I' . . .I-_.„ YFl\c;•1 - " •-- -

1

1

1.,

„

•

•

.

·

•

.

„

•

•

,

•

.„

7

przcs1.ukiw;111ia bazy danych Swis.s-l'rot Wi\'ks1.c wartości H, ponicwai. bai.a da.nych jest wi\~ks1.a. Wyswkanc sckwcnc.1c 1.ostaly pogn1powane wedlug nazwy orgarnz111u · wykorzystuj;ic udost\'pniany prze;. NC'BJ BLAST mcchani1.111 grupowania Na rysunku 7.'i(hJ pokazano listę wys1.ukanych sekwencji drożdżo­ wzrostem wielkości bazy da11ych, wartość le' 1.wi;1zana 1. sekwencją hialka CCl4 zwiększyla si\' na tyle w por6wn;mi11 z wynikami zawartymi na rys. 7.2, że hialka tc~o nic ma nawet na liście tralic1\. Bialka l'T1'2 i PTPJ są wyszukiwane tak, jak w po. Jt~zcdni111 pr1.ypadku. I )wa tralicnia zwiw.anc 1, 1"1'1'2 wynikajq z istnienia thv<\ch se. twcncji tego zdc:po11owa11yclt w bazie danych pr/.C/. n\i,nc grupy badawc1.c. Obic "·""'"''" PTP:~ rnaj;1 jcdnakow;1 dl11gość i rM.niq si\' /.ablwic kilkoma aminokwasami. Chocia:i. baza danych nr w zamier1.L,niu powinna być nicrcdundantnw~, to jl'dnak zawiera ona 11il'/.11acznic n'>ż11irc generalnie tntdno jest . precyzyjnie zdcliniow;1ć . .lak należy how iem traktować rci:i.nc allele tego samego genu różnych organi1.m
białka

I j . :~

•.

23't

zlożoności.

Powyższe pr1.yklady dowod1.ą. że ocena statystycznej istolno;ici dop:isowat1 pmvinhyć trnktowana 1. ostroi.nośeią Nic 111oi.e111y 1.deliniować granic1.nej wartości pr;,y == 0,05 (luh jakiejkolwiek inncjJ i urnać, że wszystkie trafienia, którym odpowia·· mniejsza wartość /,' s;1 slalyslycrnie istotne, a pm.nstale nic są statyc1.11ic istotne . intl~rprclacji wyników pr1.es1.ukiwania ha1.y danych sekwencji nalei.y kierować się zdrowym ro1.sqdkicm i oceniać, czy określone dopasowanie lokal11c jest sensowne z hio. logicznego punktu widzenia, c1.y leż nic. wartości /'.'są obliczane na pod.~tawie 1.aloże1i ';\fi;poczynionych w wykor1.ys1ywa11y111 teście statystycwym oraz modelu zerowym, któ:•·rcgo u:i.yto do wy1.11ac1.enia rozkładu ocen dopasowati 111i1,dzy losowy111i sckwe11cjan1i. \V przypadku ;ilgory111111 BI.AST slatystyc1.na islotnuść jest wyrai.ana w1.ględcn1 rozkladu ocen dopasowa1i mi1~dzy losowy111i sekwencjami białek, w których aminokwasy 1. takq sarną c1.,·s1ości;1, jak w sekwcncjacll r1.ec;,ywistych hialdz, ale w losowej kolejności. 'N modelu 1.c'l'owy111 algory11rn1 BI ,;\ST 1.aloi.ono 1.a1c·n1. i.c prawdopotlohic1istwo wyst;1pienia pos1.c1.cgmnych rodzaj
'"l(cd1111da11cja, illi!CZCj 11aJl111iart11Vll,_;<.:, li' Zi\S(tlSOll'illlill do ha/. danych llZllal'/.a W\'Sl\:jlO\l';lllil' p()Wl~ll·/.il·· si\' da11ycl1

IJ>r:·.v11. 1/11J11. I.

232

l. Przc::;zukiwanin baz. \lanych 23ił

c'.c,~slo odci11ki i'.loi.one i'. res/,l o wlaściwościach hydrnlilowyd1 albo hydruf'ohowych ;, Zatem prawdopodohie1łslwo, i.c kolejna resi'.la w sekwencji l1c,;d,.ie hydrofobowa b9dzi6 •

wi~ksi'.c, jeśli poprzedi'.aj;1ca j<\ reszta ma lak:i.e chara kler hydrofobowy. W niektórych ,i:

sek wenejach hialek wyslc,:puj<\ równiei. pewne król kic, Ci'.t/Slo powlari'.ające si9 moty; , wy (11p. prosie powtórzenia sekwencyjne typu l'rngn1entu poliglutaminowego). Chocia;i, moi.na zaproponować hardi'.icj zloi.ony model i'.crcl\vy, Io jednak trud no sprawić, aby uwzglc,:dnial 011 wszystkie wlaściwości sekwencji hiologicwych. Wykorzystywany w le. go typu obliczeniach model i'.crnwy sił;\ rzeczy musi być do pewnego stopnia nierzccz.y. wisty i dlatt;go wartości slalystycz11ej islolności, kt(>rc ui'.yskujcrny na jego podstawie 11ic mog<\ hyc'. tak informatywne, jakbyśmy sobie tego i.yci'.yli. ' Jednym i'. rni'.wi;1w1i tego problemu bylaby rc1.ygnacja i', sekwencji losowych w 111 0 • delu i'.crowy111. Moi.erny pri'.cciei, wyi'.naci'.yć oci'.ckiwany roi'.klad ocen dla dopasowai\ 1nic,'di'.y parami Sl'kwcncji ri'.cczywistych, nicspokrcwnionycli bialck, a nastc.:pnic na jego podstawie ohlici'.)'Ć stalystyo.1q islotność dopasowania sekwencji polenejalnie spokrewnionych hialdc Takie podejście 111a I\~ /,alei<,'., i,c wsi'.clkic 11io.wykk'. wlasności rzeczywistych sekwencji, jak np. korelacje llli\~di'.y s<1siedni1ni rcszta1ni lub (HlWSi',echnie wystc,:pujące lllotywy sckwcnl:yjne hc,:d:\ aulon1atyo.nic' t1Wi'.glc,:d11ione w tak wyznaezo11y1n rm.kładzic ocen dopasmva1ł. ł'ic,'.t:\ /\chiłlcsow;\ lego rm.wią1.ani:1 jest jednak konieo.ność upri'.edniego zdcliniowania co 111:1111y 11:1 myśli. 111ówi<\l' o spokrewnionych i 11icspokrew11i11ych hialkach. '(;1kic podejście nic jest i'.alcn1 logic1.11ie sp1ij11c.

.• l'odobic1isl'.vo 1Hi\:d1.y sckwcncjallli 111tii.l' być czysltJ pri.vi 1:idktlwe l'rl\' ·1111 ,. 1. 11.,, 1., ,„ 1>rzesz11hw : 1n1a lia1.y t Ia11yc I1 se I(\Vl'lll'j.i warlo· IV\'korl.)"'l'1t' ·· · · l ·t I „ ···'li W\'· 1·11kow ,:,. · · • t ' .·„ · ' I · · · r , ·1·il"ts' • \_(. ·' <1 ys yt '/Il'\ llll'lr\' 1sln 11osc1 wy1.11aczo11yc 1 dopasmv:111 . .lc.~li ocena dopasm~ania it'st 11 ;. 1cz·wo wi·J~n ~ 1 '11 . 1.'. · klÓl'Gj oczck1wal1byśllly dla dopasowania lostl\V)'l'h sl'hVt'lll'j·i· 1 , 11 '. " · ·· " ' . .i '1CJ. · ··I· .· , I . · · ·' · . · t 101.t:llly wlct 1y 11·yci·ion·i
j

1

ocen ,„,

•

•

•

Znajomość, wario:
cp /. 1.V.J 'cc11a dopasmv:111ia 1. sckwc11«i:\ w zaiiyi·iniu 1 ·,".l \\'.·I,. . I 1 .. 1 wow·111e1 · luh n"w11a lej ol'l'llit· · ~ ' • . oceny · . ol' r es'I tJ11t~go t IopastJwa111a :f.11a 111.11ać /.a W)'Slll'C islol1Jt.' s1a1vsl\'C/11i1· W· 1:, '' f' .· ·.:. ·. '.' , \Vt't y' up:1S!l\\':1 · I . . · · · ·· " tlS( · 1.\Vl.\!„111,t 1. old<"·lrn1·1 tH'l'll'\ do pasmva111a liazy da11ych ·hv l 'Il c.11. .„ Illł \\·lt,.\_1',/.d .· 'I· .. Ił<-11..1 . . . dt111ycli . " ty111 ' ·' ~·1·1 .. ~: ..1.a t:1.y od . w1clkosci . . · ·s L\. wid

;v,,11· 1.«),Sc 1~. 'l ~y;1,1 '~.~111c.rsza 1sll'.f11ość .'-il;11~1styczn~1 odpowied11icgll dop;1suw;111.i
1'. JL,"",

Podsumowanie lst11icj<\ prngrallly 1111Hii.liwiajqcc pr1.csz11kiwa11ic baz da11yd1 st'kwc11cji w celi1 1.idenlylikuwani:1 sekwencji. kiórc sq p()(loh11e do 1.ada11ej prze;. 11:f.y1kownika S<'kwe11cji w zapylaniu. Ml'srch jest jedn:\ 1. in1plc.11ienlacji algllryllllll wyznacwnia tlop11sllwa1i sek we11cji za ptl111oc;1 nieludy S111itha~.Walern1ana - wykonuje dopasowa11ia lokalne 111iędzy 1.adanq ~:ekwc11ei:1 a kulcj11yn1i sckwi:m:jallli 1. ha1.y da11ych, a 11aslępnie twmry lisl\' lralie1\ 1.awicraj:1cą Sl'kwc11cjl: z bazy tla11ych 11purzątlkowa11e wcdl11g 111akjąccj warlusci occ:ny tlopasmvania 1. zatlan:\ sekwencją, ( 'huciai. konslrukcja dupasowania pary st'kwcncji j<~sl dusyć szybka. lu jcd11ak wy1.naczenie dupasow:111ia sekwL:ncji w zapylaniu z k:1i.d:\ sd:wc1H'j:1 w bazie· da11ych 11Hii.<' 1.:1jqć calkicrn tltri.tJ c1.as11. Z ll'gtJ pmvtJdu powslaly hcmyslyc1.11c algory1111y 1ir1.L's1.11kiwania h:11.y danych, które tllllt>i.liwiają lianJ1.tJ szybkie wykrywanie wysoko tJCc11ia11ycli lokalnycli dllpas1>11':11i mii;dzy sckwc11cją w 1.apy1ani11 a sckwc11cj:u11i /. ha1.y da11yd1. Najp<>ws1.cclinit·j 1ri.vw:11P1111i alguryl11ia111i licurys1yc;.nyn1i s:1 !·AST/\, Il! ,;\ST i i'Sl-111.i\ST. Wyniki i.wracane przv. nii.nc 1m·1ody wys1.ykiwania sckwv11cji 11· ptlslaci li.sly sckWL'llcji 1. h:i1.y danych najkpi<'.j dopasowa11y<:li do 1.ml:111l'j sckwc11cji sq 1.wyLk d<>syt' podohnc.jcd11ak nic idc11lycz11c .. kśli 1.acli"d1.i polrzl'ha 11:-.lak11ia najwi,,ks/.<'j 111ui.liwcj liohv ll'l)d\'dllic 11isko tJL'l'llio11ycli S<:kwc11cji /. bazy d:111ycli. 11·1cdy wal'lu rn;wai.yt' wyLuu.yst:111i" :ilkrnalyw11ych 111<.'lod wys1.11kiw:11iia s<'kwc1tt.:ji luli. ogr:i11ic1.aj:1l.' si<; do jcd11cj tylk<> 111\'ltlll)' 11·ys1.kiwa11ia, 11i.yć rl'ii.11ych syslt'llH·,,,. p1111l:lacji poduhit:1istwa 11ii\'>i1.1· S<:k11'l'llL'j:11ni. Kokj11tJŚ<' sekwencji 1. ha1.v danych na liście lrafil'll 1.ak:f.y rnl m'<'ll dop:1suw:11i wv1.11:!l'./.'1llVl'li 1.:1 po111oc:1 metod lwt1ryslycznyd1 i dlatego 11iL' jl':.t wiary1 gud11y111 \\n;k~1/.11ikil·111 '/,\\'i:v.L1:1\\' ewulucyjnyd1 111ię­ t11.y ,,,:hvc11t'ja111i. l1111y111i c:lowy. 1.:d<>i.c11ic i.t' ''"""'('ll
Allschul, Ciish, .W„ Miller, W„ Myns I•„ W".tllt · I I .1p111.111, · . il „I. l'J!lll. B:i::ic I .oc.il \li1•1i111,'lil .')<';1rd1 '[' l S.i'., I ...• oo .. 1111m1il 11/ Aft1ll'rnlo1· !liolt1gl', 215: ·IO.l--10. Allsclml. TI. „. 'Sch'irl"r · , S.F I ' iVladden „ , . ' c · J\ .1\ „ /I·tang. ·J „ /I• 1a11g. ·/„. Miller, W„ :111d I .i11111:111 Il I 1'lll'/ (,appct lll ,i\S I and PSl--BI AST ,\ , · ", . „ · · · . .. . . '/·/' , ' .. llL\I· ,.tllll.tllllll ol jlrtlll'lll dat:1h:i::l' 'il':lrl'li lll'!l!'Lllll' 1\111 ·/ ·1"' I('/(,\ \ \(',\'('(//di, 25: .UW! ·102. ,. '" I ' I Allsch11I. S.I'„ llu11dsclt11h, I\., Olsc11, I!.. ' autl Jlw·t, . T. 'J()(I ( . Tl ll . \ „.,-,l1rn,1IHJ1l · . · 1)1 · .'>l:1t1•;tw:d · I "I , I' . . . ·oc.1 d 1g11111enl

.scon_· d1slnbti11011s. Nudeic i\{·ids

llayho!T, . M. l '!78. ,\1/11s o( l'rol<'i11 .\'1'
N.t'S<'tll'i'//,

Stmcltll'<'

p;1r:u11l'll'1"' f'n1

29: :IS I b I.

. \.'ul.

'1,

,

:-.11ppl. .\. IV:d1in;'.lo11. I)(· f\J:11io11:il

Go1rne1, I.

Jones, ll.'1.'.. 'foylm, W.IL a11tl 'l'liornto11, .l.M. i'N_i. The r:11>1·,1 '.'. <·11,·1·,· 11·1,, 11 ,,1 ll1t!l:lliu11 d;1t;1 111a11i1T.'·, l1ii111 prtlll'lll scqt1L'lll'cs. ( '.·\fl/()S, 8: .'7'i 1\2. . Ka1li11. ' S • a11d / \lis• t. ·inii , ,). "I'• l'J'ltJ 'I I · . , • iv cl 1ods lor :1sSl'SS!!l,i!. the !)!ati~.lil';d si'.:.111·11·,·,· 1111 ·,· 1 J I '"I I (I l!lll ITI! ;11 '•l'tJl!l'!HT Ld lll\.'S 2'].(l-1 X.

l\o;ki.

lY

11srng

),l,l'JH'r:d

scori11g sclll'llll~S. l'ru1'<'1'1hlll'v o/'1/1 1· . „. . Nutionn/

I .. li.
l'll\Sl'ól

BL1\ST hit i:,

nf1t·11 /li q

1\c·111/1'!/l\' 1 ·//'1' 0 ·1.111 .('S

ll!l'

!H·:1n'.•,1 111

l.'.•.lilH it1r .

l'i•ar.,on. W.R. llJ().~. ( ·on1parisun ol' llll'.llind'.'. 1·or SL':1rd1i11.11. 1n11tci11 scc111t·1i1·•.· 11,· 1,· 11·, . . , .· 1 1 1 1 · l 11 1!1'ill I f.15 ()(),

/!,'•;_,\.

/·

.l{J11111i1/

i'/

1 , .'J'f1'!l1·r·.

7. l'rzosw\liwanio b;1z dnnycl1 snk

235

·or

I' „dl.:-.Dl!, \V . I'\, .,!llt 11 , 1·1,111 ,.111 , Il .„I l'!'rn 11111 ,rnvcd 1ou\s !'or hiolo)'ical scq11e11cc co111p:1riso11s. l'r111·,·edi11g,1 ł,

I

1/1(' Nnriu1111/ ". I

.){.ill

'/.L

•

(\uttlf'Jll\' (fS1·it'IJ('('S ll.''-i'1\,

"I I I ,. 1• l<>p<,, "„ „ ,1q, .„

\ I „

I 11·di·i [V1 I '

"

.„,

3. W ali11ic1.Jl1•j 1'1111kcji kary 1.a pr1.nwy,

,

HS: 2·1•,l·I· ().

l
analyscs dD uol support hori1.nnt;d tra!lsler lrrn11 haL·tcria to Vl'ildH.tlL~'· /\olt11<,

·

·

I l;.ial:iiiie progrnii1IC> 1 J 1n1 b l i :,;I 1 i 11q . cum/ 1l L CJ(I :.; 1 u1.y.1 JCI Jako zadanc1 .„ 111 1·\ 1·\v·111 pr1.es1.11k1Wallla b~. „ \\, l11 -1,(..). S<: I\\\'l'llCjl . 1'11 ll't''\I '''. da11\1ch . .sd,w1·1ic1·i. . VY"niki J . . . , • d:\ '/.api>\~'11l' 1.awinnć· wszy.st kic. sekwencje hcksokina1.1. pl1k11, .1c_d11ak oproc1. n~ch \\'vs;. 11 !;a 11 vcli zo.<;l:lllic: wiek i1111ych sckwclll:ji pochnd1.:1cycl1 z rn1.nych galunko\:· 'vV jaki .sp;istih na ui.vskanc wyniki wplywa rml1.aj 11i.y_1cgo algoryt11H1 pr1.cszuk1wani:i llazy danych"' vV por\'lw11ani:1ch uw1.glt,;d11i.1 wy111k1 zwracanL> pr1.c1. progran1v Hl .i\STl', 1:1\S'1'1\. fVll'srch i l'St„J\l .1\ST.

I

wykor1.ystywa11cj przy wyz11ac1.a11iu dopa„ sowa1! sekwencji. s:\ :r.dcliniowanc: koszt 111worzc·11ia 11owcj przerwy ,1:"1'"" urnz koszt wydlu:i.cnia istniejącej pr1.crwy g„xi. Kttire z pon ii.szych stwierdze1\ jest poprawne'/ /\. (]dyg"""" g""' przerw powinno hvć nmicj, ale h1:d11 Olll' dlnJ.szc nii. wte1iy. gdy Xnpt·11 /:1',\t JL Ro;.klad dlugości pr:r.erw w wy1,nacz 0 „ ny111 dop:1sowa11i11 11ie zalc:i.y o;I .1~""'"' ( '. V·/ykor1.ys1a11ic ali11icrncj funkcji bry za pr1.crwy z:1111ias1 li11iowcj (tj. takiej, gdzie km;1.1 wprowadzenia pr1.crwy jest proporcjonalny do jt·j dli1gości) w al1 rytmiL' wy1.nac1.ani:1 dopasowania globalnl'go oznac1.a zwi\'kszenie zlo1.01rn„ ści ol>lic1.e11imvej /. O(N 2 ) do ()(;V.I) ]), !\lininna funkcja kary za pr1.erwy jest mlpowicdnia w pr1.ypadlw wy1.11ac1.:llli:1 dopasowa1i sek w1~ncj i nukkot vdowvcl1. , , ak· nic :11nin;vych 1,()-

4. Kttirc z poni:i.szych s1wicnlzc1i dotyc1.<1·

l'.v1ani;1 \I' lc:;cic dutyc1.q 1.agad11i,·1·1 porns;.a„ 11ycli w ro/d/„ li i 7. i. '/Joi.onusl; l'/.~\SU\\'a JlL'.\Vllt"go algoryttłlll wy1.11;w1.:mia dnpasmv;111ia sek wc11cji jest 11<·d11 111 tY 1 ), gd1.i« N j1·s1 dl11µ.t>ściq s1:1.• 1;·1:111:ji. I )o wy1.na1:1.1•nia dop;1sow:mia ,,.. k\\'c'lll'Ji "dli1guści )tli) n·s1.I p1>lr1.cha okolo ~.:\ scl~1111dy. l(l(1rl' 1. !H>11iis1ych slwil'l'tb·.1·1\ i•'SI popraw1w' 1 1\. W tn:sci 1.ada11ia 111owa j1::;1 rac1.1:j u al:•oryt 1nil' wy1.n:w1.a11ia dopasow:ni Io aJ;,v,·h 11i'i. )doh:il11vcli I\. l111pit•111c11laci:1 al1:1irv111111 11iv 1.11ajd1.ic pr:1Ltyc1.nyl'i1 1.aslo1:1iwa1'1 1. 11wagi 11:1 kl>1li•·c1.110Śl' rc·1.c·1w"11«1nia 11a Jl"lr1.1·hy 1>hli('(.t'1i 1.hyl d11i.1:j ilm:ci p;1111i1,Ti ( ·. (';as ohlil'l..1·n 1.wiq1a11y1·ii /. wy1.nac1.c

i.

tlit'!U dt1p;1~owa11i;1 :)1·Lw1:11Lji o dlugo~:l'i 1 _ .IJI)() l'l'.S'/.I 1" ok"I" lll seku11d I>. ( ".'.<>!· ()()() l'L'S/.I Io prn1ad .1.:-1 111i11111y

!„ R\lzwa:i.111y dwie sekwcncjt: DN/\: CAGCA'l' i CC/\C/\'I'. Dla oh11 sek wc11cji wyznaczo1m ich dopasowanie global11c, wykorzysl\ij:\L' sys!clll pu11k!acji, w k!(1ry1ll dopasowa· 11i11 idl'11iycr.11ycli rcs1.I mlpowiadal I pkt, d<1pasowa11iu ni:i.nyd1 rcsr.l () pk!, a kan~ za p1"/.c1w1,: o jednoslkowc~.i dlugosc1 hy~a row; 11 a 0.2 pkl. l~!«1re z po11ii.s1.ych slw1cnlzc11 j«sl poprawne'! . 1\. \V wy1.11ao.1mym dopasmva111u nic ma pr1.1:rw . . . IL Punklow:i 11ce11a dop;1smva11ia,1est row· na „J . ( ·. lslni1·j•\ dwa al!L1rna1yw11e dnpasowama, k11irych oc1·11a j<:sl laka s:ul\a • Il. l'11Hktmv:1 m:clla dopasmvania jest roll'· 11:1 .1,x

cyd1 dop<1S()\\'<11i wi1:losl'kwe11cyj11yc:h jest poprawne? /\. Moi.na wykor1.yslaL; 111e1ml1,· progra„ 111ow;111ia dynamic1.ncgo do 11tworzL'„ 11i11 algorytmu wyznaczania dopasowa„ nia wi\,LTj ni:i. dwóch sckw1'.ncji Il. Drl.L'Wo pr1.cwodnic w progra1nie ( 'l ,US'L'\LX jest wy1.11ac1.a11c 1.:1 pornoc·q n1ctody odlcglości11w1·j C. Drzewo przewodnie w progrrnnic l'Ll J„ STAI .X nic wplywa n:1 wyznac/.illll' dopasowanie D. Ws1,yslkiL· powy:iszc stwierd1.enia Si\ poprnwne

5, Oczl'idw;my

rozklad ocen dopasowa1i 111ctod1i1' llL!\ST j1~sl mzkladcrn wa1" lości cks1n,rnalncj, ponil'lva:i. /\. Wy1.nacza11c1 dopasowania 111t1g:\ zawic„ r:ić przerwy IL Metrnla Bl,;\STjesl przyhli:i.rniL1n1 1111· lody prngr:11nowa11i:1 dy11a1nic1.11L11 .o C'. Wy11iki 1.wracant: pr;c1. pl'O)ff:t;n 1.a„ wieraj:\ 11ajwyi.cj oc1111iom: dopasowa„ ni a mi1·d1.y okrcślo11y111i s1·L wc11cjan1i 1. ha1.y danych a sckwc11cjq w 1.apy1a11iu W

1

D. l'rzcszukiwa11ic bazy danych sekwencji

jc:sl prowadzone na podstawie prohah.ilis1yc1.nego 1nodelu dopasowa1i

<>. Rm.klad occ11 dopasowa1i z pierws1.yel1 miejsc listy trafic1i F(S) zwracanej prwz algorytm przcszukivva11ia bazy danych sekwencji, kt(m:go dzialanie obejmuje wy1.11ac1.:mic lokalnych dopasowa1\ między sekw1111cjq w 1.apyla11i11 a sekwc11cja111i 1. ha1.y danych, j11s1 ro1.kladc111 war1ości ckstre111al11cj: /•'(,\') ·== Ae id.\' 111 cxpt l' l.t.\' <Ws1.1:go wydania ha1.y d:111yeh h1·d1:i,· n11.ldadc111 warlości ekslrc111al111:j 1.: 1\. Jc-=:O,Xi i11==22 Il. A== 1.31) i 11 2cl ( '. A. ·== O. (l! i 11 === „J:I D. A. "' 0,(\L) i li ,~_l

7. Kt1irc /. po11i:f.s1.ych stwi11nl1.L11i jest poprawne? !\. kśli 11stawic11ia algorytmu pr1,eszuki„ w:mia ha1y danych sekwencji powo„ duj<\, J.e jest zwrncana dui.a lic1ha dopasowa1i z wysokimi war1ościa1ni /:', Io 1.apewm: jego d1.ialanic cechu je du i.a c1.ulość i 111ala selektywność . Il. Wartości /,; zwraca11c pr1.e1. algoryt111 pr1.eswkiwa11ia ba1.y danych sekwencji zależ;\ od 1m>dclu slalystycznego. jaki wykorzystano do oblic1.e1\ prnwdopodo„ l>ic1\s1 wa dopasowa1\ lusowycli sGk wencji ( · 1'11nktacja :: nie jest 11:i.ylccz1H1 111iar;1 statystycznej istotności lokalnych dopasowa1\ wyznac;r.anych przez algorytn1y 1n·1.eszukiwania bazy danych sekw1·ncji, poniewa:i. 1nog:1 hyć one wyz11aczanc je„ dynie dl:1 n11.klad11 11orn1:iln1,go, a nie nl'/.klad11 wartości l'kslrL'lll:dnc:,I Il. Ws1.ystkie 1. powyi.szych s1wierdze1i są popr:1w111'.

a,1 .• Zro?,UITl.i()Ć drwwa filonnm:łycwo 237 (a)

korze O

(li)

.IO ml11

7 111111 (i\)

1111

J{ys. S. l. l /Lor1.cnio11t· dr1.t·wa z osit\ . .

I;\)

). , , , .· .• . . 1 I /.l \\ (l (1 p11pri.c•i. 0wohod11y ohrol poz1 0111 .yc·h I'' 1 , . , •\( lll.l\\d :i)l(l)St\f
., Wyohn'.i.llly sobie teraz, i.l'. cltwyta111y dr1.ew1i i.:i kur/.l'ti i i 01. 11,. . ' . ,.. się wokol osi pionowe i·. N·i rvsunłii " 1(I ) „ 1 . _I · .tl.1111.\ /'..tli,.1.10111 kn; , · ' . · ' n. 1 p11.n st:1w11H10 wdn 0 „ 1110 .- 1· I I .. . . klorc mogłoby 11owsl:it' / dr!l'\\''I ,, ('I) .k /. 1. 1w_\.'l" 1 11 oZL'll. · · • ·' 0 · 1 • w wym ·u ł'l\ll'il 1 s ' I I I · . oczywi.żliwo<'ci iii·;, . . . . ' . ·\\O HH nyc I (lhrnlow. lsl111cje · · " .l <1~, 1.lWll'lll„, (" 1 moi.11:1 pr1.cdslawić w dowolnei· l'oriil·ll' . I /.l ''"· . li.ewo tl< pc.~m·1ycz1tL' . " · 0 ' 1t IC!!o a 1<·rn:llyw11, r. ·, , . .- 1 takq sa111q łopolo!!i<,'. Miillo ie isliii· , ., . · ' .: ' cptcl.L lll.11.Jt' ><,'d:\ 111.1ały : • • • • c' • • L 1l \VI(' 1l' llllll 1yJ1kacp 11 ·• : · · · · 1c1.1 łaktL', ktoryclt wprowad1.ać ni, 111 „ . I' „ 1·1" I .. 'o11. 11101.11.i 11p1ow:1d1.1t'. sq .,.. . l o1.11.1.1;.y,.1(owo11·1rvs''lt·1) .-, . 111c llllL'JSL':tllll liście (·i Il . , ·, _., -. . . . , . ' . · · '" • 111u1.L111y z:11111L" " ".. , . ·'" 1c lllL 111u1.u11y 1.a1111l'.111c l1sc1 Bi ( '. (Z\ sto ok1-cslc111e l·zasu rn1d1icle11i·1 ... · · · ' ·SI.\' 11·111"1 L'Wo I111·vp1yc·lt '" t 1111 I · . . I · danych 111olckularn)'L'it ·cst łrudn, (". „ . . ·· : ,„.i ,011 lid IH" sl:1wll' .1 . l. / ..!Sdllll JCSI /llail:I 1·01<·111 lŚ: \ . I . : ' •. '· L „pu.Jdcp. :1 l' 111c1.11a11,1.' pozostaje doklad!I)' CZ'lS ich \·l'Y"ł' . , -. \; 0 • '' • • •IPILlll.1. " 1 la 1\IC 11 przv1]' 1li .1 ·I 1 . .. . " " " L lllo1.11:1 :.ko11slruo1.v:ic ukorze111one dr1.ewo w J·ii'>r)'lll li . l 11gosc1 !!.a 1\'I.I 1l\'.d:\ dowolt , / \ 11 . I" -. . · ' netvcznc 1i·tle;i,, 11, ·,. · · . " Il· " 11.llJ•\l' dr1.nva lilll"(" 1~c WICl 1z1ec L'/\' dlu«uś" ··I 1 11 • I „ · J • ' • ·J . . · I" W .. I " I, „ . , . " ,,. 'LI Il ie.I\ I.I 111:1_1q Sc'll:; h1olo~~il'/.llV. IOl.l Zl.t l ,IS.\ onH1w1011c odll'~lo~ci cwolt1. i· , I,.- , . „ .. , . . d:mycl1 !~ału11k(>w ewoluow·tl)' \\' '" l·„ L)Jllc .. LI.lit ws1.ysl.k1c sc:k1VL'.11c1\· 1. l1;i. , · • · J I I S.!lll)'lll łCll!JllL' Io() llcol :" , · I · · parąsekWLllll'ji sq prnimn:i· 011 .tl c dii l. . „ · " . t ,„.w;ci c.\\·O 11cv111c· pl11111,;di.y • 11 1 1 1 1 1 . · · ' · · ·' '· 1,1 ,1 lip y11·1I od ro •di ·I, " · · I 1- ·· :" I ._ . ' '· .IL c 111.1 S!•,' ie l lllll l'Wo· Iucy111ych. W l)'ll111rz"1i·1cll·1 li . ._ ._, • '11 11gosu t 1,a v1.1 llllli''\ hv 1'. r 01111 · , · „; „. 1I · „ ~"' : " '· 11''1. llll\' / 1.:1r:liow:1111l'lll odpow1cd11ich prnporci'i .1 W•'zl,·· i .„', „· . . · ·' ~" '- u.n1.L l1.yl1 111w1sc·1 ro;o·tl „ ·, · .-. . elyk1e1a1111 01.11 ac!'iJ"ll'"llli , : _. : ·. ' .,„ \ 1.1u1. 1110111d l>p:ilr:;.vc. , "·' J lll 11 L/', 1llSLI C\VOlllL"\'flll' ( l11ii „ · · . , „ .-, · · . 1. \Vop1sa11cj prn1ii.cj ltlcł()(l/ic lll'('f\." \ .. . :· . " „ci..is \\)ld':'lll)' ' tllllio11:wli1:11). 1 1d( 1d Sil' /(' Sl'I \\''li. ' . } 'I/ /.i\ . I I samym 1L:11 111 iL' ul . , · . · •' „ · · ' ' Cf<. <.'\\\) 11011•:1 v w ly11 1 . . \ 01 1.Ull\lll)'lll t 1l"/.L'\\'ll' W\'/.lliti· . , . 11 l.<>11.s11·1JI, '. . ... . '111 1 1..11111:isl l'/rc doprowad1ily <.lu ;n,·· . . „· . . . . '·IL_ Il'" 1111·:1.<«; 1w1.lw /llti:111 I„ . . /.111ui11-.1111:1 .'iL'k\\'<'1w11 oht·c11i" i.·:t11i<'j;ic·yl'11 <':ilunl«iw. l'r1vl ITI t·1I ·,, " \ 'l ' \ l("O ( I 1.w:1 pok:i1.:1110 11'1 I\"; ~ ) ('I \ .. .. rysu11L:k lid rvs :) f('I) ,.l'"I I .-, . 1·< . ' ." 'o 111 •. l ll'< il.\ ""1"'111.if.\' .1 t.-11 . · ·· · ' ·" pu 01.c'lllL' I'.('! od1>•1\\Tld· 1.. , ·J I · 111cjqcycl1 !!:ilu11ktiw l'r: :11· I ' ·I·.· . ' "-•\l_\( l :,l',\\·('il(J"111 "''•·c11i.- i:,1 li , · · . · 1·.'r ' dl l >\\o !'d •\I pruw:1d1.qc:1 11;i rv.c, :: ' I I . „ ._ •. l1tzs1.arnl;.!ał<,'.1.1prowad1.:1n.·jdoD l·"·I·. ,,11„<11.id()( .1'·"1 lotllu!!o:;ci ~:1!11"1.i prow·1d/·1,-'1· ·Il I ..(L.1t 11/. L l/.LWu11_1c:,t 1.w1:va11:1 (>:·: ,„1.:1:<1111_\::. :·:.11. '· ' ' ' . ( l ll I lllll.':1.:1 h_\'L' 1:11.ic :.:1111<' {'tl!lil'\'. ;i;
cie

Strnszczenie W rozd/.iale tym 0111awia111y glt\wnc 111ctmly ku11struuwa11ia drzc·w lilogt'1H.'lyc1,11ych na podstawie :111ali1.y sekwencji hialek l11h l'.e1H\w: 111elody udlcglw:cimvt', lllL'l()(I\'. p:1rsy111u11ii i 111elodt; 11ajwi1:ks1.cj wiarygodności. Ro1.d1.ial 1.awina porów11a11ir.: wy11ik(1w 111.ysk:111ych 1y111i n1el0
obcj111ujc 1.estaw rnctod po1.walaj<1cycl1 wykor1.ystać inl'orrnację 1.awartq w sekwencjach arninokwasowych lub nukłeotydmvych do konstrukcji

Filogenetyka molekularna

drzew filogenetycznych. Badania lilogl'!lctyc1.11c prnwad1.011c dla grupy sekwencji

ho-

1uologir~1.11ych pozwalajq odtworzyć ich histori1: l'Wolucyjn:\, uw1.gl<;d11iaj:1c kolejność specjacji 1. Wyniki hada11 są 11ajc1.1:ścicj prC1.cnlowa11L' w postaci drzewa lilogcnctyczncgo. Istnieje wicie lllctod krn1strukcji drzL:w. jednak 1.<111irn po1.11amy

je

szc1.cg6lowo,

rn11L'l\vimy rói.11L: sposoby pre1.enlowa11ia drzew orni. spos1ih i111L'.rprctacji sa111ego drzewa. Najprosts1.y111 rodzajc111 du.ewa lilogenclyczm·go jest

drzewo u!wrzeBimw '/.wy-

r1\i.nio11:1 osiq c1.asu (rys. g_ 1(a)).'/. analizy tego dr1.ewa wynika. i.t' g;1lt111ck ;\oddzielił si1; od gatu11k1iw B, (' i D po11ad '.\O 111ilion(iw lat łl'.111u. gatunek I\ odd1.iL'.lił si\: od ga-

łt111k1'>vv ('i D 22 !lliliony lałl' temu ora1. i.e galt111ki Ci[) rm.dzidily się 7 rnilio11ów lal ternu.

Korzeniem

drzewa _jest 11ajstar:v.y wsplil11y pr1.odek rn1.wai.a11ych gat1111ków. Jest

I!> jcd11oc1.cśnic najwc:;.dnic~js1.y punkt na osi czasu zwi;izancj 1. 0111awia11y1ll drzewem.

Długości piu11mvycli mkit>k<'>w gal\'.l.i dr1.cwa Si\ propmcjo11al11c do o.as11. jaki uplynqł 111i<,'.d1.y poszc1.egl'Jl11y1lli spccjacja111i. I llatwia lo i11łL'.rprełal:j<,'. dr/.L'IVil. 110 widać spos1ih, ).l' gal1111ki (' i [) s:\ 11;1jhanl1.icj spokrew11io11c cwolucyj11ic. a

w ten

gału11ki /\ i D

11aj11llliej. I )I ugości po1.io111yd1 odci11k1)w gal(;;:i d1"1.t'\\'a 1. rys. X. I nil' 1ll:1j:11.11aczenia.

I )uhr:1110 je w taki spos1ih, ahy relacji.: nvolucyj11L' 111i1,·d1.y g:1l1111k:1111i 11:1 dr/.L'.Wic byly 111oi.liwic najh:l!'d1.ic_j czytd11l'.

„

··"

·

„ '· '

„. ..

„.

w

„

,„,, ·, ... · "'

1

a.

Motocly

1 ~ vs. ~).2. \ Jknl'l,l'l\ioill' d11cwu. w któ1.·ym dltif.DŚĆ gnlęzi j1.~sl pro~ p<·m·j1111al11a do lio.liy z111ia11 t'1Vol11cyp1ych

((')

l'/.<1s11 /.an\wno dla gatunku C, 1 ·Io tyll'..s·1111<1 ' I . I . . . I li11ll l'W," ro1.11 u ' . " .· . .· ·(l\\ICJ(.ll.J\\' drzew· i lilo<>cnetyl:/.IIC są najczę. · · ' "" . . l.w1ą1a11a 11;111·li 111s1.a g.i·I·· .\!. lil"/L'W'l) · '. : 1· tyc . 1l. il :.cicj pn:1.t·111t11V;1m· wla~inic w 1ak1c.1 postaL'I. .

„

.

·

(:<)

')

(c)

(l>I

i'\'

I(

. . I " (I) i (c) ornzdrzc· . .· . . ~· . ~ ) ·;cks;J;dcom• \\' t1L. :~ .. ) j1l'/J.'/, Ulllit·~~/.C/.l'llH' \{)r/,l'lll(I lid I.'' ' ' · ( ' . . . ,

Zrozumioć .drrnwa łilc1nn11ulyr:1.1rn

239

Warto 1.auważyć, i.e wi~·kszo.~L; 11wlod tilogcm:lycznych umożliwia wyznaczenie drzew nieukor1.cnio11ych. Na rysunku ~Ll(a) przedstawiono związki ewolucyjne między nnalizowanyrni gatunka111i w postaci drzewa nieukorzenionego. Cztery obecnie istniejące gatunki, z których pochod1.;1 /'.!lanc nam sckwc11cjc objęle analizą lilogenetycznq, ·są przedstawione jako liście drzewa. Wcw1wtr1.11e wq.ly dr1.ewa (oznaczone jako i i j) odpowiadajq pr1.odkorn odpowiednich gatunków, k16rych sekwencji nie znamy. Dl11gości gal<;;zi odpowiadaj<\ odległościom ewolucyjnym dzich1cych poszczególne sekwencje. Najwi1:ks/'.e Zllli;111y wys1:1pily rni1~d1.y gatunkami i i !\, a naj111niejs!'.c między galuni;ami j i D. Po:r.a oc:r.ywistym stwicrd/.eniem, :i.e gatunki reprezentowane przez wę1.ly wcwnęlr1.11c musiały islnicć przed pmvst:micm wywodz;1cych się z nich gatunków, nic rno'i'.na niczego powiedi'.icć o kolejności posl'.C/'.egc)lnych specjacji. Innymi słowy, na podstawie analil'.y takiego dri'.cwa nic 111oż.na stwierdzić, które /. rw.galp.ic11 i i j hylo wc1.eśnicjs1.c. './.auwa:i.1ny n'>wnicż, :i.c chociaż dlugość gal~·zi jest proporcjonalna do liczby :r.aislnialych l'.lllian nvolucyjnych, Io jednak nie llloż.1rn wnioskować o kierunku zachod1.cnia łych /.n1ia11. Dr1.ewa nicukor1.c1mme 1.awicrajq /'.atcrn 11111iL'j informacji niż drzewa ukorzenione i z tego powodu warto przcdstawial: wyniki analizy tilogene1yc1.11cj w postaci drzewa ukorzenionego. Prf.cks/.lalccnie drzewa nieukor!'.cnionego w ukor1.e11ionc sprowadza sic; do uslalcnia poloż.cnia kor1.enia drzewa (tzw. ukor1.cnie11ic dr1.cwa). Zadanie to 1nożna 1.rcalizowal:. wykorzysluj;\C dodatkowe inf'ornrncjc dostępne z analii'.y skamielin, wc1.cśnicjszyl'11 badati li logcnl'l)'Cl'.nych prowadzonych na podstawie danych morfologic1.nycl1 Jul> te:i. odwoluj;ic się do „hiologiczncgo' zdrowego r01,s;1dku. Ukorzenienie drzewa obcjrnuje uslale11ic tzw. gr11py zcwrn;lrzncj (ang. 011tgm111>) -- zwykle jesl lo gatunek, klóry jako pierwszy oddzieli I si~~ od pozostałych. Prrykladowo, w przypadku lilogenc1.y ssak(iw loż.yskowych jako grup\~ 1.ew11ętr1.nq wykorrystuje si\~ ct.\~sto torbacze. Zgodnie z posiadaną prze/. nas wicd1.;1 biologic1.11;1 spodziewamy się bowiem, że ssaki loż.yskowc są ze sob;1 hl iżcj spokrewnione niż z jak irnkolwiek przedstawicielem torbaczy. l\lloż.emy zatem 11rnieścić korze11 dr1,cwa na gal\~Zi h1c1.;1ccj lorhac/.e /'. c1.ęścią drzewa opisującą relacje n1i1~d/.y lożyskowcami. Istnieje wicie rM.nych możliwo.~ci umiejscowienia korzenia w nieukorzenionym drzewie. './.akladaj;1c, ż.e 1w rys. E.3( a) gn1p;1 f.cw111~1r1.ną jest gatunek A, możemy urnicściL( korzc1i na galęi'.i lqc1.;1cej i z gatunkiem A. l\lloż.emy wtedy prf.cks/.lałcić drzewo nicukor1.cnio11e w dri'.ewo ukor/.cnionc prl'.eds1awio11c na rys. E.2. '/,drugiej strony, uznanie za grnp\~ f.cwnętrf.11;1 gatunku B prowad1,i do ukorzenionego drzewa pokazanego na rys. K„1(b). Jeśli umicści1ny korw1i drzewa na gałęzi l;1c1.;1ccj węzły i i j, Io 111.yskamydrwwo przedstawione na rys. E.J(c). Oczywiście wszystkie drzewa/', rys. E.2, E..l(b) i 8J(c) są rM.11c, ponicwa:i. ka:i.Lk- /. nich w inny spos(1h opisuje przebieg ewolucji analizowanych gatunków. l'r;;.ykladowo na rys. 8.J(c) gatunki ;\ i B lworz;1 grupę, której przedstawiciele- Si\ bliżej spokrcwnic.ni ze SDh:1 niż. 1. gatunkami C lub D, podc/.as gdy i111crprctacj;1 dn.,·wa z rys. E.2 wska1.uje na to, ż.c gatunek /\jest niwnic odległy ewolucyjnie od g;11u11k11 B, j;ik i od ga1t111k11w ('i D. Zauwa:i.my jednak, że wszystkie trzy llkorzcniom· dr:r.cwa odpowiadaj;\ LL~m11 Sailll'lllU nickor1.cnio11cmu drzewu. kśli chcemy prl'.cks1.lalcić 11icukor1.1~nilmc dr/.cwo w drf.cwo ukor1.c11io11e, a nic zna„ my grupy 1.ew111·1rr.1wj. lllożemy wy~orzyst:ic; li'.\\'. mciod'i punktu środkowego (ang.

240 2~1

lllidt1oin1 metod). Obejmuje ona uslalenic w drzewie najdlui.s1.cj gah;zi ląc1,;1e_cj śeic i ulllicjscowicniu korzenia dok lad nic na jej środk11._ Zakl:1l_la su,'. prt.y tym, 1.c tempo ewolucji w obu częściach podzielonego dr1.cwa .wst takie samo. Kiedy dri~cwo ma promieniście rozchodz:1ce si\: ga~\:Zit:, jak na rys. g_.3('.1): ocz~wiste · jest, :i.e jest ono nieukorzenione. ('i.asami jednak ro1.1111cs1.c1.c111l'. galt,:1,1 1 I 1sc1 w n1cuko •.· r1.enionym dr:r.ewie mylnie sugcrujt: istnienie osi c:;.asu 1.1V1w wvwud1,; 1cych si\: od wsp<'ihwgo pr:;.odka. Na rys1111ku g_.\(h) kladcm są za. ;.ówno !'at 111;ki (' i r), jak i /\, (' i I>. Za11w;1i.rny, :i.c gal11nki /\ i C nie lworz;1 grupy 111011olii:'.lycz11cj. prn1ic.wai. w dr:r.cwic nic 111a lakiq!u w,::r.la. 1. k1t\rcg~1 wychod1.ił);by li nil' ewolucyjne tych i żadnych innych galunk!'l\v . .lako klad 11m1.na row111e1. 111.nac ~~ spośr(id galt1nh\w opisywanych pr1.e1. dr1.t'Wo. ktt'1rc sq hl1i.c.1spokrcwnwnL:1.c sobą n1z 1.jaki111k;1lwid; 1. pozostalych gat1111ktiw. . .. . . . Wsi.ystkie drzewa on1awia11c do tej pory były d17.cw:mu lnlm·kaey,1ny~~11, czyli l;1kirni. ~v klw. ( '1.1,·sc1CJ .1cd11ak _1sl111c111c ';ę_zlow irniltifurkacyjnych wynika 1. braku 111 oi.liwości precyzyjnego okrcśk111a kokJIH~sct w.~~ 1.l(lW hi rurka~v jnych .poloi.unycll hl isk o siebie. Drzewa 1111illi1"11rkacy.111c zmv1craJ0!11""1111""tl1yk·1 dr:r.ew l1logcnelyc:r.nyc ,, L_. ' ' ~. '. naukowa, 11aka1.11jc puhlikowa11ic dr1,cwa hil'11rkacyjnego. 111.nam:go pr:r.CI. mlpuw1t~d111.ą n:clodv " · Ina\I 11101.11.1 „ · wy1.n, · ·1 L/.) „ 'l' L ll""'C'\\''I '"\ 111c1n:d rownie do·, 1.;1 na.1lq1s1.e. ( ·1.asarn1· JCl ,, • '. l·tt\1·e ~ "'. .. „ . „ •. brc. lnl'SC · · pos1.c1.t·gu . ·i 11.\'C·I l rnz•to' 11·11~11 ia w publikacji.~ kilku :illcrnalywnycil dr1.ew. \V1:1rygu1 · · .· · ' .· ·· · :.-. ·I l"I" (I lr)/(I/ '>·I) l11h warto· 1.1cn w dr:r.C\l'll' lllU/,l' hyc op1s:111a w.111osc1.11111 llH\ ·' 1.1p Hll ' · ·· ' · . . • · · pr:iwdoprnluhob1e11slw;1 · · · I·1„ ''"' '' '' 1. (•.,'"i ::1:1;i :1 (lllS[c·1 .·mr1· ( prn I·101.< „\ ·'" ·;d· · .i 1"/'1 ." ·s1t' .' • ze 11c11nc , , 1 an.iii· · · 1· o lym rnw111 · ·1···!. 11.i·I c·iv c·0·:;ci dr1.t:wa S<\ wiarygodne ;1 1111H' nw "' 1i·1111wt·1c ' ' ' 11rz) ·.. . 1 zit: dr1.t·w liluge11clvcz11ycl1. l1Hcrprcl;1cp1 op11hlikow:111yl'i1 d1·/.CW wylllaga spuicJ
1

1

::ccplycy/11111'

8.2. Wybór sekweou:ji Wybór sdzwt:ncji do bada1} lilogc11e1yc1.11ych jcsl .ciciślc zwi:11.any z py1;111ic111 o biologiczne podstawy procesu, kt1iry ch,cL'.111y zro1.11111it•ć. Jeśli jcslcśllly zai11len:suwa11i filo-· ·genezą konkretneJ grupy organ11.111ow, lllo:i.cmy wlaśl'iwic wybrać dowolny gc11, kt(1rcgo analiza sekwencp po1.wol1 nam ustalić kolejnośl' specjacji w tej grnpie. Jeśli jcdn:ik i11 tcrcsuje 11as ewolucja 111olckułarna ko11kretnego gc1111 (grupy gt'IHiw). l" h;1d;111iarni 11: 1j prawdopodobniej olxjmiemy sckwc11cjc właś11ic lego genu (grupy ge1Hiw), pocilod:r.;1,:c z nw;i.liwic du:i.cj lic:r.hy ró:i.11ych galunk<1 sckwt·11cji, a taki.e prccy1.yjnic os1.acowac' d1.icl:1ce je odkglości ewolucyjne. \V:1r10 /.d:1ć sohic sprawi,'. że znane obecnie metody lilogcn,·1yc1.111: 11ic daj;1 wi;1rygod11y<:l1 wyniktiw. jl.'.~li sekwencje ohjt,'.k a11ali1.ą hard1.o si,· od siebie n\:i.11ą l"akl lt'11 11:1ki.y 11w1.ględnić jirzv wyborze sekwencji do hada1\.

Rys. B.4. l'r:1gn1L"l!l dopasuw:uiia wil'iosd,wc1iL"yjnc·1•.1i so111u nac1,t•lnycl1. wil'Wit)rccz11ik1'1w i gryzoni

l'.L'll<>11· L11duj:1cydi rl~!,I.\ ni;rlcj l""'.i<'d1t1Jc.1Li ryh"

l\0111pu1erowc progr;11nv wyL(lrzvsiywam· w ;111;ili1".ic liługc·11ciy<";;1w_j 11·y111:1,u:1j:1 zwykll' podani:1 jako da11yd1 11t·jśl'ill\l'Vc'h dup:1s()w:111i:1 wi1·i":;(·l,11·1·1wvi11<"'"· /,;1Ll:1d:1 si~. i.t· 1111klc:utydy (l11h a111i11okw:1s1·)· 11;1 k:1).tkj pu1.yc·ji l:iLi"!'.() d1qi;t,!l1\:1111;i 111:11:1 W.1pól11q his1ori1; cwol11c·yj11:1. Nicspt·l11ic11il' lego 1;iloi.u1i:1 pww;1d1i ,J" 1vv·1.11;w;1·111:1 hl~dncj lilogcn1·zy. \·Vy11iki d1.iala11i:i pn>)!,r:111H;1V :.l()S()\\":1111•1·11 11 :11i;tli·;.i" lil
oclleolości owoJ11cyjnych i 1110locly analizy s1<11pisk

. I I, ·1· <.· i· 1'11"L'J"'I"' tych l'nw,1m·11t(iw wyslcp1q:\ Il.I ' "1~rnpy hl1skn spokrc:wrnonyc ' ' " i rn"'.rn1z.n1ow, I L,, ·::„i.:w„111.·1" :· . :,:1 . do:·._v< . , krn1.,u ·· „ • .w,1!) . , , ll' IVlo'i.iia 1.auwai.yc w1de po'l.)'C.JI w
'

·.

·>: .'"

„

·

·

„,. "

1

"'

.·,„

· T:ihtb :LL l\\;i:;ytil;;ll'ji! taksorn1n11t.,"/.lla \\' ty111 !"t1/d/i;11\'

t ·I' J.1att1ll\l)\

ll'Y"l•·i1uj·1cydi . ·' \ -' .

w JH'!.ykladach omawianych

( ialllnki

,.„

243

nenu wysl~~puje kilka frag111c111óvv o dui.cj '/.lllic:nności. kl
W tabeli li. I 'l.awarto nazwy gatunktiw. '/, ktc>rych sekwencje wykorzystano w opisywanych badaniach. SekWL'llcjc pochodzq z galunkc)w reprezenlujqcych główne grupy naczelnych. Podzial galunkciw na grupy laksonorniczne odpowiada klasyfikacji NCBI (http: I /www. ncbi .. u1m. nih. 9ov /'l'axonomy I taxonomyhorne. htrnl /). Glówne grnpy naczelnych Io Sil'l'/>.l'irrhi11i (lemury i gatunki_ spokrewnione), 'fo1:l'iid11e (wyraki). l'/11tvl'l'hi11i (malpy szerokonose · nialpy Nowego Swiala), Cu1orrhi11i (rnalpy wąskonose ·- malpy Su1rego Swiata). Doda Ikmvo uwzględniono dwa galunk i wiew10rcczników. S;\ llJll' przcdstawicicla1ni rz~·du S1'11111/c11ti11. kl\iry uwai.a si\; za blisko spokrewniony 1. 11;1czcl11y111i. foko grnp\~ '/.l'IVJH;trzrn\ doda110 dwa gatunki gry1.oni. Stopie1i ich pokrcwie1is1wajes1 ni:i.s1.y. chociai. 11:1podstawie11aj11ows1.ych hadar\ filogcnctyc;,„ nvch ssak
M11s11111sni/11s (1nys1.l

(,,„;11 l'"l<'l'il11s

IŚll'inka llHll',Skal 'liirinit1 l>dong!'ri (wit'.Wit)rt~cznik pt')lnocny) 'liit•lliu 1111111 (winvit\r,,cz11ik olhr1.y111i)

1'1:(1."/,l'llh.1 f.<'lllll/'l'(//111

S!l't'/JSil'l'/1i1!i

(lemur

ka1tal

8.3.1. Wyzm1czm1ie odległości ~}Wolucyjnych

( >1t>lnn1tr (Tflssi1·,11ulu111s (galago gr11htlogo11owy) lill:l'ill.I' .l'l'rid1111 (wyrak lilipi1\ski) '/i1rsi11s /111111·w111s (wyrak zachod11i)

fftrsiitlflt' !'lt!f\'JTllini (lllalpy l'lowvi. .11 Swiata) 1

1

'«hidr11'

l

'111/iufrliidr1"

(sald hialolicn) ( 't'/>11s 11111·1/11 (kapllcy11ka o.uhala) 1\/011 111111 Sl'lli\'11/11.1· (wyjec rudy) i\11'/„,1· .1·11. (u.epiati I /'i1/i"l'i11 t>iliil'l'i11

< '11//i1/1ri.1 1•.1·g11111"11 ( 111arn1<>1.e1a karłowata) J. 1·ontoi1i1/ll'l'lts rosolio (rn.:1nJH)Zela lwia) < ·ot1fl d1i11i ! rn:dpy SL1rl'gP '.-)\\'iat;11 i

·1-rc·(l11itl11'1·idn1'

Ntl,\Ulis lt11Tt1/11s

(nosac;

st111daj~~ki)

i\/ll<'il\'11 /llli/i//111 11'1'/llS) f'll/!I"

/lrlo/ir11ido1· //0111/111'1/1{1'

/1u111l/llr\'lls (pawia11 plas1c1.owyl

/il'lo/111/e.1· /11r ()•ihn11) l'ou.i:oe.\·gmu('11.\' ,
/'u11 trnglody1t'S (s1.yrnpans) /!(/!/ f1111li.\"("/{S (.'i/YHIJl
\V rozdziale 4 0111awialiśrny różne metody ohlic1.a11ia odlcglości ewolucyjnych. Wyhcir modelu ewolucji. kl
244

li.

Metody liloom ..

oclluulosci owolucyj11ych i mutocty analizy stwpisl<

245

o wykor;1.ystywanej przc1. nas skali odleglości ewolucyjnych daje odczytana z rys. . 85 odległość międ1.y o.łowiekiem a szylllpanscm, która jesl r(l\vna 2,77'!/u (tj. 2,77 podstn, wici! na 100 res1.l). Naj11rniejsza odległość w macicrry Io 1,4<)% po111iędzy szympansc; ,; · 1 i szympansem karłowatym, a najwięksi.a odległość Io około 20% po111ięd1.y orangutancłl{< i nosaci.em. Odległość od mys1.y do naczelnych (dane nicpok:v.anc) to około 26-30%

W rzeu.ywistości sekwencje mitochondrialne L:woh1uj:1 stosunkowo s1.yhko. Gdybyśtn; w badaniach rozpatrywali geny j;1drowc, uzyskanL~ pr1.cz nas odległości dla tego samego zbioru sekwencji genów hylyhy 1nnicjs1.L:. l'rrypo111ina111y tutaj. i.c przed wyznaczcnieni odległości pokazanych na rys. 8.5 1. dopasowania wiclosckwcncyjncgo usunięto frag. rncnly o największ.cj 1.111ic1111ości, które u1.nano za malo wiarygodne. l'rzcprowadzcnic takich samych ohlic1.c1\ dla kompletnego dopasowania, 1.awicrającego te hard1.o zmienne fragmenty, dałoby w wyniku nicznaczniL: wi~·kszc młleglości cwołuL:yjnc. !l(\.'idl''.'

!lu:„1•''.'

l',1Hi,1!1

l :.~ !l '1 0000 .O'.J
""

:·u: l 1 \'.-.łl

i;1!,1·11

o

(>.


()

()

[····:'.lł:,

!l.0000 o. L>~ Il 11 o . .I 1l '.'1!l

(iil,1111

o. l '/Ol

Il.

( q .i11q11!

o.

Il. IBI./

u. !'/'.)'•

o.

(;<>ł'/l

o. 1 Il ~i()

o.

l (i'/.!

u. Lfi'i 1 ,

! t1'-:I i< ·I:

o . 1 fJ ~-»~

o. l'/\ll

'/Jl\f•cl!ll:

I)._\

ll. I ~) 'J ~ i o. [{,\'/ n. \fJI!!

o. o.

l',1.,,1i;111

;;;

' ' .!I!! ), ' ! l ~

I. o

~~o (1 ::

)/l•1

I ·;'.io

()

\ tl'/ I

WJIH tl,0000

o.

o.

I

/J!)

l () :~ "/

O. 1 rJ·;-;

i)

(I! <1IPI. : ~ (l

1'/11!

!);~

!••\·i.

''"''/I ()

li. !'1 11'l o. l ) lO

1'/ll·l

(I

l 11 I"/

11.

J1;:;']

o. 1001

o. l 072

ll. O'JOO o. tl ~ ~) ')

[). 0091 o. 0:172

0.0:~77

. 02·17 . 0149

! ) l!I

u. I .I [ ) ~ I

li.

u. ooo o

O. I) liO

u. l OliH

o

l llJ(,

I ::HO

o ooo

O.O!IP1

()

1)1\)1,

I Oli!! ! I OCJ

,OW/ 1 1

o.()(){){)

o .O'ł"J\ o.

O. I OO l I)

1 ru:~

o.

0_1·11

(\li{)()

o

o \()t)

O. OH'1 J

lJ

o l"i:'.

(). O!!'l'l

u.

k.

()

1111)

o.

~; :: }'!!\.

I uti {

()

lb"ll

o.

:::',','llljl.

l f\{dJ !tJ'l•l l (, ~-) :,

()

i)

0000 O)FI


())")'/

o.

0·1,1q

Il. 1.·190 o. l ~)!Jl o. i

sn

().o ooo

RyH. l!.5. Macic1'l m!kgluści J(' dla wyhr:lllych sckwc11cji rRN1\ 11:1 rys. 8„1. M:l('in1. 1.oslala podzielona, aby wskazać 11ajważnicjszy pud1.ial w gr11pic ( 'a11mhi11i: pod1.ial 11a 111alpy Siarego Świata i 11ialpy czlcko· l;sz1al111<:

Macicr1. udłcglości mo:i.na wykorrystać jako dane wc.isc1owc w melud1.ic analizy skupisk. Algorylln anali1.y skupisk d1.iala w nast~:puj;1cy sposób: I. Poł;1e1. 11ajhłii.s1.c dwa skupiska w jedno wi<;kszc skupisko. 2. Ohłicr. odlcgło~ici pomi,?dzy ws1.ystki111i skupiska1ni. J. l'owlarzaj kroki I i 2 do 1110111e111u. w klc\rym wszystkie gatu11ki 1.osla11;1 połączone w jedno skupisku. Na puc1.11tku sekwencja genu z ka:i.dcgo z ga1u11ł\tl\\' si anowi jL:d11oclernc11towc skupisko. D1.iałanic algoryt111u analizy sk11pisk sprawia, :i.c stopniowo łio.l'łmość sekwencji w skupiskach będzie rosnqć, a lio.ha skupisk rnałcć. 1\nali1.a skupisk była wcześniej olllawiana w ro1.d1„ 2. W tym rozd1.ialc pr1.cdstawia111y wykur1.ysta11ic tego algorytmu du wy1.11aczania dr1.cw lilogc11ctyci'.lly('h w 111ctodach: śrcd11ich puh1c1.c1i (ang. 1111weii:h· tcd 1111ir gm1111nwtlwd11•ir!t orit!tnwtic 1111'1111, lJl'CiM/\J ura1. prryl;\o.ania s;1siad6w (ang.

111·ighlwr)oi11i11g.

8.3.2. Metoda

[\i.I).

śrnclnich połąc:rnl1

IVletmla ŚrL'.dnich poląo.L~ll (lJl'(il\tl/\) nalc:i.y du rud1.i11y nwtud liicrnn:llic1.11cj a11ali1.)' skupisk opisanych prze;. Sncalha i Sokala ( I
IJ.0()/.1 0.0~1>'•

ll1'/.e\\'o olr1.y11m111· 1.a (lilllH><"I llll'ludy• lli'(il\·11\ / 11ivl'il'111 nr:il'ini\· · • · " ' J i I· . . I .„ . • ·• / 1.1 .'>. n .. i . . o ,oll.". 1Il! ,l p tlr1.ewa wykorzy;1a110 pakwl l'l IYI .li' (i':ilsc11s1ci11. :'OOI J. :r do pri.v;•oimv: 111 i;i rv;,unL 11 ni.\lo prn!•.r:llllll Trrev1t·w (Page .. '.IJO I) · · · i!)'S· 8.li.

1

~ picr:vs'.'·Ylll kroku ałgoryt111u ,,q lqc1.01ll' sk11pi:ik:1 1.:1winaj
,!!<'ll
'.'dwoch llilJbł1zc1 spokrcwn1011ych ewolucyjni,: ;1.;1t1lllk1iw 111· 1y111 pr1.yp:id1.t 1 si.y 111 p;insa I szympansa karłowatego). \V drngirn kroku jL:st ohlic1.a11a udkglo~;ć skiipisl;;i siv 111 p:~ns/szympans karlowaty od pozostalycłi skupisk. W 111ctod1ic l Jl'< il\tJ 1\ udl«glo:;,:.po m1vd1.y dw<'.111a skup1ska111i definiuje si» jako .circd11i:1 ()(lkglo:;,: i.'\Voli1t'_l'jll;I 111 i 1;di.i· sc.kwc11cp11111 z .Jcd11cgo i drugiego skupi:;k:1. l'r1.ykli1dmvo 111.i 1.. n11iec111wic ohli(';.u 1i; 1 odk głos~1 pot111,'.dzy sk11piskic111 dw:kil'111 lr1.l'cl1 :iL'kw 1• 11 "ii. i<> Jwdzj„ ona ~rcd11i;1 z ł;1e1.11ic s1.u;l'i11 U· :\J ()dlcgło:;ci <'Wolr1cyj11)"·l1. /.il1·f111i(l\v:111i1·· "dil'P.l()śi·i po11111:dzy skupislrnrni jak() :;rcd11icj :iryt1llctyo.111.-.j wl;1:;ciwi" 11ic j<'st 11iu.y1 11 ni::i.wy

kl~lll. Jednak wlas111c ta dcli11icj;1 odnii.nia t,· 111c1odt,· ud i11n\·c·li 1111'1<'<1 :111 ;dii.v skupi.::!, op1sa11ycli pr1.e1. S11catha i .'iokala (I :1d:111vl'li 11:1l'11·l1i\'l·li, do.'>ll "·" gamy. 'i.l: od leg los<.' C/.l()\vi1~k s1y11111a11:;/:;1.y111p:111:. k:1rluw:1lv j;·:;I 11 111 . ll<')'U 11 ;1 1i·: .. 8.6. llzvsh11c ,' Ir·/,l'W< l. ·,, I · · · '. ·.''. L.', 1 I I·· IZC\\lt'lll tl,()f'/t'lllllllVlll /. dlll,"O.\l'j:\ f.':iit,'/i Jli11p1>1c·jl11;> I dli1°u''l'I ol·rc"ll "''I 1 ·. 1·· IO · I/.li' · I<'111:1 · · 1. Jd ,1 up I 1·11:1 I '" I 1"/" 111111 ,.,,.,rl1wvji11 i·l1 j'>\l::ii /i'

„ ,. " ' ·' ,,., :.

g:ilnycli gal1111ktiw (w lllL'lml1iL· l Il'< IM;\ oliuwi;1111jt·

„

.

.

'.'.!Odill« 1. kt1<'111:1 wv:„11:11·1."11i'J'" 1.„1.,;:, 11i.

.,.„

13. Metody

Ma<;lorzo odlo[Jlo:Joi nwol11cyj11ycll i motoily analizy skupisk

247

kllr/.('lllil dr;,1:w;1. W tv11 spos(ih '/, dr1.cwa z rys. ~\.(1 moi.na odczytać, i.e. dlugość gałt;zitą:: nąjwiitks1.c odległości wyznaczone dla zbioru lr'!.cch gat11nUiw miałyby hyć sobie równe. «J.q('cj li:;cic wpn:/.c11t11j;1cc s'l.yrnpansa ora1. szympansa karlowale~o 1 wi;zel, w kt61yn,i' 1 podstawową wadą me lody średnich polącze1i jcsl wymuszanie rozrnicszczeuia gatunków l)liii· :•;ik:t.ic lqo.ą jesl n\1.vna 0,()()7.:1, Odpowiada lo doklad111e polow1e odległości''' na drzewie ułlrnmctrycwym, nawet jeśli oryginalna rnacierz odlcglo.~ci ewolucyjnych l'Wt1il·1:.:yi1wj d'!.icl;1ccj ,'111ali'l.mvauc sekwencje gcmiw '/. tyd1 organi1.11Hiw. C1.ynnikO,s . j~st daleb '.id hy.cia 11ltr:1m~tryeznL\. W lego typu sytuacjach, drzewo wyznaczone wv 11 ik;i '/ /.alui.cnia, ·i.t· obserwowana liC1.ha 'l.1rnan u111:d/,y sckwc11cp1m1 /. obu gatun. 111 c1od:1 UP(1J\!11\ Jest 11a.1cz1,~sc1e1 bl\~dne. l'onwwai. w r'l.eczywistości hipolcza zegara ki;w roi.kl;id;1 si\' dokładnie po polowic na 11: sekwencje. Rm'.ważrny pit:rwszy węzcl molekularnego jesl rzadko spclnio11a dla analizowanych sekwencji, 'l.aslosowanic mcl~idy duc·wa, 1j. W\:'/1:L I; tt'1rcgo poloi.cu ie odpowiada poc'/.<\I ko w i osi czasu '/.Wi<]z<:ncj 7, di:ię'. pol<\C'/,e11 prowadzi do 111.yskania niewiarygodnych wyników. Omówiliśmy j; iwin Jiliigc 11 ctyc'!.llYlll. W\"/,cl 11:u rnlp()\viada rn'!.d'!.idL:n1u SI\' 111111 cwoluc.y,1nych nialii 1 tutaj, ponicwai. jcsl Io najprostsza 111e1oda konstrukcji dr'!.ew tilogenl'lycznych. Nawcl Slare;~o ,':)wiata i 1nalp u.lckoks'/.laltuycil. Odległość mi\l{l'!.y odpow1edn11rn skupiskam\;.; jej praklycwe zastosowania sq ograniC1.onc, Io jednak warto zrowmicć jej istotę, jl',,t .\.irdiii•\ / I~' udkglll.~ci ewolucyjnych '/.awartych w odpowiedniej c'/.\~ści macierzy ' ml:i•·;,:iii;i osl;1t11ich clwlich skupisk w tylll p1·1.yp;1dku malp Starego Swiat~orn1, najprostszy model ewolucji sekwencji (.JC) oraz najprosls1.q metod~: konslrukcji dr 7,cwa 111 :!1 1i ,. /.kkoks1.1al 111ych. W i1;ks/.0ŚĆ 1m:tml W)''l.11ac1.:tllla d17ew I1logL'llclycznych lllC po. lilogcnelyczncgo (U PG J\!11\ l. Dowodzi Io dużej wartości informacji li loge;ict ycwcj d;1.i1· i1!1"1rlllacji o poloi.l'ni11 kor'/.c11ia dr1.cwa. . zawartej w anali1.owanym '/.hiorze sekwencji grupy ssakl)w nacwlnych. Kiedy analizą .ki'.l'!i wvhicr1.L·111v dowol11,.· lr1.y ga11111ki '/. dr'/.l·wa wy'l.llaC'/.oncgo 'I.a pomocą meto. ohjQlO hardziej odlegle spokrew11io11L: gal11nki '/, tah. X. I. zaslosowanic 1nelody średnich dv .~rl'diiicli ·1H1!; 1c1.c1i: 1<1 'l.aws1.t' h\·dzie llloi.11a wska1.ać parę galunkliW (niech to będą połqczc1ł nic po'!.wołilo skoustrnować drzewa o poprawnej topologii. :•:itu 11 Li i\ i Il). k1(11\: h\«l•\ sp0Ln.·w11io11c '/.L' soh<\ hl ii.ej ni i.'/. pm.ostalyrn gatunkiem (C). t:d.illl ducwi,· (1dk:!lu.~ci 111i1,·d'!.)' ;\i<.' ora1. Bi (' s;1 takie sarnc poniL·waż wysokość 8.3.3. IVletmła 11rn1łącrnnia sąsiadów picr1 1·:;/«'i'') \\\'Ila, w 1:11irym l'.hicgaii\ :.;ii,: odpowiednie li11ie cw'.Jlucyjm>j.e~t, ta!rnsnm:1. < )dlcglośc' 111i1,:d1.y !\i Bjl:st rn11icjs'!.a od odlcglosc11ll1<;d1.y !\ 1t0~«1zB1 (. lak1crclacjc . pr1.ykladern zastosowania analizy skupisk w n1olck11larncj rnwlizic filogcnc111 i1,:d1.y odlcglo:;,:ia111i ewol11cyjny111i w wy'l.nac1.onym dr'/.l:\v1e l!logcnetycznym nazy. JCSt 111eloda przyl11czania S<\siadów, którn w przcciwic1istwic do metody średnich 1 11 wa 111 y. ortframd n-ycz1wśdą: dla dowolnych Ir'!.ech galunkwnc. St; 1d czasy S!ll'L:jacji twm'!.<\ macico„ kttirn jest dokładnie 11llramctr~czna. d,1c d;1; + d;i +iii<" Macier; odległości ewolucyjnych jest addytywna, jeśli jest rnoż­ .lc:::li <'W<>lt1cj:1 sl'kWL'11cji '/,<1chod1.i '/.god11ie '/. hipole'/.<\ '/.egarn lllnil'kularnego, dz~ch1c; wywaczcnie dla niej dr'/.l·wa, w którym h1czna długość gałęzi łączących dowoliw Il' 1> taka :-.a111a lic'l.ba prnlstawie1\. 10 jednak w konkretnym przypadku w ,1ethlCJ ; ,n\wnicż jc~I addytywna, ale slwiL~rd'l.cniL~ odwrnlne nie zawsze jest spclnio11e: Mcloda /.linii cw11luL·vj11ych 1noglo wystqpiL' nieco więcej podstawic1i nii. w drugiej. Stąd nawet ,;lll''.'yłqczarna sąsiada u11wi.łiwia kons1rukcj1: drzewa addytywnego, w któryrn odległości · · „ · II·dl, w I·drny111 ·· · 'I 111011.1 · · I) y l·.i l)y 111· 11<11"'/'t 11· wv11k;ill'1.11wany1n pr1.ypaL spe .~" zeo'U"t . b' '.. molekulnr· , " f)Jlltędzy. gatunkami h1~dq najlepszym moi.I iwym pr'l.yhlii.eniem odleglości ewolucyjnych ll( "'L; (ldll':•ln.~ci rni«.d'/.V ew11luu1«1c.Yllli ,;ckwcncjarni hylyhy tylko w pr1.yhltzcn1U ultlil· · ••„ • . · . ' · · " , • l I do oryg1nalne,1 lllacierzy. Jc~ili laka 111acicr'/, jcsl dokładnie addylywna, mcloda prl'.ylq1111'.trvc·/.lll': W :111ali'l.1l\\'a11y1n prze'/. nas pr1.ypadku. gdyhy 111acicr1. odleglosct kl:1d;1i" 1!11r;111!l'trvc1.1111, w:;zystkic IS odlcp.lo.~ci w ll'wej dolnej lub prawej górne.i częscl {;1) i' 1 ) (bi · 1.11·1czyć · · J · I po I•1c1.e11· pozwa I;1 \\·Y, 1n;1l'ici1.y 11vlvhv ·sobie rnw111'. !Vlctm Ia s1\~1nic1 • · · ultranie· ,. I) . . . „ · · · · llilJ·I L'j)ICJ · · rn Ipow1.ic" " l·11"l• ()(liegłosc!Olll ,li trV<'/I\<' do.l.'W;1 \\' kt1)rych dl11gosc1 ga I~:/,I· llHl'!.· 1IWIL'. " · ) li , 1 ·,,l'\·)'J11;d11<.',j m;1,·i1·r1y odkglości c·wolueyj11ych. , ·,, , kl' 1 W r1<'t·zvwistosci lll"/,yC'/.)'lli\ '/.lal!la11ia 1.asady ulti;1111etrvunosc1 nic ,1esl Z\\.~), '.! /, I. ) • . . „ : , , „ ·I I , , ' I , 1ic to opisuj~ ) 1 1 . ·,.1· I«;· l'li 1'1V<1l11c1a n11 .. n''l'il !.>al11nkow /..tl HH 1.1 w 10'/,Il) lll l llll ' I , 1 1.;,'"!1· ' ' ' "' ' ' ' " ' ) . , ( 11'1~ I) () () 1:1 ,·Ir'·'''"' t;1kil', ja!: 11a rys. )LJ.. \\I tym pr1.yp;idk11 nic 111a powod11, dla klorego

\\1

„

'!a , :

!

)

B.

2~H

odloulośGi owolucyj11yG11 i 111nlot1y analizy r:l
c1.ania s:1siada gwarantuje wy1.naczcniL'. dla niej popraWllL'.go

średnich 1m1<1c1.c1\ gwaranłowala wy1.naczcnic pop1~aw1H.:go dr1.cw,a dl~1.. . , „ ·macicr1.y odlcglosc1 , · ewo 1ucy.1nyc . · ·I L . ·. .JL'.dnak odlcglosu I „ I· „ nic . " s,, nic addytywne, dlatego dr1.cwa konsłrnnwanc /.a pomocq nieloty pt zy ,,c;r„1111.i

w r;rcc;rywisłosc1

, "l również przybliżony charakter. ll1dJ< · . 1, · · . 1 dr;rcwic dvri

R<\WlllHlic ilustruje lll'1.ypadl'k /. rys. H.7(hJ. w kl1iry111 dyspu11uic111y zl>iorl'Ut N I wul11yd111·1,1.l,iw (kólka z jas11yll( wypd11ic11ic111). Moi.c111y 1.:1te1t1 dla niego pow11ir1.yć od poc;,qlku c;i1:1 pn1ccdu1\'

dodawania nowego \Vęzla.

"'"'"HH1.·.x··

Nic powicdzicliś111y jcs1.o.c w jak i spo.sói> wyhicrn si1· dwa sqsict lnic \\\'I.I) i i j. kltirc s:1 h1c1.o nc w pocz:\lkmvy111 kruku ałgory111u1. Moglohy si1· wydawać. że podolmic jak w 111t•ltHl!.it· śrcd11id1 polączc1i należy wybrać wp.ly tliścil'), kttirc d1.idi 11aj1nniejsza odlcglośt' di;· Nicsll'l,V pojawia si<; wtedy prohleu11.ilustrowa11y tw rys. 8.:l(a). Dwa uajhlii.sz" siebie li;kic (11'\'1.lyl na lytn d1·1.t'Wil' Io H i Il. Jed11ak Il i D 11ie S<\ s:1siadmui i dl:tlcgo polqczl'ltie l>icg11:1cyl'il od 11il'h 1•:il1·1.i 11· jcd11y1n m;i.lc bylohy bl\'de111. Ro1.wiq1.auic1u lego prnhlc111t1 w lllL'lod1.ic pr1.yl:1c1a11ia są:i:1da jt·sl 11·v111:1<·1a11il' odległości wcdl11g \\'J.()n1

.

.

liście 1 1waż.a111y w<;:J.I~.

ę1.1c liście

za s:1siadl1W, gdy ga 1 od rncu s'.llll"lll) Na rysunku 8.J(a) AiB 1 · • W'\l'. l·icr\ s11; w na1 i I"''.. 11.s1.)i11·1· (ty;n . ·' J • . i1c.gn, .L.' . "I. I .. , "1" 1·' ·i, C i I.) .Jl:dnak /\ i (' nic s;1 :qsiada1rn. !Vktm1a przyłącza, S'\Sl'ld'lllll pm o lilie I"' isc c .. ,. I 1·. . I . ·111·1 '. · 's·1s1·1d·1 '. ' ro1poc1.y11,1 . '. I·,ons·t.iu I,c"i"„ drzewa . od zbioru niq)\)ląc1.onyc . . ki 1sc1 I ·11ot powiada-.· . ' "· poszc1.cg(Jlnym ' ' · · · n· 1 rys 8 7( ·1) oznaczono JC Ja ·o rn rn z 1asny111 1 wcnc1orn l· :1c"tll se' , .. ' . .' . . . '. '. . I " I· , · .1 · • • I '" ·• 1·1 IHls;rc;r.uról11ym1 sckwc11qa1111 1.11<1.Jt UJ<\ s11,. w zr1t<1ncJ. wy11ćl111c111cm. Odlcg osu lllt<;.t ·Y · · "' ·· · ·I „ ·" I " • ·I · · I·. l·ti dzi·ihni't pol:1c;1.cn111 • dwoc tI s.\sl,\l 11.14cyc1 inaciL'.rzy. W p1crws1.yn1 ,1 o' . ' , , ,·i!oory1111t1 i:· . W k I·'ze • · · · • „ „ , I >d·inic wi,:l.la /1 w konst ruow.iny111 t 1zewie. soh:\ Wt,'.1.low / 1 I łow,11 'l.yst.) L t ' „. , · . ·, · 8o7CJ·

wr1.~'.n1onyn'l

„ ::

„

już.

•

•

I ) (i/ii

'li„; /

ros11:1ce!~o

1.az1ia~z.ono

si<,~

I:

opis algoryłmu zawarto w ramce

r;)

i wyhr:111ic pary wpl
odkglości jest ~1ddytyw11n,

•

,f/„." nit· d; 1 . J,·sli 111:1cin:

lu dw:i wybrane\\' len spust'ih \\'!,'l'!y /:tw;;zl' ,'.;l s:r,;i;1dn111i (,1);1il1H1

1987: por. niw1tid. I lttrhi11 i i11„ I 'NXJ.

do du.ewa s:1 prn111.1,111L (n,1 t)s . . (b). 1 1 1 1 1., .: ·/'"'li" wl·ioonc nye 1 'ro me 1 1sctc " " · ' · ' · · · ' · • l"1żdc'1 l'll'ic'1 't · · "I· I· cic1rn1y111 wypdniclliclll), co o'/.ll:ICl.a. '/.C po '' · ·. ' ' . I .1c,.i,<1 'o. ,o " .. · „ '·lt.w.:,·zltiw i'.rnnicjszy o I. kontynuuje · • · · , „ , S· „ '"'I raei'i !tc'/.chnosc 1.h1oru 111c.po <\CZOll) L : . · · I", I „ , ·the liścit·/w.:,·1.ly lwdą 1.t' sohn pol.1u.011c., zezc 0 owy d1.ialan1e do chwil1, '1ct Y Ws/.) s ' · ' 0

·

24!)

i Nl·i.

c:

/\lgoryłm

Wykorzy.'iłuj;\c llll'łod1; przyl:1t·za11ia s;1siad<\w do odległości ewol11cyjllyd1 \\')'lila dla anali'!.ow:111L~go 1.hion1 sekwencji nac'/.cl11ycli. u1.yskujc111y dr1.cwo poka1.:1nc na rys. 8.8(a). /'.nakrn11i1a wit,·kszość rozgal<;'l.ic1i w dr'!.cwil' 1.gad'!.:1 1. ;tld11:il11y1n sl:lllClll wicd1.y (tah. i\. I). Małpy .l)larq.!t> i Nowego .~wi:1ła łwou.:1 d\\'il' d1lhr1.c 'l.ddi11i()

li. I.

wanc grupy. I .c111ury i galagu skupiaj:\ sit,· ra/.1·111, podobnie j:ik dwa )'.
„

du

I 'ii

I di„ I '}11:

ł-tm.wiqzujqc l'""'yi.SI.)' układ

.t.1·1.

d.in I ,fr„

ł 1

Rll\\'nanie lu rnoi.iia ;,aslo!)U\VaĆ du kt1i.dL'gu '/,układu

I

(di 1, I ,/i 1.

·:1a. Dwa galu n ki

wulny1d1 W\'Z I·O\\' I\. P11tu.l'ln1jerny tera/'. odlc.glości di11

'Jednak kolejne

n»w11:11i (X. ł} n1a11i:1 (8..1)

I dd

'przez na.c; :111aliza

•

:>..:d,1. /,

ri

N

.1,1..

ł\vor1.:1 skupisko.

C1'/;id111-. n ie ł wur1.:1 grnpy 111u1H >fi !eł )'L''l.Jlc-j. .I :t k z:tlclll i 1lłn

lilogcnl'.łyczna wykurzysłujc 11wlo wys1.ukanc· 111c1ody lil<.1)'.Cllt.'ł)'''/.11<'. 111cłody, kit\rc wykorzys1ali:'.n1y do hada1i tego 1.liiorn sckw,:1wji.

Jednak wszystkie i11ne

'dają len Salll wzor'/.cc specjacji 111alp Nmvl'go ,~wi:11:1. l\!Jo:i.c111y 1.all'lll l1y1' pewni. ż.c wy rRN/\ wska1.uj:111a Io, ż.L' rndi.ina ( 'chid<1f' 11ic jcsł 111<>11t1fiic-1v,:111:1.

,..nikia11ali1.y sekwencji

i

I

11wr11101.cł, zaliczajqcc si" do rodzi11y ( '11/litri<·!iida«

człcry galunki 111alp Nowego Świ:11;1, kl\in~ 1.god11ic· z 1:1kso!lrnniq 1\1( 'l\J

!:prcłować len fakt?'/, cal:1 pewnością oslroż.nil'! /'.auwai.llly lmwic111, i.c pr'!.t'J1rowad1.011:1

. . · ,. ,· 11 ·oluści w 'nil,a 1. 1.:ilei.11uści d111 od wybranego l'rnhkut I. wylio.c111e1n lak zdl'irn1011,111.'.J '" c,„ . . .\li· 1·· .· ł '" . l'ul11vclt w1·1.lów k. za . ' .. , · ,. I·· "ll' ohl1c1.e111a d· 11 kolc.1110 < .1 \.I/.( t t·u 1. \ „ / . • „, ll'llllH'!'.'' wę1.la ". I I zqHoll .\( 1„q„ . . '., I. „ ·1 ,: " r Mużl'll(\' il'''." uuik11:1c. dcłllllll}lL ka:l.dv1n r:11.L'!ll Ul.y~;kiwalihyś111y lllL'lllill'llllt' 1ti1.11c \\,li o.1U' 111· • . I 1\i

polożcniejesł 1wyklc uslala11c 11a podstawie dodalkowycl; inl(m11acji.

'jalicz:1j:1 sit,' do rodzi ny

ł) 1.!··1.f

r,

jego

Fragme11ł dr'!.cwa opis11j;1cy zwiq1.ki ewolucyjne 111i~«l'l.y n1:ilpallli St:m:go .~wiał:1 jcsł zgodny '/. dr1.cwcn1 wy'l.11:1e1.rn1y111 \\'c1.cśnicj 1.a po111ucq llll'lody śn·d11iclt pol:\l'l.t'li (rys. 8.<>). Rm.w;ii.my jednak kokjność zdar'l.eti specjacji w grnpil· 111;ilp f'.luwcg() .
w~-

(8.2)

d; i l

kurzc1i drzewa 1w g;dp·.i l:iu.:wcj gryzonie 1. p()!.()Sfaly111i or

Uzyskane w tc11 spus<\h ukor1.c11io!lc dr'!.cwo prl.cds1awiu110 11a rys. }{)\(I>).

.~,\Należy jednak pa111i<,~lać, i.c llll'łuda pr1.yh1L'l.a11ia sąc;iada nic llll,l\vi 1H1111, 1:.dzic l1111ic.
'::\:korzc1\.

(8.1)

· · po111t<;t · Izy I' :1 1tnwu doda1tym r(1w1ta1i. ulr1.y1nujc11ty "' 11 L'.)ć Iosc·

zk11t 11:

uraz djn·

„' ' , -...

I . I 1'1"''· 'in

lalwiejsza,jcśli u111ic.~ci111y

.c:.~ganizmami.

· 11111,.-1111 ud wszystkich pozostałych l' wol, ·. , Il lWY Wt'/cl ll'l l Ir:tl'Wlt.', ·' .;v /H'tĆ . ' .·Il"'" ,,.., udlq•l11ść ~ . l lllll'.'>ZCZdJ·\l t . ' · ' · . : rtl hthrny i« s:i rniL' addytyw1tc. ,oz· nych wę1.l{1w/liści. Na polrzchy wyzt~:u:zcma l~~ 1\o~ 11 ~~t~.1o~L-1 .. . 'I.. L'lłl'll W\'Zil>w k. Mozc1t1y wpis.ie (1. iy„. ~./.i}. WaZlll) , I · 1·1v1c·l1 l I\ · ' J

'Hardziej s'/.c/.cg<\lt1\1:c l>ada11ia

(8.:11

pr1.cz

ll()rnwił1.:1,

doły~·'l:\l'<'

r0tl'l.inv f'/<1f."rr/1i11i :;g•;J:d\ I'' i<'prnw:;di"n'·

'/.ard1>y:1 i Meyera ( i')')l\), Wyniki il'l1 l>:id:11i. Litl1.\'111i „1,j,·10 .':l'.kwc·11

~je genów kod11jq,·ych rh'.N;\

111:tlcj podjcd11u.c;1ki ryl>os0111u, polwi,·1·tfl.:i_i:1
r I).

(8.5)

I

oidac. lladania

llijąjednak

lsłniejc

wykorl.y~;luj:wc

sekwt:llcjc i11nyl:h gt·1Hi1\· i du\\'od1 111111l1il11,•:1«1.111· 11:1 od111ic1111y w1.orzcc spct:.i:1cji.

11

•.L:i

kolcj11y, puwa:i.11iejs1.y prohlc111 '/. dr'!cwt·111 '/. rv:;. i:.i:t11J. l11l1T111cl:1«i;1 ilr1c·1\;1 grnpq du wyr:iko\\'. 'lid; i 1111i,_i::< 1,. jc·:.1 ;- 1 :1 ,\\',kazujl', i.c wicwi1in·c1.lliki

·"ł

siosłr1.:111;1

B. M1;\01ly 1iln[)!)(

L.!iO

251 (a)

liJ1,dny. ( )z11:1c1.:1 liowiL;111. :i.e naczelne nic są grupą mo11oliletyczrn1 i i.c Si:a11drnti11 powinien 1.:1lic1.ony do naczelnych. W dowoIÓW morf'ologicznych. bronienie tej filogenezy byłoby nit:zwyklc 1y7.ykownc. Drzewo za ponmq 1m•tody przyl:1cz:111ia sqsiadllw jest /.alem w tej cz<;sc1 nicpo1,Jrawnc. Wrócimy do tego l'.agadniL>nia w dalszej CZ\'.Ści ro;r.dzialn. metod;1 przylqczania s<1siad<'iw daje szybkiego wyznawzglc;dnic wiarygodnego drl.cwa lilogcnctyc1.1icgo i /. lego powodu jest dosyć: często wykorzyslywa1w w aktualnie prowad7.011ych badaniach. Zlożo11ość ohliG.cniowa jest ri'.\'.du O(N·?). W praktyce oznac;r,a to, że wyniki n10i.11a uzyskać nic111al nntycl1111iast n;1wc1 dla bardzo dui.ych zhior(\w .'ickwc11cji. podc1.as gdy hard7.ilci sko111plikowa11e 111ctody, kt
Wyrak znchodni

\Vyrnl< !llipiid,i Świnka rnorska

hyć

.~wictlc istniejących

~konstruowane Podsumowując,

!Vlys>'. Saki bi:ilnlica Knpucy 11 ka czubata

Wyjce rudy ('zt:pial: !Vtarntff/1..'la karluwat:1 ivl;1r1ntY1da Iwin

l'h)Si\CZ .'ill!Hlajski Il.I

(h)

pewności
Swinka rnorska

tia\ago

nui;i.liwość

l.l'!llll!

\ViL'\\'ihrecl'.nik pól1\l)L'l1)'

\Vkwi1'irccz11ik olhr1.ymi ' \Vyrak znchod11i

pewności;! c;r.ylL~lnik

WyrnL rilipi1'iski

I OO

K aplley11ka cz11hula '

(I <>XS) i od la111tej pory jest rnrynowo wykorl.ysrywana w badaniach lilogc„

Wyjce rudy

Podstawienia w sekwencjach sq procesem przyp:idkmvym. Nawel jeżeli sekwencje w sposób poprawnie opisywany przez okrL~ślony n10dcl ewolucji. lici.ha podsta.\1·ic11 wyst<;pujqca w dowolnej gal\?.i rzeczywistego dr;r.cwa moi.c wacz:1co ud .. spodziewanej .(rednicj liczby pods1mvic11 J)J'i'.cwidywanych na podstawie modelu. Oznato że 111ie17.onc od leg Iości prnnięd;r.y sekwencjami podlegają przypadkowt:j 1.111ie111H>Chcemy ery opisywana pr7.ypadkowa ewolucyjnych na konsl ruowane drzewa. Mel oda hootstmp poi.wala ; :::footnic . ·~a takie pytanie na podstawie pon·lwna11ia lopologii drzew konstruowanych dla losowo ... ·ll'ygcncrnwanych dopasowa1i sekwencji, nieznacznie r
!VlnrnH)/.l'.\a knrlow:1l11 ,

f\:lnrnHi/t~ta lwia

odhicgać:

1

Nosncz .s11tll\;1_iski

'ści.

Pawia11 ,

( )rn11gu1an

,. ąI

i
J).:L (;1) J( '. (\1J

.

„

.·.

u~

liwdlao< c,

. 11\c·1'lv1>l'lvl:1c1.:11t1a s.\si.t<' . ·11 . . 1· . ,, ) ··Lun~.1n111w:111l' J.a pollHlL<\ i {V •• • • ~ ·"tmi bootstr,1 f\l1L·11L111'h'111rnh· t l/l \\\ .~ . . . l ·1111·1 /t'\Vll\'lliH:\ i dndanvrn1 wa1losu, · •ry'/0H1a1111 · · \)J'/t'\\'1) 11!.Dl"/l'\l\Ol\l' I!·. , .i;1 ,n ,!!I • · ·

wicd1.icć, wpływa

Cicncrnwanic

zmienność odległości uzyskać odpowiedź

d
i'. i'.adancgo z wygenerowanych dnpasowa1i 111a taki1 sa111;1 jak wcj.(ciowc dopasow:111ic~ sekwc11cji. W wyniku losowa11i;1 niekt1\rc z kolu11111 dopasowania 111ogq si,· po.jawie' w wygenerowanym dopasowaniu wi<,'.ccj

sckwc~ncji

S'l\'lllpnns l;;ar\owaly

.

zauwai.yl lici.by, ktt'>rc pojawily s1i; przy W\:/.laeh drzewa na

warlości hootstrnp. ll~ootsdra1r' jest metodą u111oi.liwiajqcą oszawiarygodności ro1.galp.ie1i w dr;r.ewach. Metoda została wprowadzrn1a przez

8.8(h). Sq Io 17.w.

Suki hialolic:i

1

(rys. X.<)).

Kai.de~

·w pnlskt1juolslrap wyslęp11jc u.asall\i pod 11:11.w:1111ctody si.nu„ (Jir,:v11. 1/111n.I.

~ f'

I

.:

i« \:

I I

n. Metody

252 ( '. ~·. j

{)\•I

j ' ' !•

: ; ;·, )! Il\ j >.

II!~

'''" yl

\!\ .111'1\ł\ d!I

J:

T

'!' .. ']' · .(: '('

. ·r ....

j

{ '('

. 1\ . . .

. r·r;A/\.

T

.\;{'

..

(•Hi<'!:

Moloda hootstrnp i·ównie:i. odpowiada wysoka wartoś<: hootstrap niw11a 90%. Pu1.u:;lak l'.wi;11.ki l'Wolu-cyjnc opi~ywanc pr1.ez drzewo ni~'.. s;1 już tak jed1101.nnc1.1.1c. Po1nirno tego, i.c rnalponi Nowego Swiata odpowiada wartosc boot si mp rowna I 00'/i', kilka ro1.gal1c·1.1<'.ll w oh '1,~hi · (ej grupy galunkdny. _N:1Jslahs1.y11J 1rn11ktclll lc_1 filogc11c1.y _1cst l1ard1.o lllala wari ość bootslrap rowna 28'/t•, ktora _1cst pr1.yp1s:ll\a \\\'.1.low1 lqc1.:1cc111l1 .\11·,'fl.1·11·rf11n1, wyraki oraz wicwislro:i.nością ,');1 one częslo bardzo 11:i.ytco.nym wska/.nikic111 wiarygodności 1·1ii11vd1 rn1g:tl•;l'.iL·1i dr1.l'w:1 filogcnclyczncgo,_jcdnak nic s:\ one ostalcc1.ny111dowod1·11111:1 Io. ie
1 1

1

i,;(•t/l t lj ,i!ll!lll ,tl\

lii\,!>!I

.• . IV llWludJ.i<' lioolslrap ''"•'- 8~ .<) . ll1Jslrac·1a I'~ . lusow:1111:1 1"' 1llllll 1

. . . . 'lloi"iwić 111 wi1'.e do c1.ynicnia.· 1111 a 111y "' ·i. w 111111 w ogu 1L llll. .' ,, . , " " • ~ ll -11· ·11.
„

-

c.

llt\.: >

sall\ą topologii;, jak dr1:e~V~l· '.1r~~~111~;~~~~ .1111i~'.1~x1~pisy\~ana 11.w. warlo~;ć h<~<~is·t~~~>.ol:::::o

zlów w orvg1nalnym d11.c\\ ie J . I 1·1'., ·11 ohscrwow:1110 doklmlntc (,tl · -· , ·h drzL'w w ' u1 \ c · · ·go meto·I 11·1 ods<'I kowi wygcncrowan) l . . , , . I - I"ll"ltl dh dr1.L'.W:t wy1.nac1.onc • . . . „ I1icv·1n"ch \ ,, , , I ic1"11ui naczc. roz•"llt,·:r.ic.nie ll1111 ewo - . -' : . . . · 'W\lltwyjne 111 i1,~d1.v SL'. ;wc1 ·-' , .,_, · „ . " I· 1'1<'1rc op1s111c· 1.wiv.1d c · - · · I . . 1ic IOOO wygc· dą prz.yl;1e1.;1111a s'.\sl.t<. ,18 ~(h) Wart1»ści lmolslr:qi wy1.l\aC1.0110 11:1 ptąs 1.'\,'\,. ·h. Możclll) nvch. pok:11.allo n.11ys.'" . .„ n r"sunh1 s:1 rnic poda1H: w p1uu.11 ,1c I' Prz1·· 1 I I · v·11'i sehvcll('jl ·· • , ·h t·i't< mv. " l\Crow:\llyc i< opa:,o\ • .. ' . . . . . • . ,-' ł• ·11 ·1' wyminie· \\'yrn1.1Hull)< ''. , (· dnk . I .. „ w dr11·w1t' wv:,1, pu1c '' ,, . . l'l I •rr/11111 zgo tcr:11. slw1c1\ 1.1c, /.t' . . . , ('.1T<'O iftli1•cid11<'. ( '111urrlii111 ur:11. 11;~ > ohnic jc)I kladowo l:1ksu110111 !!u111111ullu1, . 11·1·'1 ,,,·11·t1l~<-i huolslrap n'iw11c 100•;,,_ I od ·,..,.,1;;~t1I . I1 ,, I ) ( >_\ pow I :11 : ' ' 'l't!·vunmvi ' . . (I ' nury '-o'· •. ·1. klasylik:1c_l'I /.ta · ''· . . · 'I'. S!l'f'/'SiJ'l-/11111 LI .w pr1.ypm li ~11 ''')'ralJl\V i \\ll<'Wtorec1.111 ,uw. ' "'

Rozwai.rny kolcj11y w1,·1.cl dr1.cwa 1. rys. ~U)(li). Klad czlowick/s;'.y1np:1ns/s1.yrnp;111s arlowaty ccch11jc si1~ w1.gl\'.d11il' niewidką warlości:1 hoolstrap rnw11q I I '.I,„ .lnl11ot·/.l' "zauważmy, że oba gatunki s1.y111pa11sllolslrap. l~o11:-:1rnkcj:1 lslr:1p. llrnJ:1wa11y 111oi.c hyl' wyl:J"i.ili1· !:il.i Ll:11I. l.'11 odpo\\'i:1da 11ajwi1:ks1.:1 1noi.li\\':1 w:1nu.<,' hu()isfr:1p or:1/ Llli1·t·<•.11 dt11J:i11i" 11ir· "'11:1 konfliklll '/ doda11y111i kl:1d:1111i. 'li1pulogi:1 dr/t'i\;1 Lu11.»<11:.i1:."11·1')'" 11111.„ n\i.11ić si1· od dr1.1·wa sk1111slrnuwa11«gu dl;1 lll'_\',L'.i11:tl111·r"' d(lj\1.•;"w:111ia 11 ie \.V laki,,_; sy111avji 11:tl1·i._v 1.dn·ydować_ c1.v 11sl:1lcT>1111 :11'"•'/<'111"''""' dr1cwo z warlościarni hootslr:ip. 1·1.y ki. 1lr1r·1\·o ko11:T11.•:11:"'''''- 11· /,f('i'\ 111 'Wa ko11sc11susowcgo. Najpierw

IVCi'.l'.~llilj

B. Mnlody

Metody oplymnliza1;ji rtrzow i mulody po:;zul
IH:d;i wy:;1<.·pmv:1t.; klady ·;. warlrn;ciarni hoolstrap wi<,'.ks1.y111i 1u1. w myginalnyrn dr?.e; wit·. I l1Jhr11· określone kl:1dy o dui.ych wartościach bootstrnp prawie 1.aws1.e · 1.;miWll
255

macierz odległości · jest w pr;vhliieniu 'Hl lvt • 'J •· 'tJywna.111clodaNld· .11··' . 1 „ l·1M • '/.„c 1ru 0 1c1 . .. strony · ·T· "Il " I ' , o·Iszym czasie \vyn1k pndohny do ll/.vskaneoo „ '"° lll"t
„

Mettmnv aJ!]~\fm3l~i;r.acji dwzew i rum:tmily !M]s;rniciw~mi~:n du·ww

Lik wyja:rnili:;111y wo.t::;nicj. 11wtoda pr1.yl:1c1.ania s:1siatl<'l\v unHriJiwia wy1.11aezenie at1dytyw1H'!'.O dr1.1·w:1 w taki spm:1ih, i.e mllcglnści t:wol11cyj111: rni<,:d1.y sekwencjami wyzna'. ci.one na podstawie dl111•.m:ci g:ili,:1.i w dl'!.cWiL: s:\ w przyhlii.eniu n1wnc odleglośeiomza­ w:1rty111 \V :i,nidlmvcj lil:lL'iCl'/,y. IVloina '/.dclinimVaL; nast<,:puj;iq ru11kcj<,· ''" którn h9tlzie 1niarq nii11ic 1ni1:d1.y tymi rnlkglościa111i: (tl.111'\V\)),~ I/

t·:

„

8.5.2. Pornszm1ie

się

w imestmmi clrzew

(8.7)

Liczba dr1.cw o r. IVk1oda l;itcłla IV1:1rgoliaslw (l'Ml m;i natomiast dobt"/.C zdcliniowane kryterium 7 ur 1.d1·li11iowa11q•n :di>,o.ryt1;1t1 ko11;;1rukcji najkps1.cgo dr1.c~a. V>/ metodzie l.i'il.\.'i l·'IVI wvl:11rzystuj<: sit,'. 1.:1tc1n n'ii.m· algoryt111y konstrukcji dr1.cw. a nasl<;pnie każd~ -~.O · I 0 1' IO -~' () . t ll1' \.-1. 10·1 ;illt'rn<11vw11.vch dr1.1:w .icsl 11c,·ni:111e na 1mdsl:1wic opisanego kryteriu1u. Metoda H N r.:N i)" j1·st /.11:1l'/.11ie wolt1iL:js'/.a 11ii. 111etrnly pr1.yl;1czm1ia sqsiada. W prnktycc, jeśli źródlow:i r2N .l)ll 1.i

i1:~

IJ

·.

„

j

w

".' c'

,

.

B. Metody

256

d1.ić do pojedy11czej zmiany topologi i, określanej 111ia11c1'.1 w~mi:my najhliżs:t.ych siadów (ang. 11 e 11 rc.1·1-11ciglibor intl'l"clwngc, NNI). Odpow1edrne pr1.yklady pokazano rys. 8.1 O. Widać na nim, :i.e NN I polega na wyhor1.c gal,~1.i dr1.ewa 1'1c1.qcej dwa_Jego wę~ 1.ly (tzw. gal<;zi wewll<;lrwej, na rysu11ku została ona pogruh1011a), co powodu.ie wyr6ż.... nicnie w drzewie dwóch jego cz\:ści - tzw. drzew poclr:t.~dnych (ang . .rn/Jtree). Drzewo podrz<;dne mo:i.e zawien;ć pojcdyne1.y liść (np. AJ, rno:i.e jednak !llicć hard:.ic.~ rozgalę~ 1.io11:1 topologię (np. zawicraj:1c:1 liściL'. () i E). N N I sprowadza St\'. do 1.asli\ptc11'.a drzew:1 podrzędnego z jL'.dllcgo ko1}ca gah;zi wcwnęlrwcj dr1.cwc111 podr1.\'.d11yrn 1. d.rug1ego koi\. c:1 i odwrotnie. Na rysunku 8.10 drzewo 2 powstało pr1.c1. 1.an11:\ll\'. po1.ycp drzewek B i ( '. Uri.ewo 1 otrzymano, zamicniajqc pm.ycjc drl.L'.Wek i\ i C. l'odolrnq operację można wykonać na drzewach podr1.1;dnych D/I·: i i\ luli IL /,auw:1:i.111y jed11ak. :i.c laka wymian:i N~ll dałaby w wyniku drzewo 2 lub 3. Widać za1e111. i.c dr1.ewa I, .2 i 3 sq sąsiadnmi rt'l:i.niącynii si\~ 11 ,;jcdynci.ą NNI w1.gl1,~dc111 wyni:i.nio11cj gal\'.Zi wcw11,·lu.m~j i nic istnicj:1 i1111e drzewa. które moi.na by było skonslruować pr1.c1. /.aslosowa1m' Nl\!l wzgl9dcm lej galc;.1.i. Dr1.ewo 4 nic jest s<1siadc1n drzewa I, gdy:i. 11ie. nm:i.11a go 111.yskać w 1;ojedyn: Cl.ej NNI. Dr1.ewo I moi.na przcks1.lalcić w dr1.cwo ·-I .1cd11ak wymaga Io dwoch NN[ (czy c1.ytclnik potrafi je wska1.ać'!). Wyko11ujqc kolejne wymiany Nl\11. lllo:i.na dowolnie 1.111it:11iać topologi~: du.ewa.

(DJ

optyrnalfzacji clrznw i 11wtody posz11kiwnnia
lricw. l1111? m lypclll ruch(\w dalekiego 1.asi1:gu. k11·,ry opisali Swal'ord i in. ( l,111::;,_.i /·.'. /.: 1 'i.c 111a111y pewne puc1.qlkowc pr1.ylili:i.c11ic oply111al11cgo dr1.cwa. IVlu:i.1· ni1 livL: 11 dr1.cwo wy1.11ac1.1JllL' za prnrn>c:1,jcd11cj z Wl'l.L'.~nicj 0111awi:111yd1 llit'lod 11« l(111cloda średnich polqc1.l'1i lub 111t·loda przylw·za11i;1 sqsi:.id;i). 1Vlo:i.1· 111 v h· uw1.gl1'd11iaj:\L' usl:i1011c krylcri11111 opty111alizar'ji topologii dr!.l'\Va. laki~· h,·d1.1e dohry111 p1111k11·1n wyjścia, a anali;-.a podub11ycli do nici•u dr1.cw u :i 1110 zidcnlyli.ko1;11ie op~y.111:tl1ll'go drzewa . .il'llny111 1.c :>pos1;bt'1w po:;l\';;ow:iiii:i jest . 110 s:1s1adow 1vy.1sc1owcgo drzewa .. ki.cli oka:i.e si1,·, :i.1· jcdl'n 1. s:isiadiiw 1.o:>l:inii· occn1011y. l·Vlcdy ~.ac1.y11a111y poniw11ywa<' go 1. .il'go sqsiad:1111i. l'osti·pujc 111 y l:ik do chwil1 wyz11aC1.c111:1 dr1.e1va. k1t'1rc li\'.d!.iL' lokalnie 11ajl«pi<'j iwc'lli()llt'. li.Il. nic lil' 111i:do wy:i.c.j ocenionych ml sic·hiL' sqsi:1d1\w. ( lpis;111y :i11(ory1.111 j1·s1 pr1.yl;l:idc 111 li.I~'. nlgory111111 wspmac:t.kmn·i~o (:111g. /Jill-„ti111hi11,1: 11/gori1/u11). poni1·w:i:i w k:ii.dy 111 iciui zawsze porus1.amy si\' „w g<\r(', lz1i. w kicr1111k11 lcpil'j on·11irn11')1,o dri.l'w;1. 1<1i!.o lego lypu 11ic gwarnnlujc 1>.siągni1:cia gloh:ilnl'go maksi111111n, k1h6w sprnwd1.cnia, czy osi:1g11i\'lc lok:il11c lllaksin111111 111:1 s 1.: 11 1.s ~ liyJ ; 1; 111 1 glohal11y111 JL'sl ro/.JHlCl->'cic wspi11ac1.ki 1. wielu r(i'i.11ych p1111k11'>1v jH1c1.qlkmvycl1. punkty pou.:1tkmvc 111oż11a wyznm:zy<'. ko11sln111j:1c dr1.c'w;1 dla :;topniowo 1·;1r:i;. ''''"~""''""'liczby sd~wc11cji. /'.:tlla lr1.1·d1 sekwencji is111icj1: tyłku .jnl11a lopolngi: 1 11ic11km;cnioclrzcwa. Do takiego dr1.cw:1 dodajL'.lll)' pojcdy11c1.o kokj11c st:l;w,·11cj1' i wy1.n:w1.: y 1111 . drzewo, slosuj:\c ai)'.Ul')'lll1 wspinac1.kowv i NN!. Prncedma jc:;I pri.cryw; ; 111 1 , k1~dyn1c llla.111'i. 'i.adnych sckwu1cji do doda11ia do drzewa. ( 'al:1prnccd111\'111oi.11; 1 ;.JIOWlarzac w1clokro111ic. 1.ao.y11aj:1c od k0111plc111cgo zbioru ,..;ekwcnvji i lo.-;owo 1.mii'lli:i, .kolejność dodawania do dr1.cwa poszo.L~g1il11ycli sckwc·11cji. l'oslL,~p11j;\1· w len :;poslili. ,,01izyma111y 1.apewnc wicie lok:tl11ic oply1nal11yd1 dr!.L'W. 'v\/iclokrotm· p11wl:il'l:inic opi ·?111e1 procedury zwi~'ksza pr:1wdopodobic1is1 wo uzysk:111 i:1 I ll'Z)' k !(>rej.~ ilt.T:tL'j i 1_, loh: 1ii ir· 1 ·,op1y.111alncgo drzl'wa. Sianie si1· lak 1iajpr:iwdopudllhlliL'j WIL'ic :lolepiych pow1rvl111ic pr1.l's1.ukiw:111i:1 puv::1r·:«·i1i di1t· 1,· .(lllcktore pr1J"l"1111v 1«· 1111·1 •I' I 1i·") ··I I· · I · · : .' "' ' .. .). \ t I dJ•ł . JU 11:1' le 1 1.:1:,1osuwa111c 111ac1111" "'"1:111w1:1 Ili. ;-„ :lilako11111·1 wi1+,·z J''' - 1 " 1 I „ " · I I · · · 'n· . ' _,. ':' .l .,L !. 111.in opo ug11, ;;low< o 'llilllJ<ł SI\' w 1cli wy11il.11. _i«::I 11i<.'i.< >J"i\ .<:I ,.i.Ruch o 11·11wwi"·111111 · " "I. · I. ·· • '. ' , , , •J /.a:·d\'gll Jd \11}}()/.l'lll)' SO lll' IVVOhr;l/.lc' lll IV i>"llli lllSll\\';111·1·111i:1 Da "al1'11/1I „ , I I I I . I b · · l/.LW pot rl.\'t llyc l li' '
1

((

/

. ·.· ".1 s11" Rys. g,IO. l'ri.yk"1dy z.111ian w lopolog11.. dr;:1·11'r;.t'\\'O .\ n',/.ni ~;i~· tld du.l'wa I 01H:r~u.:_i:1 wyl·1~·c1a

wymia11:1 '_" I s1-1·I ' 1.•' _I'0 .,l'd\'lll'Z:\ md· . ·„ ·'..,"I 1

p11.t'~,;.c/L'Jl!l'llt.t dizc\\i I

r1.1;drn·g< 1

· 1yp11 z1ni·1ny lopO·, ł'r1.cks1.lakl'11ic drzew;1 I w dr1.1·1vo 'I sl:111ow1· pr1.y I\ I a< I 111n1'go · ' (ant,· 11 •1 ''lodr:r.••chw~o logi i drzewa 11a1.yw:111cp1 > W.)'("R\'t'Wm n przes·zxZt'nHl m1c m 1In.„H „„ '." · ie , 0 · / 1· · "l'l') () ·1" "1·1 1·11 ·1 1·J1ll<""I 11·1 1v\dira11111 dmvol1 .\'11/J/l'I'<' f!f'lflllll!; 1 111 1 rcgr1111111g. -~ ' . pe ,11. • ' " 1c" ' - . IYg ' · Ine!.!.U 1Ir1.cw:1 , ( n,1· 1y„. · " n. '' !() JL.s · • ·111duc11·1111odrzccdnc dr1ew·1 podr1<·d11el'O 1. rn')'Pl11a 1 , „ J. .- ' . " '" . -~ , -. . . . . I .. . I „ • „ . - "' ,, I O "ałąz z,1· rnlci,·cic gu od d1'f.L'll':1 1 pr1.cs1.c1.1'llll'llll' 11:1 11111.\ 1. {'..\ \ 1.1 l 11.L ' 1 .1 l I_\ „. ' 1 · ' ~" •. „ cni . . ro I 11.w. me Iiow . 1Ia I1: I" ko1ic1.011a liśL·ic111 BJ. Sl'l\ 1.al1c1.:1 :;11; '1l',,..'.< ) 'l"''l•'"ll ·"" „„ w 111zcs11z

. . ·

„ "

1
B.

25!)

Si.lik i\\'a11i;1 dri.CW jc·:<1 jnlnak 11il·1.wyklc 111alo praktvc1.11c, ho choć potencjalnie ino;i.e'., 111.v wy:;.11:1('!.yl' w tc11 spllS(.lh glllhalnic opty111alnc drzewo. to jl'dnak czas oblil'zcnio\l/'ć:. potr1.t·hi1.\' do tc;:u celu jl:st wlaściwic nicskrnic1.ony. vVi~~ks1.ośl' popularnych progr~·· 11H.l\V pr1.es;,u ki w:m ia pr1.est 1/.l'll i dr1.ew wykou.yst uje kombi nacj~; N N I wraz z nicwiei:··. ki111 ud1.ialc111 rndHiw dalekiego zasi~;gu. Prn1~rarny takiL'_ zwykle efektywnie znajdują gloha I 111v opt y 111a Inc dr1:cwa. l'-lak~.y 1.aznaczyc. ·1.L' st ratcg1e pr1.cs1.t1k1wa111a pr1.cstrzenL dr!.l'W 111,· o;!.rn111L·1.ai;1 sil,' do ruchow w )!Ol\'. Okaz.1rnialiw dopus1.c1.c111c ruchów w dól' 111oi.<' 1wliro11ic· :dgoryt111pr1.l'd1.aku1io.cnic111 dziala11ia w lokalnym maksimum. Metoda iVl011k ( ';11-\u dl:1 l:11\c11chtlw IVlarkowa. ktlira jest opisana w podrm.d1„ X.li. jest pr~.ykh(. dvrn 11w1t)(ly p1·1.cs1.11ki\1;;111i;1 drzew, w ktl1rL;j dopuszt:1.al1ll' są 1.:miwno ruchy w gón;,jak i \\I dol.

w

„.

pdzie oba pu101H11c' ~ . .

. .

(IJ.. . Y ·I '/' 1 S.\ ··

•

I

·

\\\'Z illlll Wl'Wl\~~lr1.11ymi

' · :„

,

LL

1 11 · (\\'l

/,

}'

kon. > ,. ) ' • • ' • . I' . . Jet znc .1es1 s11111ow;1111(· po czlt"· ow potornnych:

1t1 wę;,

1· 11 r l'l/'11'rU)il.11U;/'ll'z<111.

.

.. ,„

. .

.

1

V

„

1."

2.-.: riwf,"(H').

Ohlicze11ia wiarygod11ości du.ewa wy111;1c1011coo dh olTeśl . cyjncgo prowadzi sii: rekmellc\'l·ll·, · . :„ •c ' '. · OJH',J (Hl/.)'CJI dopasowania wiclosekwco·· 1 f,orze111;1 \V r;. „ , i'. : · · ~- Il O( 1 11sc1 to drzewa nic zaki.v od poloicni'J 1 l ... " '/, , , . '. :lCZ) \\ lslosc1 wiarygodność cale!.!o . , .. .. . . , '' l /.Lill.I. ' ..!Il 111, ohlicz:qąc wnryoo I '; I .. , I . . tm11esc1c. w arhitralnic wyhranylll 111icjsc11. . ' - l"' < nosl t 11.cwn, \OJ'ZCll innżna „

, Obl1cz~~11ia wiarygnd11ośd prowadzi się\\' laki s )Os<)h dl· '„ ', .·, , , .„ . . losekwc11cy.1nc'!'" przy jcdoqc1t·s11vn .. t .·, . . I . . .i l\SZ,)slk1Lh j10Z}LJI dopasowama ll'lC·· . • · · „ 'z.i 01.<.11111 111t·z:ilcz11t'J <'IV<>luc 1·; 1 'I 1 w1aryg11d1H)Śt: tl17.cwa wy111·1c'/tH1~·L.'l li· . t . I . , ·. '. . )OS1.czcgo nyc l pn1.ycji. S1:1d .. ' . ' ) {_ d Ul ('Ol) ( Ojl'ISO\V'llli'I I . t 'I . rygodności dr1.ew \\'VZlllll''/011\'l'h „ „ t'.t '. • .. ', „101, .Jcs I rn·zynern W<1rtnści wia.. · · · t .i P0 ·'-ZL Z<~go ovch po1vcp Wvl· , ·· . . . · I . zast:1p1c opcrnc,il' lllllOŻL'llit1 dodmv;111ic111: . -. . . . ,t I Z) st.inie ogaryt111ow pol.\\'al:t

ii·

'\\;i,iy111y

111 /.101

18. 12)

1

Zauważmv i, 1 , 1. : . . . • .' • ' .L o \\ ,1sn1e war1osc1 loti.arvl!nu winry~.1od11ośc, .. .. . . dz1alan1a prn;>r·iinow l\·tl 1, . . ~ •. . . ." · 1 -'•I 1..izwyc1.a.1 podawane jako wynih ()Jl!('\\';11. ISłillCJl,' Wll'l' n .· r ·J '·J· J. „ . . \ na op1sac' pr1c1 wiek rtiin\• ·I t .. ' ' . . ~ .1 m. 111,YL l SL ,\Il nc.11, k1oryd1 cwol11ck 1110) .. • , · . { l { 11.l \\. w1nrv1_1od11()sc drzl'W'I Iii >n, ·1 ' · I I · · . 111\llCJSZa od I' I lr/t'\VO MI Io tr· ' ' ' : ,, . . 'c·ll\( ) C/l\Cg1 I Il 'i
(8.8)

.\ )

!'.d /i\, li 1n L,j( · /11/ ( t l ·-.:\ pr;1wdc )plldnhie1)st \\'
nu 1i

li'

tDJm.tGZl\Nff \l\lllHIYGODNOŚCI DRZEW/\ FILOGENETYCZNEGO

I ·11 (

(H.l!Jl

)

Powyi.sza proced11ra pro\\'adz.ona dla \VSZ\' ·11 · ·J ... I · "s dl l 11\Z ow 1vew11v1u.11ych .1·cs1 I' I do1.i1u.i do !.01z.c111:1 drZL'.Wa (Ili l.orzc1Jiein . ·si \V) f\•I . · ut·1yw.ina z c iwilq 1 ,, _l, • O/.C11JVle1i1zohl1czvL'w 1•111 , I I tfZC\\'ll \\')'Zll . . a ;lad;11\ly, „. I 11a pozvcp·· li 11· se. kwcncJI„ przodL1 zwiv· ,·. I ... · . 1·\S .•\Pil \lid ,aztlt·1 · · /· czlcr · · · c'l'h z·„1.„1< . .. . ' .dll<.J z ;{){/,( llll'\\l Jt:SI OfJIS\'IV:JI\'\ przez('/' 'I " . ' , . ' rtlwnowagi 11 \\', /,!!,Odllie 1, wvlH"lll\'lll · I ·I· · • . · · -\S osL wys1ępowa111a zasad w s1a 11 ie ' . • .. 111{){ L Lill l'WO 1lll')'JllYlll. St;\d

11hlic1J·niL' wiarygodno.
l{u

W\?(y

rcch 111ozl1wych \\'t1rlo.~ciad1 wi·1rv11od110Sci ol

I >la dr;,·v,-;1 W}'/.11ac1.lmq~o na podstawie pr1.yj~:tcgo rnmłelu ewolucji sckwcncji lllOŻilil uhlio.yL' wiar:l').!,odno:'.:ć. c1.yli prawdopodohic11stwo. i.c paralllL'lry wy1.1iac1.oncgo drZc· 11·;1 popr:iw11ic tlpi:;uj;11.wią1.ki 1·.woli1cyj11e 111it;d1.y pos1.u":g()li1ymi sekwencjami. Wyko. 1.1.ys1:111it· krylt'ri11111 Bajwi•/ks:~f'.i wia1·ygo1hwśd (;111g. 111111i11111111 likeli/Jood, ML) umoż'. liwi;1 ol.r . ·O:l,:11i,· dr1l'wa. ldl»r«;'tl wi:1rygod110:'.;l' h\;d1.ie 11ajwi\·ksz:1 (Fciscnstcin, 1981). .\l;!.l11·v1111 :;tn::ci wyst\:IHlW:rnia 1.asad. stosunek liczby lr:rn1.ycji do transwcrsji itd.). l'rzy w,1•;,11ac:;:i11iu 11ajhanl1.icj wiarygodnego dr1.ew:1 lilogc11etyc1.11ego wartości wszyst· Lid1 tyl'i1 p:1r:111ll'tniw 1uog:1 hyć· optymali1.owa11c rt'lw1u1c1.cś11ic. Moi.na równic?. opty111ali1.t1w;1,' toplllogi1,· dr1.cw:1 i dlugości jego gal\'l.i, 11tr1.y111uj;ic parnrnetry wskaźnikó1V IL'lllpa jH,ds1;1wiL:1i 11<1 określo11y111 i 11ic1.1lliL'1111ym po1.irnnic.

fi

.

R)'H. Il.IL ltuslracja ohlic1.allia wi;1rvgotltH„;ci dla po.cd, .. ,· . , oz11aczai:1 z.asady \\' /.11a11ych. sckwe11c1»1cli I Jl'.) ll~ZL~,"'.~·) L.Jl \V danyt\l drl'.C\\'I\', t .ilcry i\. . ' . { ' . ,I UV;"\ I / , I \V OZJl'\Ci''li'l 11' I w sekwcncjat·J1 rc1lrezciit<)\V;iiiycll j>rzez w ·;I · · ' ' · t • ·~. • 1cznanc zas~H y . · · · · · \ · Y 11'<'\Vll\'lrrnc. <'zasv (lub równ „ .· · tt gałęzi) na J.:a:i.dv_j gał~·zi
niT

'

•"'

l

"

I

I

„. ' '

0

\

11

I )[;1 I. ',l;i\\

i

1

1.a\ad \' 11\a!lly 111 ~„l\l!l\'. c1tc1\'L'li rnni.li\\'yl'i1 warloś,:i prnwdobic11slW pod~ \\ ;q 1,;1rn1 Pdpn\\'i',H łaj:\cyini w;1rl1ł,~L·iorn ,,·i;1;·y 1!od11o~:;l'i f, 11 (.\).Dla węzla W,

1.1.dt·j; 111t1/li\\'\'d1 ·11 \

1;i111i:1:.1

Y .1

1

Kryteri111n IVll. nmi.l' hvL' wyk(\r/'.y ·1' ,. , , 1· . . fil sckwc11c1'i l'r \i· I· I . . „ s )." dlll \I ana i1.1c liloge11clyc1.11cj zadancpo zhio· · " ' ' d< owo wykorzystui·ic W" 1·1 · · · · ~,zcmy ust·ilic' I t, '. . I . . . .· ·.. . , .>I I" porow11a111a wartości hootstl"lp mol · ' • '01c z 1.a c111osc1 l'Wolucv1'11v I1 · I1 · ' lrzewa lilooe 11 . . · · '. . · · · · J c opisywanyc i.a 1m1nocą wyz11aczo11coo cl 1ycz11ego s:1 111c.1cd1101.11acznc, ;1 11ast1:1miL' lll'/,l'.("S'l
:,

B.

260

l
lywnych dr1.cw rói.ni<1cycl1 si1,~ kolcjno:ici:1 i'.dar1.c1i spl'.cjacji w takilll frng111cncic dr1.cwa. Moi.na niwniei. porównać wari ości ML dla kai.dcgo 1. dr1.cw wybranych prze!. ui.ylkownika. Dr1.ewa o lakicj sa111ej lopologii b1,~d<1 się rM.nić dlugo:kianii '' gałęzi ora1. wartościami parametrów 1nacicrzy wskal.ników lcrnpa pmlstawicri. Wyznnaonc warlo.~ci ML mogą posłużyć do utworzeni.a rankingu alternalyw11ycli drzew. Czę- ; sio rM.nc dr1.cwa tylko nicznacwic rói.ni<\ się 1ni1,'.d1.y sob<\ wartośl·i;1 wiarygodności. \7'/ai.ne jcsl zatc111, aby określić c1.y jedno z dr1.cw jcsl r1.L·e1.ywiścic islot11ic lepsze od innycli. Moi.na Io zrobić, slosuj;1c Jest zaproprniow;my pr1.c1. 11\.ishino i i !ascgmv~ ( 1989). J.ogarytm wiarygodności całego dr1.cwajcst w tyn1 lcścic s111ll<\ warlości dla kai.dcj zpo1.ycji dopasowania, dla kl(m~go to dr1.cwo 1.oslalo wyrnao.onc (por. n'>wn. (8.10)). Je. i.cli wszystkie po1.ycjc dopasowania ewoluowały 11ic1.alci.nic, llloi.L'lll)' oszacować hląd wy1.nae1.cnia logary11nu calkowill~.i wiarygodności pr1.c1. obliczenie udchylcnia standardowego logarylrn(iw wiarygodności iH>s1.c1.q~ólnycil po1.ycji. fVloi.c111y wicdy porównać dwa n'i:i.11c dr1.L~Wa i rn1.wai.yć e1.y r(>i.nica w logaryln1ach wiarygodności dwt'ich rM.nych drzew jcsl slalyslye1.11ic 1.11<1czqca w por(1wnaniu do blt,~du wyz1iac1.cnia lej n'>i.nicy. /.obac1.111y lt'r
ML określmy na pocz:1tku nasl\:pujqcc kłady: I. (fVlys1„ Świnka morska)

2. (Galago. Lemur) :l. (Wicwiórcc1.11ik północny. Wicwiórccrnik olhr1.ymi) 4. (Wyrak 1.achodni, Wyrak łilipi1\ski) 5. (Saki białolica, (Kapucynka czubata. ((Marn1ozcta lwia, l\ilarn1ozda karlowala), (Wyjec rudy, C1.cpiak)))) (1. (((Nosae1. sundajski. (Pawian, Rei.us)).\( li Ilon, (Urangu1a11. \(lury!, (Człowiek, ( S1.ympans. S1.y111pans karlowaly))) )) ) I )ia ka:i.dcgo 1. tych kladliW moi.e1ny wykl\r1.ysla( 111clrnl~· N.I do skonslruowania ukor1.c11iom'.go dr1.c.wa, kltirc prnwidluwo l><,:d1.ic upisyw:1<'.: kokjno:;( 1.d;1rze1\ specjacji. l'okrcwie1isl wo ewolucyjne międ1.y kładami 11111:i.c być upis;111L: pr1.o. I 05 ró:i.nych Io· pologic1.11it:. nieukorzenionych dr1.nv. W an:dizic, kl(lrcj wyniki 0111ds1mvic1! dla kai.lkgo /. tych I 05 dr1.cw. /.wr(>ć·111y uwa1w. i<· 01.11au.a Io zmian~ dlugo;;ci gal~:1.i 1.an\w110 wcwn:11r1. kl:1dw drzL'W opi::ujqcycli relacje l'Wlliucyjnc wewrn11rt kladt'iw s;1 nicdo/.wolonc. Bior:1c pod 11wag<,:, ;'.<' wykur1.ysla11y pr1.o 11as algorytm spraW· d1.a kai.d;1 1. 111oi.liwych topologii. 11H1i.c1ny hyl' pcwni. :i.c pr:1widło'V<.' 1·u1.wi;1zanic fYI!, 1 i.ostanie odnalezione (1.akladajqc prawidluwc pou.:11k1iwc 1.definimv:1niL'. kładów). 011 ' 01 sywanc obłiu.cnia sq dosyć s1.yhkiL·, po11it·11•ai. dla tak 111alcj Jiu.by l;l:1d(i\V liczba r ·; wai.anycli lopologii dr1.t.'.Wa jcsl slL1s1111kmvo 11ie,viclk:1. i\!1<1;.
sllllS0\\11\. /. h1oltll!ICi'.llC•.•o lllllll'lll \\'l'
'

'

L

'lhpologia drzewa ML 11zyskana / wiif· „ , . 1• · • . I . · · . dl!!.) s .1111u11 111odch1l'Woi 11 „v 1·11 •10 0 J( „ ka sallla . .1a' topoi.t1ow:iiii·i ;·is·id \\! . . · . . · - . . " Od.llll ti ro11·11vc 1i , · ' ' '"' se 1' 11 Clil'lrowadi.iliśniyi>onowniel·I: . . . ·I" . . " c:-; /,IJ,J(/„\10111111.vod I. . . d "i s.1111,1 .tlld 111· łiloot·11 •(v „ 11 · t korzvs1111:1c 111odcl lll(Y I 1 ·., „ . . . . ' ,„. '.< 1.1. v111 r:11.L'111 wv· · · ' 'r l .J I • 1 1 . I" ma w1l'losckwc11cv ·ncuo wsl„ 1., ·, .<'i .. „ . . · . ·I· · „iJ. -11.i 11.:1 du1):1:;11w;i. 0 ·1 . • . ,., • ' ' ' ·111 . c 1 > 1·n1c1„ 1.c 111('klow 1 I" I· ··I . . hyć 111c1.rn1cnnc we ws1.vstkicł1 schv. "· ·i I l l <."1,1 sr ,11L 11c..11 ivvd:1.1:i .<;1<; , . , , . ' LilL!dl I, pm C/a•; odv lilii(' 0 d I" . . . . wyraz111c CZ\'.Scicj ni:i. poi.osi·dc 1•\b\' 1 · . " , · · "' · '111,1 1.11111·111<1.i:i s1 1· • · • ' • • o w1.1.1c pod uwa•\' wvl· r 11 .„ 1. 1., puszc1.ap1cy 1.niiciinośl' tcmii·i fJo 1.1. . „ 1-" .- ,o "„ ". 1s111y 111rn.łcl do· • . ' l s .iw1u1 n.i 10111vl'ł1 ptr'\'c1·wh I i.. I I . 111c111c okrcśiOl\'C„ . .· · · " . . ' · , '01 \ 11w1.g 1·1 111:1 isl· '" · · ' ·- ·li 1nwa11anr11vch 01"11 poiw·d· ·· · · · . " ·. kategorii po1.vcji 0 i'.llliL·nnviii lci1· . . '. · · ' .i na wyrn1.111c111c :;1.<'ści 11 11 lll ptH 1slaww11 op1sv11"111y111 r · i· I I • • „ • !J.il.ł.·I). 'łiiki llll1dcl /OSl'il W)'i·or1\'S('ll . ·,._. . . ' . oz, ;i( l.'111 g;1n1111;1 {!lur. „ · • ' . ' • • ' l\· w an:1 11.11· ws1vs1kHi IO"i. I po Iog11 dr1.cw;1. I >ricwl\ /\'I I I1 . 1. .', -. . . · · ·. · • • - .t !crn;1tyw11ycli to ' ·· • \ l ·\Ll wv111 1\IL'lll I ·1 · · 1· , I · Główna rM.nica 1)0111iqlz\' r\'" ""(I)'. . . , \ <111.i 11..J pr1.c·t slaw11J11u irn rv:;. ~\.12. ' · "· ''·'' > .I I ys h I poi •o ·1 I · · Wl)\'.tr1.11cj wicwi<'1rce111ihiw. \V\'i· „ ·1 . . . . . . L1.-' 11:1 11:,.:1:1 l'lllli .1:1ko !'.l'liJ'\ /'.l' · · ' " ' \llli'.\IS UF\l' win· h·mł1ic1· rt" 1· 1 I · SC'Wc11cji. pw.hyliś111y "it• •.•I 'w. . , . 1'1. ' ' : . .I IS Vl'i'.ilV 111\l( cl l'\l'·11 i·; . -, . . . I . ' ' I I llld p.tilll !'/ l'hil • 1l·Jlinv1 . , I .. . Iurk:rcyj11ycłi dr!.L'\\I. kltin· 11 ,„ ..... : ... : "". '. . 111. is 111q:1 lr:y lupnl, . Iii . . 10,",I 1..1s1.1p1t t1,· lrilurbl·f\' li' I. „ 1 " ... 1 i· . s1,111ow1grnp\'.1.c11·111·fr111·1 W"1 •I. I. .. ,.11.< '.I I. i111: i „;11.(!:1 ;, !'.mp " I I · ' ·t- \l l 111 po1.usl:ilvd1 dwudi W· "·il · . Jc1odad11ic t·1k·1 s·1111·1 \\"1rl : : ii\11 . . . ,,1.y„ ,1c lt' r„p,ilti!!I<' ,·,•cl111 .• „ ' ' . ' ' ' llSl . „ l'Ullll'\l';Ji dltl''ill."I< i111c'1 · '· '·' ;.pu.'"'" \l'\'1111,·1110111· l ·I I 1I/,('(.' · 1I I. I) ll p<>i11·1cTd11c \Vi·111·0 i , . • ·11 · . I I „ I„ . . . . , . , .,, li""' «1 .. 11 1111" ,·11 "i"'·"'"d 111 .• Iio1mv11n1-:111vcl11 () Jll. .ll<'JI · . llllll<'j.';1.:1;qsl:il''!.1.:,1 Ili„ i:.i•lf111'. llako., .. '.1, l.c• \\' :ISL'tll'IL' kai.d,· /. 1vd1 11:1jl1:ml1ic i 11 i:ll'\'!'
•

•

·

·

.

.'

·

•

"

„

„

„

„ ...

„

„

„

.

.

.

•

,

"

.

.

•

1
2!i2 rvJysz

' \Vie\villJ'L'CZllik

p1\l1HH~ny

2ti3

sianowi cechy u gatunku przodka, a -- stanowi cechy u gatunku potomnego. Pr1.ykladowo I uwż.c w.nac1.ać struktur,· kości w skrzydle ptaka, a O może 01.naczać struktun; kości przedniej ko1kzyny salamandry. W praktyce wybór odpowiadaj;icych sobie cech nHirl'ologicwych u n'iżnych gatunków nic jest tak oczywisty, jak w opisanym przyklad1.ic i wymaga grnntowncj 1.najomości anatomii i paleontologii.

;

\Vicwi(ąecz11ik olbrzymi i

(a)

o

(h)

o

(c)

()

SaL i hialolica (1\)

Knpucynka cz11h;1ta

o

Il

Il

li

li

()

Rys. 8. IJ. Kryll~rium parsy111
iV1an11ozc1a lwia

j (;t\fZllCl.'IJil' dl'!.l'\\' (hl i k)

I

fVlan1HlZcla knrlowala

,I

Wyjec rudy

{ :zepiak

t'-lnsal'z sundajski

Na rysu11kll ~).I .I pokazano przyklad, gdzie gatunki C i J) mają ewolucyjnie nowe cechy, l;tt'irych nic maj<\ gatunki ;\ i B . .Jeż.cli pokrcwic1istwo ewolucyjne czterech przykladmvych galllnk(llvjcst opi.<;ywane przez drzewo I\. l.l(a), to określona cecha wykszlalcila sit,: jeden ra;, pr1.cd rm'.dzielcniem si\: linii ewolucyjnych galllnkt'iw C i D (gal:\ź drzewa oznaczona symbolem+). \V pu.ypadku opisywanym przez dr1.cwn 1\.1.\(h) cecha wyksztalcila si,, niwnież jeden n11. (+),ale też jeden rai. została utracona(*). W przy„ pad ku opisywanym prze1. drzewo 8. 13( c) cecha wykształciła sit,~ nici.ależ.nic dwa r:11.y (+). Pr1.ypadck opisywany prze;. dr1.cwo g, I .\(a) jest najprostszym wytlumaczc11icm obserwowanego zn'iż.nicowania cech mi~~dzy gatunkami odpowiednie dr1.cwo spełnia zatem krylcrillm parsymonii. Innymi slowy, drzewo 8. I 3(a), które do opisu zniżnicowa­ nia określonej cechy w gn.1pi,: c1.lcrech gatunków wymaga tylko jednej zmiany stanu cechy, jest hardziej prmvdopodohnc niż alternatywne dr:~cwa 8. I 3(b) i 8.13( c). klt)rc to samo zróżnicowanie lh1mac1,;1 wystqpieniem dwóch zmian stanu cechy. Dla pojedynczej cechy zawsze można wy1.naczyć drzewo dzielące gatunki na grupy „111:1" i „nic ma". Jedna pojedyncza cecha nic pozwoli ustalić kolejności rnzgalęzic11 linii ewolucyjnych w ohr,~hie każ.dt•j 1. tych grup. !\by ustalić lakq kolejność, musimy dyspnnow;ll' wystarc1.aj:1co dużym zbiorem cech, kltirc wyksztalcily sit; w r()ż.11ym ci.asie. hvolucyjnic wspólna ccclrn gatunków jest określana jako synapomorlia (ang. sy1111po11wlf1/iy). W idealnylll pr1.ypadk11 cltciclihyś1!ly dysponować zbiorem cech synapomorlicznyclt. 1. których każ.da nioslahy informacje o innym rnzgałę.1.icniu w dr1.cwic. W rzcc1.ywis1ości jednak interpretacja zmienności poszcwgtilnych CL~ch moi.L~ daw:K' sprzeczne wyniki. l'rzykladowo nrnż.c istnieć inn:1 cecha wyks1.lalcona u galunktiw B i C, ale nic 11 /\ i I), dla której najhardziej parsy1nonic1.nym dr1.cwcrn hi.c~dzic drzewo 8.l:l(h). Niezalcż.nic od lego, kl
0,1

Szympans karlowaty

. · 'I '.: 1row·1dzonych Krv1c·ri11111 pmsy!llonii 111:1 dlu1•,;1 llistnrit,~ w hada111ach lilogcnclyc1.11y,c_ . ic;u ;no7.li11:1.11rnlsl:1wic n-cli i11orl'ologic1.11y<:l1. :/.gtid111c '/, 1y111 krylcn11111., spo..it.ll \~ . . 1·mnicj'. „ • Jl. ·st 1·1he olw111w1c IV''Cil j'()/.Wi:\'l.<11i \HlSl
·

B. Molmly

2fi4

i.c u pcw11cgo gatu11ku dochod1.i do 111 raty jakiejś m11iej istot11cj cechy morfologicznej, 1.god11ic 1. 1.asadą „wykor1.ystaj albo porzuć" (a11g. 11s1' it or /ose il) . .led11ocześnie przy. padek wyksztalcenia takiej samej cechy niezalei.nie u kilku gatunków jest stosunkowo mało prawdopodobny. Aby uwzględ11ić obie le obserwacje w proccdurl'.e wy1.11aczania parsymonic1.nej oceny określonego drzewa, wyżsi.:\ waiw moi.Ila przypisywać przypadkowi wykszlalce11ia się cechy a nii.szą 11tracic cechy (s/.C/.L'góly w pracy Stafford i in., I t)l)(1). Pamii,~tajmy jednak, i.e 11iekóre ceehy 1rn1g.<\ by<: wyksl'.lałcanc 11icz;ilei.11ie wi~­ ccj n ii. jeden rai„ Takie /.jawisko określa si,~ jako homopiazja (ang. /Jo1111111!11s\'). Cechy 111orl'ologio.nc wyks1.1alcrn1e w wy11iku honmplazji (lzw. l'alsl'.ywc sy11apo111orl'y) pow 0 • dują zafalS/.OWanic JlarSylllOlliCl.llCj OCCll)' dr!.CW;t iilO['.Clll'()'C/.llL~)!,O. ('rol1h_-111 pulcga na 1y111, i.c e1.i,~s10 nic wiadumo, klt'>ra 1. cech wykorl'.yslanych w rnrnli1.ic lilt1gc1wlycz11cjjc0t laki111 l'als1.ywym sy11apo111ork111.

l<1yWrium parsy111onii (a) [cz Io wiek

(C 1 '

Szympano (( 'J

(c)

molełmlarne

Krylcri11111 parsyrnunii moi.na rów11ió. wykor1.ystal: w :11ializic danych 111olck11larnych (Fitch, 1971). Kai.d:1 kolu11111i,~ w dopasow:111iu widosckwcncyjnym lrnktujc si<,'. jako sian cechy. Kai.de 1. obserwowanych w kol1111mic podslawie1i 1.1llicnia sl;111 u·chy. Zastosowanie krytcriu1ll parsynmnii o:r.11ac1.a pos1.ukiw:1nic dr1.ewa, k1t"irc IH,'d1.ic opisywało ohscrwowa11;1 i'.llliL'.llność sekwencji popr1.e1. naj11111icjs1.q 1110:i.liw:1 liG.h\' podstawie1\. l'onicwai. nic wiado1110 jak wyglqdala sekwencja pr1.odka, '/. kl\irt'go wyewoluowały obserwowane obecnie sekwencje, nic moi.iw uslalić kierunku 1.n1i:111 cech. Dlatego kryterium parsymonii jcsl wykorzystywane w anali1.ic danyd1 n1olck11lm11ych do oceny drzew nicukor1.cnio11ych. Ro1.wai.my pojcdy11c1.:1 poi'.ycj<; dopasowania sekwencji, na kl\ircj u c1.lowicka, s/.)'lllpansa i goryla wajdujc sii,: C', a u orangutana i gibona wajdujc si<,' T. Zmienność na tej pw.ycji moi.c być opisana pr1.cz jedno podslawienic (01.nac1.onc * na rys. 8. l•l(aJ). Na dr1.l.:Wic z rys.)\. l4(hJ wysl<,'puj:1 dwa podstawienia. W przypmlku ro1.palrywancj pozycji dopasowania pici-wsze 1. 011111wia11yd1 drzew jest 1.alcm bard1.icj prawdopodobne. Warlo /.dać sobie sprawę, i.c nic ws1.ys1kic pozycje dopasowania są i11formal.yw11c. ·n1k 11:1 lll'l'.yklad, jeśli we ws1.yslkich sekwencjach w dopasmvaniu 1ia pewnej po/.ycji wysl<,'.pujc 1:1 sa111a rest.la, Io la pu1.ycja 11ie zawiera i111'ormacji JilogcnclyG.ncj. l'r1.ypadl'k opisywa11y pr1.C1. dr1.cwa 8.1 1 l(c) i}\. l 1 l(d) również jest 11ieinfonrn1fyw11y we wszys1kid1 IHlwic1ll sckwc11cjacli, 1. wyj:1tkic111 sekwencji .gibona, wysli,~pujc ('_ \\I lej sytuacji, niczalc:i.nie od wyboru lllpologii du.ewa, zawsze jedno podslawicnic będzie wysl\~pmva<' na gaf\'.l.i prowad1.qcL'j do sd:. wcm:ji gibona. T:1ka po1.ycja dopasowania nic jl~st i111"oriua1yw11a, po11invai. wy11iac1.011c dla niej alln11a1yw11c dri'.l'W:1 s:1 niero1.r(1).11i:ilne w świetle krylcri11111 parsynmnii. l'rnsta rcgula 1111iwi: i.c ahy po1.ycja dopasowania liyla i111"orn1:11yw11:1. n111si 1.mvicrać C(J 1iaj11111icj dwa rod1.ajL· rcszl, z kl\irych ka:i.da wyslt,'pujc 11:1 tt·j pu1.ycji cu 11:1j11111i,~j dwa razy. . l'r1.ca11alizuj111y 1.aslosowa11ie parsv111011ii 11a pr1.vklad1.i<· nac1.t·luv<·h. Toplllogia na1h;inll'.i<:j parsy111011io.11e}lO dr1.cwa jc:-:1 1ak<1 :,a111<1, jak dr1.t·w 1n·1.1111c1.t111ycli dla Jllodchi Jl' /.a j101llo~·;1 111\'lud pr1yl:\C1.a11ia s:1si:1dtiw i 11ajwi<;ks1.c'.i ll'iarvgod11o:ici (rys. 8.~): ls111iej,· kilka i1111ycl1 lopolog.ii dr1c11· lil().f!.L'llt'lyo.11yc·li. kl
Uihon (TJ

i . ( ioryl

(l

'l[


( 'zlowick ((:) /

liilioll(T)

Ornnglll:in ('!')

( iu1.vl ({ ')

( iiholl rn

i ('zlowick ({'i

Szy111p;111s (( ')

3.7.2. Parsvmonia i dane

2fi5 (il)

(di

( iiho(I

cri

( lranp.11ta11(T)

\ '/.lowil'k

1

t< i

( )J ;mg111an { t ')

Rys. S.l·L ł\ryt{'ri11m p:~rsymn11i 1.asl()sowanl' do pr1.yk/;1dnwcj !Hri.yl'ji inl"onnt1l\'\\'lll'.i \\" d:łll\'cli inokbi (;i) i odr1.11cil' dr1rwo th). \V .~widie fe11(1 s:1111:·110 kr11lt'ri1111.1 111··, '11" ( ') 1·· ,~. • ' / L .! l

l.arnych pozw;lla drznvo . ' ' wyhral' . I .

1(
sy111011ie1:'1_y11L Probk:n1 lll'l'llY slalystyc1.11cj isllll11osl·i rni.11ic 111i<:d1.y allniialvw 11 v 111 j drzewa1111 • Jl'SI laki sa11J. •1·ak w llr1"11adk11 111clo(I" 11·11·11· ·1" 11 ·11 )!.(}(· 11J()~('I. : . · 1»()( I0 ,·}!łf(' · 1·1·1„.,l'/. ') .J l. \,H, 11'~ jednak jak w pupr1.cd11in1 pr1.ypadk11, niwnic'i. i w 111elud1.ic p:irsv 1;1rn 1ii nmi.iia w iv 111 celu wykorzyslaL' IL'St Kishi11o~I laseo;11v" (Kishi1J(11· l·l·1s·1w 1111· 1 Il)."'!) · • , • • • 't.::} o . \\' ,, ;11 1;i 1·l/,U\\';tll\'lrl pr.zyklad1.1e rn1.rncc 1111\'.dzy drzcwc111 parsymo11ic!.lly111 i dr1.ewaini wy 111 ag;ij:icvini 1; i.ll;a w1i;t:e1podslaw1c11111c s:1 slatys1yc1nic isllllllc. l>la tyci! s; 1n 1yd 1 daiiydi dr;.C\1;; 1 ll'Yi'.IW czonc tr1.e111a ro1.ny1111 111ctud:1111i 111aj;11:1k;1 sa111;1 lopologi\· i sq slab() okn.:ślrnic 11; lvch sa.mych m1c.~scach. /'.a11wai.111y jednak, i.c z;1slusow;111ic 111clod parsy 111011 ii i najwid:.~i.cj wiarygod11osc1 111c 1.aws1.e prowad1.i do 111.yskani:1 takich sa 111 ych wyiiihiw. ( ·0 wit;cej, po111ewa1. oba kryteria s;1 zddi11iowa11c w r(J:i.11y s1)(1S\\h. wlaściwic· 11 it- 111 ,1 gwar:incji. ;l' wyznaczone na ich podslawil' drzewa lllllgcnl'lyo.11c ht;d:1 111 ialy lalq :-:: 1111 ;1 lopol\;,t'.i\'. i

I'

(

/:'(

('

3.7.3. Porównanie metodv parnvmonii i mełmliv nrnjwirił~
;i

ll. lvlnto
11,. l'/.t'sll!S('i w:;/,ystkit·h typciw podslawicti ma;, równe ll'.lll\Hl t'.wol11cji na wszystkich \Hl'/.yt.'j:!l'li :;<'kWt: 11cji. /.auwai.111y jednak, .i.e podobne ·1.ałl'.żent<'. poc1.:rno.'.1c 1.nst<'.ly · · ·I \\' li l.l' l<) l 11. 1· \.. ll·• 11·sv 1tlt.:ntyczny.. wklc1d l'll\Vllll"/ · .. 111011 ii·· w•;/)'Stkw · · · · lYIW . . 1mdstaw1cn 1111.lły . , do par:·;vrnonic;.iH.:j oceny dri.t·wa, a 1.miany 11a wszystkich pozycp1ch sel~~venc.11 m1aly lakq salll:\ wat'.\'. W<·i.cśnie.i pokazaliśmy. i.t' 1.as\osowa111e modelu 111-. 1 1 uwzglc;tl11j,:11jt• '/.l'"l';•.nic«lwaiiia tempa prnlstawic1\ w sekwencji wplywa na parametry drzewa . pc.t·i ;l:ll.';l'i 1.:1wicr:1 praca Stecia i l'cnny'ego (2000). . , ~\; lllt.'lod;.ilo parsyinonii.jcsl 111i11i111ali1.owrn1a lici.ha podstaw1t:n he;. w1.gl\1du na.dl~1!',():;c !'.;ii\'l.i di";nva.; kloryrni le pmlslawiellia s<\ 1.wi<1za1w. l111ly1111 sil~wy, podsta:v1e.me ~v dli;!'..i<'i :i.:ill"t.i du.pisywana wlasn~lŚĆ 111ctmly parsy'.11orn~ P'.' :CJ!l· wia .sit,: w po:;l:ici t1.1v. c1kkt11 IH':!.ych\gauia tliugich gai\':t.i (ang. lo11g~/m1111h111/mc:ron). k''li wid„1·1 d!uoośc: Eali:1.i jt·sl wvnikie1\l dni.ego lclllpa cwoluc,11. w1cdy alg01~tm7 1 · " • ""' '· ' · : · · · I · ·k .··I · · · lrzew1c 'ch· i..llllStl'Jl(ll\1;111i:1 iii"/.('\\' 111;1.i:1 [CIHICllCJl,' do lllll!CS/,C/.a111a ich. 1ilS ()SIL llC 11,~ l' " „ tvloi<· to 1 1rmv;1d1.ić do hl11dncgo 1nupowa111a galunkow. Llrne l4~zy .I logc'1H·tvu,11y111. · . !'I , ·tyonych JCdnak t1v 11 j,. Lill'/.<' tciiqm ewolucji. i'rnhk1n tt~11 dotyczy Wit: 1u meto( 1 l ngcnc. '. '· że • ; 1• 1 ,„,, 111 1 ·,. ,. 11 .„1n W\'Sl"llll.IL' 11· 1irzypadk11 parsy111rn1ii. Nalt:i.y 1.dawac sobie ~p1:awl(, '.. " · ·' ' · • " · ' · „ . · · • '" I 1rnnq1 prnllk11 1 pri.V<'l:p1,11ia dlugic:li ;'.:d1;/.i nic wy111k;1 1. llll'dosl;1tec/.11e.1 1.awai tosc1 111 ( , :. '. 1 . „ . . I )"/" S tr . I . . I : ·wo Oil 1 111.. · · · 1 · 1111a · Io I1I',.(n.\ I · Ie"\1\ll.'ltH!y p:1rsy11101111„ I l\'t I1.1,· "" " 11·1wcl ' • 1 ·" ' · ktoryclt · · . ·Zlllll'.I/„ · · „ ·1 l Jo n il·shniczonosci. dltl!'<);;(' :;l'l,\\'l'lll'ji. 1.!1:1 \l')'/.llaC'/.<1ne.Jl'.\l l I l'/,C\V(), .\ . . k'C• „. "<>(I· lll\lt \"llJ"IL' · · . .JC:·;l d()hl«l llll'lm I·•I tlU.llldnl.l . , " " l I"/ 11a1";\'l\ltllll:I I .l.·w 11·1' 11ods1aw1e o 1I • " '' . • • · · . „ . · ·. dyspont· 1 Ili<.: · ·zv~ śltll\ycli. j:1J..u•;,·i<1\\'vch L'l't'h )'.alunktiw (seLWL'JlCJI) w pu.ypadku, k1<:<.y · · '. I 11· . 'i ,„ eoo sensu aby ·; ·!·" vdcl ll'llly 1\tl\>J')'llL i!tl:·;('l(>\\'y111 lllll(kll'll1 (.'\V() llCjl. 'Il' lll.l \\I,.,,,/, t.• ' ' ' ' " lWOI · · I · · I 1vl szt·iin·111d sdZ; l\HH!l'i 1>1>i::11j:1•.'Y lt'llljlll l'\Vtllll«ji skri.ydl.'! pia\()\\'. JlOllll'\\':l/. (()I\,\, '. '" ' „

•

1

l

•

·

I

„

·.

1

1\

1

"

'.

'

1

'

•

•

-

•

<1

•

,

„l

„

•

„

"

'

•

'

•

.

•

,

;

'

o.B. lnno nwlolly Lwiqzrn10 z najwi~lrnzq wiarynolinoi:ci;\

267

doszło tylko jeden raz w trakcie ewolucji organiznH)w i.ywych. Nic ulega wqtpliwości jednak, i.c podstawienia w sek wc11cjach zachml/.q wielokrotnie i Wt~dlug tego samego 'mcclw11iz1nu. '/.tych wlaśnic powo(h)w warto dysponować ilościowyrn lllodclern tempa podstawie1i . .le.~! i do dauycli wejściowych moi.na dopasowac' i lo.~ciowy model cvvolueji, w1edy z:dcc<111;1 111etod:1 wy1.11aczc11ia dr1.ewa łilogcnetyc1.nego jest 111etoda 11ajwi\:kszcj wiarygl1d1Hi~;ci.

8.8.1. Metoda ukłmlm1ia czwórn!( Jak wczesnicj wspo11111il'!iśmy. 1mcl()(ly wyz11ac;,ania drzew lilugcnctyc1.nych 11a podstawie kry1erium 11ajwil;ks1.vj wiarygodności rnaj;\ wicie 1.akl,jednak S<\ do.,yć wymagające obliczeniowo. l'rnhlcrn ten 111()i.11a ro1.wi<\/.aĆ, wykorzystuj;1c 1nclod,~ najwi1'ks/.cj wiarygmlno.~ci do oceny wzgl1~d11il· ma lego 1.hioru drzew li logcnctyc;;.nych zdcliniowancgo przez 11żytkow11ika. W lakirn pr1.ypadku ograniczamy sit; do oplymalizowania warto.~ci para111c1rs/.c 1. możliwych, llt,czale;i.11ic lld tego, co 111o;i.e si1· wyda11.yt: pr1.y dodawaniu do drzewa kolejnych gat1111topologie ··· nicku\re h1.·d;1 1kow. Wy1.11ao.1>11<' w lt•11 sposoh dr1.ew;1 h1·d:1 mi;dy ?Slvpowal' c1.,·ściej i1111c rzad1.it.:j. W :11lali1.owa11y111 wc1.eśniej prryklad!.ie dotyc/.qcym [ciupy 11ac1.l'!11ych dwie 11;1jcz1·ścicj wyslt,1p1ijqce topologie pujawily si1· w zhior1.c I()()() IV)'gL:11ernwa11ych dr1.ew, odpowi1.'.d11io, ()() i 95 razy. Drnga 1. 11aje1.\~ściej wys1<,~puj;1cycl1

różne

l1111u metody zwi:1zano z najwiąl1sz.1

260

topologii jest identyczna 1. topologią drzew wy1.1wc1.onycl1 1.a pollHll'<\ nK·tod przylącza­ nia sąsiadów i 11ajwi;·ks1.cj wiarygodności dla 111odelu JC. Obic najcz;'.ścicj wysti;pującc topologie ról.ni:\ sii; kolejności:\ specjacji w wi;;.le l:1czący111 le111ury z grupą wicwiórecz. 11ikh.

3.3.2. Bayesows!cie metody filogenetyczne Wid1.ieliś111y

ju:i. wielokrotnie. :i.c 11ie1.ak:i.nic od wyhra11cgo krytcri11111 w wynikach analizy lilogcndyc1.11cj c1.;~sto występowaly drzewa, kt(1ryL·h oce11:1 hyla tylko 11ic1.11ac1.nic gorsi.a od 11ajlcps1.cj u1.yskanej. Jasne jest 1.alc111, :i.L' istnieje nic jedno dr1.cwo, ale cały zhi\'ir dr1.cw, które dohr1.c opisuj<\ 1.111icn11ość wcjściowycll SL'.kWl'.ncji i wlaściwic nic rno:i.na jcdnoz1wc1.nil' wsknzaL' spośród nich takiego, kt(irL· jest 11ajlcps1.c (najbardziej sl'nsow1H.'. hiologic1.nic). W tym świetle si.ansa na to, :i.c dr1.cwo, kt\'1rl·. wybierzemy do opublikowania, będzie pod kal.dym w1.gl~.'.dc111 popraw11L" jest slusunkowo niewielka. './,atcn1 1.a111iast szukać tego jedynie si usznego drzewa powinniśn1y u:i.ywa( 111ctml, które d1.ialają banl1.icj na pm'.iornic 1.bior\lw, a nic pojcdync;,ych d1·1.cw. 'lhkirni metodami S<\ tzw. metody haycsowskic, 1.a pon1oe<\ kt<'>rych wyznacza si~· wiarygodność rM.nych dr1.cw, ale 1.a111iast wyboru najbardziej wiarygodnego dr1.ewa twor1.y si<;'. rcprc1.cnlatywny zbiór dr1.ew o dużej wiarygodności. Istota d1.ialania metod hayl'.smvskich sprowadza si<; do ohlic1.cnia wartości prawdopodobid1stw a posll~riori rM.nych i1lt<.'.l"L'.s11j<1cych llllS 1.darzc11 na podstawie informacji zawartych w danych oraz wc1.cś11icj 1.n:111ych wartości prawdopudohiclistw tych 1.dar1.e11. Metody hayesowskic 0111:1wiam.· s:1 w tej ksią~,ce niw11ic:i. pr1.y okazji pr1.edstawiania technik nauczania 111as1.y11owcgo w rozdz. IO, Warlo pr1.ed kontynowanic111 le.ktury tego pmlnmlzialu pr1.L'C1.yt;1ć· podrnzd1„ 10.2, gd1.ie s1.c1.q;\"ilowo S<\ wyjaś11iom~ poj;:cia prnwdopmlohic1\st w a priori i a poslcriori. Podobnie jak w przypadku lllL'.tmly 11ajwi;·.ks1.L~j wi
wimyqml11ośr.i:1

2ll9

ra111etrc\w clr1.cwa pole0a na przypisaniu ka:i.dcj 111o:i.liwcj topologii dri.cwa jciidakowcj wartości p1~awdopodoh1c1!stwa a priori. J\tlo:i.11a julnak pu.ypisać 1.crowc wm:to.~ci praw~ dopodolHcn~twa a ,iinon dr1.cwrn11. w kt()rycli :11110 wyst;:puj;i 11011 scnso\\llH.' klady, alim nic n~a kladow,. k lorych wyst<;~powanic .11z1wjc111y za oczywiste. w lll"!.yp:idku dl.w,~ości galt;z1 ~.wyki: 11'.c WIL'.111y ci.ego oczekiwać przed przyjrzeniem si<;? danym i diale;~<; SL~ll­ scllVllC ·1est u1.yc1c rnzkladu nici11J"on11atywncou ;1_1\1cl111' t•·· z' l·1l.·>i·y \.llti,f_,O:-;c - '. !!,
W pr1.ypadku. wit,.'.kszości 111acicr1.y wska/nik\iw tc111p<1 prnlstaw 1e 1i. ktt·ir,· s:i wvko r1.ys1ywa11c do opisu cwuli1cji sekwencji kwas(iw 1rnklci11uwycli. para 111 L·traini inodciu s:i częstosc1 wyslępowa111a pos1.L·1.cg(1l11ycli lypt'iw 1:1sad (por. pod rot.cli„ ·I. I J. .<; 11111 :1wsi.v~;t­ kich c1.tcn~chc1.i;stości 11111si hyL' n'iwna I. I )iall'g11 ws1.ystki 111 111 oiliwvni i'.t'stawtllll l'>tc rcch cz1·stosc1 ,\;1yslt,.'.powa11ia 1.asad. kt\il"l.' su11111j:1 si;· dl1 I. rnis:idiiit··_k:;t pri.ypi:;:H' jcd 1_ia.kow:1 wartosc prawdopodolHL~listwa. Moi.na 11:1rzucaL' pewne ogr;inici.c·iii; Ili! 1.10 sc1. czt;stosc1 poszo.cgolnycli 1.asad, :i.<\dajqc ahy 111icścily si<; une w okrcślonvc:li pr!.<"· dz1alacł1 z rnaksy11wl11y1_11 pr;iwdopodohic1istwcm dla ust:ii
w,;

•

•

•

,

...._

,

•

•

1

-'

\

.

,

;

8.8.3. Metoda Monte Carlo clla lmic:m:IJ(iw Mar!mwa W ramce 8.'.l. poka1.a11u, i.e ahy wylic1.yć za prn11oc<1 111elody lwycsowskiL·j wartości prawdopodob1c11slw a pusl,'.riori dla rt"'>:i.11ycl1 111oi.liwych kladiiw, lllllSilll.Y dysp
· 1 W IH>c1.<1tk(1wc_1· l'a1.ic 111,·todv i\11( '1~l<. · 11'\"1·.11,„.,·1.,· 1 \\lill")',!.'.ll( lf(l,';(' pt'l\'111').'ll tl':.'lll Wt'"o .,„ dr"/1'11"1 , . ._. " f.·I· 1\1 as t(,:p1111·· I'llllllft' :,1<;· 1 111a. <:.i 1111i:111y d1""1.C\\';1 lll>l'j11111j:1n·j 11p. „ 111 i: 11 1t· dlll)'OSCI jl'd111 I I1 . I . 1· I . . . . . .'' · . '. f u \\'I<; ,szc1 lt'/ 1y gal\·1.1. 1.111ia111· j1.·d11L'('.o luli wi1,·k:;1.1.·j li 1·/liv ,; 1r: 111 w 1 t1ow llHidclu l'\\'oluc1·1· ,.,.1·11· 'll"J„1 I I · I „ · „ .-. „ · · • • ,, · '. ' l . ' . . li 1 z1111:11l\' lupo og11 (pupr1.c1. ll')'llli:1111; 11;1jhli „

•

s,1si,1
„ '· '

1

„

lnno metody zwiqzano z największą wiaryuollnn!;ciq t/O

wo jc~;l 1.:whowywa11t: jeśli losowo wyge11ernwana liczba z pn„ed1,ialu ml O do I jest :· 11111icj~;·1.:1 od /„//, 1 i ()(lr'/.11c:11w w p. w dr1,L'\Vt1 I. Taka wlasnośl; j<'sl 1.nana j:iko nhvuwwaga szczegółowa (ang. dctailed /111/n11cl'I. \Vloi,l'lllY J.at1.'.lll n:q1is:ic: 1.

/'. •.

l'o11inva:i. clicc111y. aby do :•.1.'JH'rowanego zbioru wi:\C'/.aitc hyly du.ewa w zale'l.noSl'I ud wartosci il.'11 wiarygod1111'.;ci, 11H1simy mice /'1/I':, /, 1/ L.;. L:1c1.<\C to r
stwr:m W takim pr1.ypadk11 · zrozn1cowa.„ · ' Izaakceptowana. · · I.. . · ·jednak uzysk'tnie · · ' · Ollf)llW.1cc.Into z„ 11rn11t1'/.L.W wy111;u~alohy ouromnej liczby J·rnl·óv ,, I· I · · ·. 1· · . , I"· ", . „" . "''. ._ · · ' ' v. /,,o e1,.1e1.e 1 zrrnany w drzep11.U.11 J.lli1a11y " . I · · slanow · . , „ ,l.J•\. ,St\ 11.i . , .d11zc . . .1ego . w1aryood11ości "' · , ·st osi · mel· ·' w1.11ygoc11ose1 . .':11:icz111~ 1:1111,c.JSZ)'. od I__1prawdopodohiet'istwo1.aakccplowania takiej zmiany h\~dzic b,lldzo MCMC' .. ·„ zatem od · · 111.ilc.. I · · l 11.yd.itnosc algorytmu wykori."stui·:iceoo J • '" · 1..i Ic1.y osiąg111.;cia w asc1wego krnnpromisu mi1:di.y tymi skrajnymi przypadkami.

\ViarygodnoSt; obliczona B.2 ·jest w rzc:CZ)'Wisttlf. .· w1.11ygot " · Inosc1<\ - · :1.11anycl1 sekwencji . ,. , , , .·, . . . w ramce . · · · „ci 1 1 okr1:slonc dr1.cwo I .. ksi Io zal\'Jll danych dla

l;lrn.y~. i.'.\\'.',.''.'·'.\ <~1>1s11.1c:

wiarygodność

określone~,;

dw \Id z_.•. q J.,)\\,rn,i /.(dane I I). 1'0111ewa·i. 111arn)' l)'ll\O.JCLL(] · · l · ·I··. I I ·I ·I · n1oihwych · " I . 1·1 _1.lko . ZHOI <hlic1.v1' , , " warlo:;ć . ' c·) . 1)~•t I·•\l•\ a pnslcriori d1Z«\l.t' .1' .lll)< li Z< 1.h1m11. lw1ndzcnw Hayesa 1116wi jak Io ,.rnhić: „

•

,.

I da111·)

/'U

/.(dane

I l)l'apriuri(/)

Lr /.(danZ:_f_/_)I'aprimi(I) ·

(f\. Ul

o1.1 ian.. a Io, h: pra:vdopodohic1is1 wo a poslniori dr,.cwa jesl równe wiarv11od11ości 1l·11lyc·l> ill·i „ "1· " I r .. : ' . .I.... ' (I , , .„· .. , . ... ", . Jll'. .I.I~ .M 0 1 " 1 ·Y") po11mozo11c.1 przez prawdopodobi<'1\stwo dri.cwa a priori 1 11) 1d'.'/.)Slll.Jo\L 'n11nl11c 1..alm.c·ni:1 en do rn'.wi;vania prnhlcn111 pr,.cd analiz-\ i.liwc dr1.ewa". Wie l , . „ „ . r „ l . „ • • • • 11 1 I mall'j liczhv sckwt'J ,„ (' dla „ >). .JllZ, '·c iczi.1 lopolog11.11:s1 ogro111na nawcl { i!llC!10 ( 1rzcwa (\\'! "lllV

/'1

co jest niw1m'/,1lac1.11l'

271

(8.17)

/' ! .~

IVl11si111y lt.:rnJ. pu.y_jw'. i.c: stos1111ek tempa 1.mi:rn w symulacji jest rt'1wny stosunkowi wiarygodności. Taki1.' 1.:iloi.enil.' olmwi:1zuje w opisa11ym powyi.ej algorytmie Metropo, /, 1, wtedy r1.' I, a r.• 1 "~ /, 1/ / ..'. i rów n. UU 7) jest spełnione. Jeżeli lisa . .ló.l'li /,, /,, /,1, włl'.dy r1.' / •.• /L1 i /'~1 I i rÓWll. rn.17)jcsl równici. spełnione. Wyni· ka z 11·:~·'" i.c prawidl()\vy doh1ir tc111pa zlllian „do 1w1.mlu" (zwiększanie wiarygodności) i „w tyl" (1.m11iejsJ.a11iL' wiarygodności) dla dowolnej pary dr'l.CW urnoi.liwia uzyskanie poprawnych warlo'.;ci prawdopndohie1istw w sta11ic równowagi dla ws1.ystkich mo'l.liwych do WY).'.L'lll:rowania dr1.ew. 1\lgoryt111 l\!lctropolisa hyl pm:z;1tkowo wykoo.ystywany w li1,ycc statystycznej do prnwad1.1·11ia rm.mailyL·h synllllacji. \V ukladach lil.ycwych ro1.klad w stanie rwagt: tern•ody11a111icJ.ll<\ w stałej tL'.1npernturzc, a wiarygodno· :;L·i dysLrt'lllych :;1:1111iw S<\ runkcjallli c11crgii sta1łliW, /. cxp( /•,'/ k'/'). Zastosowanie IV!( 'Mt' do lilogc11L'lyki jest JH>lll)ISil'lll 11owy1n (Lmget i Sillloll ! l)LJl), Lewis, 2001; Jlll· 1·lsv11hc·l·k i i11. ..1.00.2 m;11 .low i in„ 2()(L2l. S1.t11ka napisania dobrego programu wy· kmzvst11j:1n')!.ll ivl< 'i\!l( • pllk')':I na prawidlowyin dohmJ.l' zestawu ·1.111ian parametr{~\\'. drzew. i-'.011i1:0.111· jest ·1.apcw11il'nie wla:;ciwcj proporcji po1ni1,:d'l.y z1nianarni dlugoscl :•:!11,:1.i 1l1a111nia11a111i topologii . .ki.cli zllliana paran11.:tn'>w drzewa pr1.eklada sii; na 1rn~lą .1.111i:rnt,: .i<':!." wiary)!Odności, stliski I. W konsL:L \W11cji taka 1.lll1a11:1 i.ostanie 1. dui.ym prawdnpodohicn·

.'

••. • •

I

~c.11. · 0

• • ," • • • • •

•

I

„lu......·1.. .·

''

11

op1ocz surnow;nl!a po wszyslkich tych 1opologiach, musim,

10\\nll Z dl.1 k.t1.t1' I Z lll<'li lllVZ"l(·d111c wszystl·i • „ I' li · · · · ) 1e111 )a )Od.„;tawiL·1l. \V ) ... '. ~1-, ,· ~. , .·- •• ~. c inoz iwe < ~1gosc1 galęz1 ' warłoSci wskainików 1. I . · l 1.ikl.1 Le 11 I\ L pod 1.n.ik1c111 su111owa111a w ni wu (8 I\) I-ryj'\ .· .... · calb po c1:1glycl1 par;m1ctniw. jak i s111ny po dyskret11c1· liczl;ie '.;'li\' z.11uw110 du me sposoh priv · · · „ · '· L!(O powo„ .. · : ·. l'llSl.C)'.aC, ze 111oi.c111y coś lakicgo dokladnic obliczyć N', ·.:'.I · I·c ·'. p'.lJlsc,dale.1 w.yko11ywa11i'.1 ohlic?.c1\. '!lik naprawd,· przccici. 1y111, JlS lldllosc p1d11dopodoh1<:11s1wa a poslcriori zdarzenia polc•(ająccno Ila lyin że-w 1„ • · • . 1· „ ' slrnowany111 dla określo11vd1 d;myd1 wc'ćcio , ·I I ·I·. . ' .. '" . • .. 'J)'.c.w1e s,011nas klatl. N' ·I /' . . „: . „ •· „ ·.!" _11yc l 'I" zie moz11a z1de11tyl1kować pewien intcrcsujqcv lL t ' ow.1u.i hu.bi
warlościach

1"11~o!L:"1.'1.

~1\:z.

:zc~o ~1:~:~1111~-~.l~·i'ę11;;,:1~1i1'.~~i:.7

1•a I dane)

L1.; /'(dane I I) L(d;rnc

I l)l'apriuri(I)

I. (dane

I I) i\, 1 ,,~;m~(tl

1C:.l-I)

s11mowrn1i· ) l 1 •• , , I" ·I , klo· re 111oz1rn · czyć Skoro dh I·nie .. 'I llHr/.crny . . I przeprowadzić . . ,1 I ' \\ SZ) st de l d1.... n.w.1d1, wvzna' O\ILS OllUJ,O 1.11 , „. .. ' ' · 'c• po rzL' lUJL'my .JL'SI rcprezcnlalywna próba , 1 111 1„\ 110.1l\' drzL'w wybnnych w 1· I" · . ·1 · I wys1:111ienia drin „ w . 'I ·. · . · ' . ,i \I sposo >. ze 1y prawdopodohie1\s1wo . bie1is1w· , .· ·.: 1(1 . _P' '.) ~1c. 1~y 1o p1<:porc.1011al11e do iloczynu jego wiarygodności i prnwdopudo-· ".1 p11011. Dl.t 1.d>1t'.J p1 ol>y 1J101.erny zapisać

/'( klad

I tl;u1el

„

Lici.ha dr,.ew 1.awicrającyclt klad Cnlkmvi1;1 liczb~; tir;;,;~·;\; próliie ·

R{łwn;mic (8.1)) nie ;,awil'.l'
l!.Cncrow·1 ·,

. ·1

I

.

111

J

; .·

. ·' 1.11),.lH i1ost

·

·

1. p
(X.1.'i)

'/.oslaly one wvkorzvs11111c podcz·1s

'!lid p10 )\' t rlt'\" I )y·~ponuj·1c rc1)n·z. I I ·1 I . • ... , tego rów0'111i·1 ' ' ..... :"· . .' .. ' . . .Lil il ywnq pro 1~\ t rzew. 1110).11n lal\VO 11a podstawie ___ " ' ' '' .\ i.n.t1.. 1.yl 1111e1 l:~ll_JtlL'l' nas prawdoprnlohi1..~1ls1wo a posteriori . •

272

motody

8.3.4. Pl'zyldad zastosowania metody MCMC Wykor1,ystuj:1c progra111 l'HJ\SE (Jow i in,, 2002) pr1,cprowadw110 anali1,ę sekwencji nukleotydowych wybranych naczelnych 1,a po111ocą metody M( '[VI('. Do opisu ewoh;~ ~:ji sekwencji wybrano 1;1<~dcl HK Y :, uw1,gkdnien~e11~ istnienia, w sekwencjach poz,ycji inwariantnych oraz s1,esc1u rozkladow gamma op1st1_F\C:)'ch 1sozn1cowanc tempo pod: slawieil na innych pozycjach, Program l'llASE był urueha111iany kilkakrotnie w celu upewnienia si\:. i,e otrzymywane wyniki są sp(\jnc. a symulacje osi:1gają stan równowagi. Klady wicwi\irccwików, wyrnkóvv. lemuniw oraz rn;tłp Starego i Nowq~o Świata były poprawnie 1,dcliniowanc przc1, caly czas trwania sy1nulacji IVICMC. Obserwowano jednak 1,nact,:\cc 1,miany pr:rdiicgu linii ewolucyjnych wcw11:1tr1. 11ickt('1rych grup oraz 1.111ian~~ ich wzajcnrncgo ulu:i.cnia na dr1.ewie. Wyniki 111.ysk;rne dla małp w:iskono~ych pr1.edslawiunu na rys. g.15. Dr1.cwa na rysunku pokazano w kolejności odpowiadają. ccj cz1,·sto.rck jest inne i odpowiada topologii opisanej jako drzewo 2, które jest generowane w symulacji l\!ICMC w 27"/„ pr1.ypadk6w. Jeśli porninic si1,~ kapucynki. ws1.ystkie cztery drzewa na rys. g.15 s:i idc11lyC1.ne. Stanowi lo ilustracjt,'. jednej 1. 1.akt metody MCMC, kt(1ra poi.wala wska1.:1ć. które C/.t,~ści dl'l.cwa :;;1 dohl'l.L' okrcślonl' 11:1 pudstawie danych wejściowych orni. le. kt(ire są 11u1iej pewne. Saki hialolica

, Marn101J„;la

f'vlan110zetn karl11wata

[

-:

Świnka 111orska

11101 sk"

r„, \Vy1 I

\Vi1·\viórcc111il,i

l,e11111ry

.tkt

\\lyr:iki

c111111y

I 1·nH11y

fl.lalpv

Lc111u1y

1 fl.Lilpy

Wyraki

Drzewo I : J-1° u

I lt /l'\\'O

.~ :

_l

i'v·lalpy

Wvr;d.i

I >1/.l'\\'t 1 7 : :~n"

I )1?.l'\\lu ko11scns11~;owe

70 !I

\Vicwilm:cz11iki l .L'll\Ury

lwia

rud~'

' fvl:irmuzela lwia

I )rznvo ).

Świnka IJHJ!.•;ka

W1cw1ó1 et zrnk1

1l[,

Małpy

F/ 0

Drzewo ) :

( '1.cpiak \Vyjec

I >r1.L'\\'o I . ()I 1~,;.

Irśwmk,1

I< apucy11La cz\\ ha ta

Kapury11ka l'ztibata

ivlurnwzctn lwia

ści odpowiadaj:1cc1· 11nlc1·· ce1· „ • ·1 '.· · ·I lll·1 . . . .' : •1 ·• c1.1,s osu 1c 1 wyst1;powa 111 a w .'>)lllllll:icji MCMC, !\I iclllY tula.J przeprowadzić anali1.,· m1 po1.iomic o1 u11 11oniew·11 I :11· tl·1 . ·I . I i o. , , , '" ., , . . „ .~ • ' ,, ' / lllL l wsi l ohrl.L' zdcl1n10w<1n.1. .1~1111,rny 11r1.ch1cgu 111111 cwoluc)1·1n)1ch w ohri·h'i. 0 . ("I· · „ „ . • . _ . . , L ,,1 up .1.1, np. w p1 1.yp:id· . . . 1 n.i 1ys. g.15) 111e są uwzokdniom· 11 ·1 1·)1s v I ( N' · „ · · · ku k.1p.ucy1H:' ·. · ' ' "'' • '. '" ). dJCl.\'SCICJ wyslqlllJ' cą .,topologią drzewa wst drzewo I zoodne / 1101
[Vlanllnzeta karlowata

Wyjec rudy

karłowata

z najwiękSZil wiaryoodnmir:iq

Saki hialnlic1

Saki hialolica

( 'zepiak

Mai 111P1.eta

związano

o

l{ys. B.15. C'1.1c1y 11ajcz1,scicj wys11·1n1j;wc du.ewa dla l'lt1tvnhi11i 01r1y111a11e Ja po111t1t';\ 1nl'.lody MC:MC:dla 111ndclu 11 K Y z t1w1.ględnienic111 is1nie11ia pozycji i11waria11tnycl1 uraz sze~;ci11 kategorii pnzycji o 1.rt)i,nko· wa11yrn tc111pie podstawit•1l opisywnnych oddzielnyrni ro1.Uwla111i ga111111a

Najlrud11icjs1.ym prnhlcmc111. k1(1ry chn·111y ro1.wi:vać. :1n:di1.uj:1c 1w1.ykladowy zestaw sekwencji nuklcutydmvyd1, jcsl ustalcniL' L'W()lm:yj11iL' najwc1.c<11iejs1.ych rozgalQ1.ic1\ dr1.L:w;1 dla pl'111ego 1.cslmvu galunkLiW. Wy11iki IVl('fVI(' daj:\ jcd11ak wil'lc rói.nych lopologii. :1 ka:i.dcj 1. 11icłl ()dpowiada 111ak prawdopodohic1i:;twu wyst,·powania. Czytcl· 11icjs/.y ohr;11. 111.yska111y.jcśli 1.a111i:tsl rn·;.palrywać ka:i.dy 1. g:111111k1iw 1. osolrna. przyjrzy111y si<; rcl:1cjom cwol11cyj11y111111i1,:d1.y gniprnni g:1t11nk1iw. f\la 1ys1111ku i\.1(1 pods111nowa·· 1w wy11iki jednej 1. sy111ulacji fVl('i\t)(' dl;1 grupy 11'ic·wi1irL·c·1.nik(\w. wyralJ1w, lcmuró'.v ur:11. 1n:tlp (tj. l:\c'f.nic ( 't11urrhi11i i l'/1tl\'rt'lii11il. I )r1.,·wa 11:1 ry~:1111ku poka1.:1110 w kole.i-

y~,~'

I )rznvo

(1 :

.~ 0 0

·; :

.!o n

·, . '·I l ' 11···'-'.'11' wv1.11ao.011vch z.a 1io11HH"\ t11c10 1v' i'·J( ''-1l' li .!tys. 8.1<1. Sicill'lll lliljl'Z\'Śl'il'I' · · . IV\'. s l'\Pll_l.\l)t 1· 1 zowanyc 1i gr1111 ll'll'Z ·I , ·i N· . I . . , . " " ' a a11<1 ' -. • .c Il) l l. .t 1 ysun \li pnk:11:1110 r(1wnic/. drzewu ko11scnsus wc 11

Warto pon'1w11aC· rn11awia11c wy11iki '/. ty111i kl1°in·

111 vsl

·di l'oss w·11"

· 1·

(1998) wy111·1 ·1 ' I r1 . . . '.'" ' ''. ' I ldlllS I \;l\' naczeli;yc.I . l~·l i'.'1.1.'.1c~ ( r1.cw;.'. i oge11ciyC1.11l· dla iyjw·ycli oli,,L·11ic i wv111:1rlycli ,E:11u1d;(m· lo•ic· , ·il. ,'.i< ''.L':e wyko1/.yst;tł1 kryl<.-r111m parsymo11ii. :i11:dizujqc /.c::law l'<'l'li lll()rl'1ig Zll)C i \\y1.n.1u.onvch dla 1.t,:ł1ow 1 c1·1s1cl Wv1ii1··1 11 ·· .. · I

że

p I"• ·, ·.

·

.

· "· · '·

.

' 1

'1.t.

/.nic 1 11'/.y::l;:111" ll'::k:1111j:i

,;1al1~:\~.11~1cnsl~v(; L'lwolucy.111c 1,.vyrakmv i małp jest 11·it,:ks'l.L' 11ii. wyr:d.;;)11· i ll'1111in'>w l.1il;

1111011. )( pow1ad;1 lo syl11:icp opisywanej pr1.cz dr/('\l'u / r\"' ,, I< i·i . ,. „ / . .''·'" l. ,()ll'!'ll rn;stOSl'\VS)llllllł' ·"J\J('I\]('' ' . . / JL'St ruw11:11akdwi · · · dtjl 1 · '''/, I'·.· · ,·..... . . : losckwen". \I . . . „· · , . · ' ·: 11 • (l/lllLJS/( 1':H 1:1111;1. k1urv1111
w· . lJL I 11-, 1own1L '/. poll\·1crd1.ily poprawnosc dr1.ew;1 7 (.')cl1111i11 i i11 l(ll) I) (ii. sponrn1a11c wv111k1 p111osl'li'\ 11.. .. . .. '.·. . .1 . . " · ' · i.i 1~c1111 I· l I " ". . ' . , "'. s 1.111.u /.11osu '/. 11-y111,;11111 li:1da11 pr1.cprnw:ttl/.m1v1·ii dl;1 ' ,1<11.J•\cLgo 1l,NI\ 1nail'1 pod1l·d11os11··1 rvl · ·; · · 1 · · · iiiso1Jll1. .:iuwa/iiiy. 11· • 111:1w1:1111· 11 l\111 rozdziale 1 1 · •• • . „ · · · ' ()ile taki \.I n;k1 uzy~L'.1no dla przykl:1dowcpo 1.hioni s,·kwc·111.ji poj«dv11u.q'.o )'<'1111 llclyczne· z llrn, pn1.w.d,1 pr1cdstaw1c :;pos()Ji d1.ial:111ia r1'ii.11vd1 1111·10.I :111:il lil11:'" J. o lyil wy111L1 dla 111cp11 111.ysL:1m· lllL' jHl!W;tlaj:\ 11 :1 przqirow:td>Tllil' r:·.,·!<'1·111 . 1

i

-275

11 ;111 L• 1wc;•o punk [li widzc11i :1 rl'knnsl rukcj i li logc11:~1.y 11ac1.e l11ych. W spl1lc1.::sllc hada11 i:i lilo:.•eilt.·1.v ::snkLiW :::\ pruwadn>11c 11:11.n:1u.11ic w11,:ks1.yn1 l.h1or1.L: sekwcncp (lVJurphy i ii 1„ .2('i(ll: 1it1dt'lot i i11 „ 'l.O!HJ i i.godnie 1. ich wy11ikan1i. wyraki sq 1.grupowauc ral'.en 1 /, lt·11111r:1111i t;1k. jak w dr1.t:wic '.i 11a rys. 8.1 llyl·h. 1\hy 11u.cpr()w:1dzic lak:\ :inalm; 111L'.lod<\ M( IVIC. potrzcb~­ ll«ilisiiiv .1.ii:1<.'1.ni<' wii·ccj u.asu 11ii. w pr1.ypadk11 wykor1.ysta111;1 llH.'tody p1"1:Yh1czan1a :;;p:i:ida'. llr:iL 1 1c'.w11ości w tH.'t'llil' wai.11ycll cech dr1.nvajL?Sl lroch1· rn1.c1.armvuv1cy, zwa11,1 111 . / 1: w pri.c11n111«1d.1.1>ncj :111:tli1.iL' lilogL:llelycz1H~J wyknr1.y.';t~m11. stosunko\I'< i wv 1:ili 11"w:111:1 111cl()d1· h:1dawL·zą '/.a11wai.111y jed11ak, .i.c brak 1'L'\Vllosc1 .1c:s1 lepszy ,Hl lili:d 11 y«li wniu:;l.Jiw. ktlirc 111oglihyśllly wyciqg11:1ć. i11tnprclHF\C poJcdynczc drzewo 11. \'J.ii;w;rn i.. prn::t ::i.<\ 1m·trn1:1. St< l:;owanic 11K'tody fVI ( 'M(' jest 1.a lccalll' w n1olekularncj ;111 ali:ii 1· lil11;•1·11L'l)'<'1.1wj. po11ic\\':1i. 1111H1:i.liwia ona wydohyciv wivkszcj ilm:ci inł'ormacji 1. d:ilt\'<'lt 11 „jw statystyo.nych ..lc'i.eli długa symul:1cja I\'!( 'i\ii(' 11 j" i">i.w:da 11:1 doslaro.t·11ic odpowied1.i na nicktorL' /, poslaw1011ych pytan, lo 11/ii:w;.; 1 l low podro1.dz. ))„.1 .. Dr1.cwa konsensusowe 11Hm1a.1ednak kon: :.tniu\l'l'LTZl1ikl\W i wyraki iw wysl\:pujc /, L:t.\:slości:\ 5WJi, wynik s1111mw_:1111a ~z~:-:lości tlrl.cw .~ .. \ .. 1 ural. kilk11 i1111ych 11icpoka1.a11ych na rysu11k11, kltire w lali.I w~asn~c ::pci:;oh opi~uj:1 relacje cwol11cyj11L' 111i1,'.d1.y wicwi1\reu.11ikami i wyrakarni. /\11alog1ezn~~ Ll:itl 1,, 11 Hmiw i 111alp wy.~l\'.jlllje 1. L'Z\::.:to. w tyrn pr1.yp:1dku moi.na wyn\.i,uic; oha l~lady. Zauwa':'.n.~ lu, . I . . Lil I p11w1:H . Ia (I11.c111 „ • ' I 1l'ljl'/ 1.1' dr/r111i L1111::e11sus11we 111c,rn111'l'/.111c ' . . 'Sl'll'j W)1Sll'(lllJ<\CClllll 11 W\'l'l'l1t·r11\\':ill\'lll /.him;.,„ l
X.

,„ . , , · , .

/.l1i1\r 1.:1win:1. . . . . · W ·izl',!:1 1v111 k1111c:1.y :.ii: 11:1:.:1.1· pi<'1w:-:1.,.: sp1i1ka11ic.\ /. 1rn·11id;11111 lilogc11ctyc1.11ym1. . I!,:_ wr«>c i 111 v do '/.a!l,l.'.l'll<.'l\'L'/,lllj.

podsumowanie ]sinieje wiele sposobów pu.cds1awia11ia drzew filogc11etyL:;,nych. Czasami w dr:wwach, kllirc nn pozór wyglqdaj:\ 11a n'>ż.nc, można poprzL:stawiać liście lub lqcz:1cc je galęziL' i wówczas okazuje się, ż.e drzewa są lak 11aprawd<; identyczne. 1\nalizując opublikmvane drzewa, ważne jesl sprawdzenie czy dlugości ich galęzi SI\ proporcjo11al11c do odpowiednich odleglości cwol11cyjnvch. a lakż<' <'ZY drzewo jest ukorzenione, c:ćy nie. Korzc1i może być umiejscowiony w downlllJ'lll 1niejsrn każ,dcgo nic11korzL·nio11cgo dr1.ew:1, co jL·dnak wplywa na in1erprc1:1ck zwi:v.ków cwol11cyjnych opisywanych prze;, lak u1.yskanc ukorzenione dr1.cwa. W odlc:glościowych llll'iodach filogc11ctycz11ych w picrws1,y111 kroku odpowiedniego algorv11n11 jcsl wy1.11aczana lllacicr1, odleglości cwolncyjnych dla każ.dej pary sekwencji z analizo„ 1;„1ncgo zhiorn. 'll1kic odlcglośL·i 1110:1.na wyznaczyć 11a podstawie wielu n\i.nych modeli ewo„ lucyj11ych, a ich w:1rloś1' oczywiście 1.:11l'i.y od wybranego 1110!lcl11. Z11aj<1c 111acierz odlcglości, moi.na 1.a (Hl11uiu1 r.>i.nych 111clod skonslrnllwac: dr1.ewa filogc11ctyc1.11c. N:ijproslsz:\ 111c1mlq knuslrukcji dr1.l'w.ics1 llll'ILHl:1 .~rcdnich pol:1c1.c1i (lJl'(JfvJ/\), kl1ira ohejnrnjc hicrarchiczn:\ analiz\' skupisk pr1.y zaloi.1·11iu st:ilcgo lt\lllpa ewolucji r(1ż.nych ga11111k( llVli\ nie oh1,jn1ujc analizy skupisk. Drzewo lilogem•lycwc jesl lu wyznan:anc n:1 podstawie ściśle określonego krytcriu111 oplymalizacyjncgo. Metoda J!IVI pozwala ;:kllnslrnowa<' addytywne drzewo, dla którego w;1rtość śn:dnicgo kwadratu odchylenia mi\·dzy odlcglościr11lli 1.n1ier1.onymi dla drzewa. a 1ymi, klórc sq zawarle w n1aci1,rzy odleglo.~ci, jest 11aj11111i1·jsza. W nie1mlzic FM jesl generowany zhit\r drzew. z którego 11H podstawie podanego powyirj kryteri11n1 wyhic:ra si\' oply111al111' drzewo. fVIL'trnla parsy111011ii 1.11::lala ro1.wini\\la w celu analizy 1.n\i.11icowa11ia bin:1rnych cech 111orfologic/.llych n\żnych gatunktiw. I.slota rnelody sprnwadz<~ się do wyboru takiego «1r1.cwa. zgodnie z k1<'>ry111 opis ohsL'rwowanc;i z!llil\111lości w danych h\\dzic: ohcj111owal naj11111icjsz:1 n1ożli­ wq liczh\· w1i:i11 sla11(1w cech (11zyskiwrmi<1 lub 111rn1y cechy). W ?aslosowani11 do lllolc·k11lar11ych d;111ych sekwencyjnych kryleriu111 parsy1nonii 111noż.liwia wyznaezc11il.\ drzew, kt«irc opisuj:\ 1.111ic·1H10.~c' sekwencji 1.a prn11oq 11:1jlll11icjs1.ej 111ożliwej liczhy pods1awic1i. Kokjny111 pr1yJ„ ladc:111 llll'lml wyhorn opty111:ilncgo drzcwajesl 111elmla najwięksi.ej wiary.„ godności. Krv1ni11111 najwięksi.ej wiarygodności 1noż.L' hyL' wykor1.ysta11e do oceny dowolnego drzewa. Wi11rygod11o<ć j1\'il l'u11kcj:1 para111ctrów drzewa lak ich jak: topologia, dh1gosei gai\'Zi oraz warlośL·i w:;kai.11ik<'>w le111pa pmls1awie1\. Istota 111c1ody sprowadza si<,: do wyhorn takiego d1'1'.cw;1 til11gc11e1ycz11l'go,
wiarygodnt)ŚĆ jesl

11ajwi\;ks1.a. Z::inhvno mctod:i

p~1rsy-·

nmnii, j:1k i 1111·toda 11:1jwi\:ks1.ej wimygrnlności ohej11rnje wygenerowanie zbioru dr1.cw. Obij„ czcnia wiarygodności k:ri.tlL~go 1. dr1.cw sq dosy(: zloi.011c i c1.asochlo1111e. fV1i1110 lo nowoc/.L'SllL' progr:i1ny .ćmvil'raj;1n· illlplcn1rntm.:i\' illl'lody najwi1·kswj wi:1rygmlno.~ci ltH>gq hyc' z pownd1.1'nie111 wykorzy::lr<->wn:111iu do inuycl1 lllt:lrnl jesl n1nil'j podaln;1 na 11.w. problem Jli'1.ycir1ga11ia dli1gich gal1,zi. , ~·k1ot1:1 hootslrap. k11\ra 111ożl\ hyL' wykor1.ys1:111:1 do an:di1.y wyniktiw każ.dL'j / wy111ic· ll<1>11ycli Jl"11·yi.l'j 111elod lilog<'11c1yc1.11)«:l1. u11m;iJiwi:1 m·e11\' popr:1w11ości (od1war1.al11ościJ po„

276 277

szczcgt)lnych rragmcnl<'Jw drzewa filogenetycznego. IVktoda ohcj111uje gcncrmvanic hy (co 11aj111nicj 100) dopasowa1i sekwencji, w klt'1rych kai.da z kolu11111 jest losowo 1. r1.cczywislcgo dopasowania wil'iosckwcncyjncgo. Co wai.lll'.. nickhire z koh1111n dopasowania wiclosekwencyjncgo n1ogą si,, pojawić' w wygenerowanych dopasowaniach lokrolnie. Ula kai.dego z wygenerowanych dopasowa1\ wyznacza sit,' du.ewo, co 01.nacza, że ll:l koniec dysponuje111y 1.biorc111 nieznacznie rM.niqcych si,· n1i1;dzy sohq drzew. I lla kai.dcgo z kladów 1.dełinimvanych w oryginalnie wyznaczo1iyn1 du.ewie jL'.Sl obliczana tzw. wartogć boolslrap. czyli odsetek dr1.cw z wygcncrnwancgo zbioru. w k1,·irych obserwuje się dokladnic takie samo rnzgal,:zicnic linii cwul11cyjnyd1. llui.<1 warto.~ć boolstrap (arhitrnlnic · 70%) mówi o ty111. i.c odpowiedni klad jest dohrzc określony na drl.L'.wic. l\ayesowskic lllc!ody lilogcnetycf.lle s;\ nuwy111i 1HL'loda111i wykor1.yst11j;1cy111i kryterium 11;1jwi,,kszcj wiarygodności. W llH'todach baycsmvskich wy1.nacza się wiary!!odno:iL' rM.11ych dr1.cw. ak za111iasl wyborn 11ajhard1.icj wiarygmh1L'.go du.ewa twou.y si,· rqJrcn:n!atywny zhi
JoW, JL. Huddot.• C., Rallray. fvl., and• lliggs. I'.<>. '.~002. llavcsian 111Ivfooc•11L'li"s usin<> · f,'Ni\ ,stili"t.I · . • J 1·, • • ·• ' :~ • 111 .~ I li 1!Oil 1nodel apphcd Io carly 111a1111Haf 1a11 1·vol111 io11. A!ofrni!or Ilio/ogi' , 111 t! /·.'i•o/ntio 11 , I'): I 'i'J I (i() I. J(ishino, I I. and lbiscgawa, IVI. I <)gt). l\valual i on or I he llWX i11111111 I i kei ihood CS! i 111ale or I lic l'l'of 111 io11ary I f'l'l' topolog1cs lron1 DNA data. a11d the brn11chin)!. unh·r in I lorninoidc:1. J 1mm 1if o(Mo/ 1·,·n/ur Fi•o/nfi, 111 t
Iargel. Jl. and Simon, Il.I„ 199'!. Markov ('f1ai11 Monte·· ('ario •·il<>orith111s li1r 11 1,. 1•·,, 1. ,,.· „ . 1~ • 1 t:.1:i11 phylogc11et1c lrccs. Mol1·c11/ur /lio/ogy 1111,/ /0'1•0/111ion, 16: "f')() <1. Lewis, P.0 .. ~~001. Phylogc1H'lic ~~ystcrnatics

111r11s

avcr:1

· {) 1· a11a f ys1s ·

ll'aL '/J·c·ntf.\ ;„ /:'colog\' iuid f·:i·fllllti/Jll. !(,:

Hl'\\'

:io 7. Morphy, WJ., l·:li.irik, E., Johns"n. \N.I\„ /.hang, Y.I'„ Rvdn. (l.t\„ :111d O'l\ril'll. S..I ..'.fllll. Molcrnlar phylagc11c1ics and the origins or plau:111al 111a111111als. A'u1111·„. 40'>: i> I ·I I }L

f'aµc, IC ~'.OO I. Trccvicw vnsion f .(1.i1. I losl\'.flll)' 11a slrnnic Jit-.t·p://lclXOllUllly.i·.tHlł(>q)'.
„

Ross. C„ Willia111s. Il„ and Kav. IU'. l'!'JX. f'livlog1·11c·lic :11i:dvsis of :inthrnpoid 1t·la1i 111 i:.liipo•. .Jonmul 1 !1111111111 1o·1·0!111io11, 35: 2:1 I .101>.

Saitou, N. ami Nei, fvl.. llJ87. The lll'ip_lihor--.inini11g lllt:!liod: t\ lrccs. Mo/1•1·1i/11r 1110/ogr 1111d F1·0/111io11 . . f: f .f{)(> 2.'i.

lll'\\' 1111'1hud ul

t'uł\,'>IJul·ti 11 g plivlu121 . 1wtil· „

'

Schmit.z. . . .I„. Ol11nc. M„. a11d /.iochlcr. 11. 20UI. SINI', inscllio11s in chdi·lic · . 1 „ „ . I li W Jl II \ I(J}.'l'IH'llt' . · ., , · · ' ·' • 111 , 1 .1 ->L., .\lll allil1al1011s of lars111s h;111ca111is lu olhcr pri111alcs. ( ;„ 11 c1i<'s. 157: I77 ~:.1. Socath. l'.ll.1\. and Sobl.1,.1\. f'l'I/. N111111·1'it-1il '/i11D110 1111 " San l'r; 111 cist'o: W.li. l'rc'f'lll:JIL 1

Sieci. ~·I. a11
11ilc

ol' 1i1t>dch i 11 ll1t•krnl: 11

,„

Uiernturn

Stri1111111·r. I>'.. and l'. ()11arkl p11 ; 1 fin:•: ;\ quarlt'I ina:.i 11111111 lil..·lifi,„„ 1 lllf'ili"rl 1 n'co11sln1L·t111g trel' topologit'S. 1\/of<'c1tlor ltiologv und 1:'1•0/ution, łJ: t)().j IJ.

R., bidy, S.I'„. Krogh. A„ and fvlitchisun. (i. l 1J'>t:. /liologirn/ S!'1111rn!'1' i\1111/ysis Mod<'is o( l'mreins 1111d Nucie i" 1\cids. ( 'an1bridgc, li K: ( 'an1bridgc l lniv1.,rsi1y l'rcss.

Durbin,

l'mh11/Jilis1ic

Swollord, 1>.L„ f >lsrn, < i.J„ Waddl'll. 11..1., and 1lillis.I1.IVI. l'l'Jii. f'hylrn!l'llf'li<' inkr<'llt'<'. In f 1.~1. I li Ili'> (cd.), Mo/1•c11lar SrS1c111111i1·s . .'.nd L'di1io11. S1111d
l'dscnstcin, .I. l'nt:. Cases in which parsi111ony or cu111patihilily nw1hods will he positivcly 111islcadi11g;

S1·st1·11111li<' /.oologv, 27: 'l(ll

IO.

Zadania

l'dsrns1cin, .I. llJXl. l~volntionary lrccs fro111 llN1\ scqucnccs: i\ niaxi11111111 likclihund approad1. Jo11n111/1if /1/olenilor l'.1·0/111io11. 17: :\c,g. „7(1. l'dsc11stei11 . .I. l'l8'i. Conlidclll'<' li111i1s Oli phylogcnics: i\11 approad1 using i\ic hoolslrap. 1'.'1•t1/111io11, 39;

Tl.\ 81.

l'llYl.11' l'hylogcny lnkrcncc l'ackagc vnsio11.\.C.. Dosl\'llny na s!rnui<· I/ l '.Vol u I i c>11. qc~nc· Lic:;. \V
l'
'. 1!llll.

Fi Ich, W.IVl. I <)7 I. 'fhwards dclining !lic l'Olll'Sl' or evof111io11: 1Vlini11111111 di:111gc· !'or a Sfll'Cilic ll'
8.L

(a) N:i podstawiL· po11ii.s1.cj rn:icin1.y odlq!lo:~ci .J<\l' metod,· l Jl'( ifVL·\:

sku11slr11uj dr1<·wr1_ wvk()r:;v:;1 11

.

l!t)

Svs11•111111i1· /.oologv. 20: dOli I(i.

,\

1:

,\

Il

q

li

')

()

('

11

„

l'i1d1. W.IVl. and IVlargoliash. E. 11!(1"/. Constructio11 or pliylogcnclic lrccs. i\ llll'llirnl hascd . T. I W!). I Jaling ur ilw li11111a11 ·ape spli11i11g l>v a n111f,·c11lar cfock of rnilrn:\iondriaf I lNA . .!011n111/ t1(Mt1ft'<'11iur l·.'1·0!111io11. 22: f(J() 7·1. I f<ąovi11., l., /.ardoya. R., arni Meyer, 1\. I ')'iii. l'la1yrrhi11i sys1e11wli1.·s: i\ sin111ftancr>11S :111:dysis o!' rnolecular and 111mphulo).•.ical dala. 1\1111•ricu11 ./011m1il o( l'hrsin1/ i\111'1w110/ogy. IO(>: '.~(,I .}) I.

Ili Il

11

Ili

li

11>1 \111

f l11dl'iol, ( '., (iowri··Sha11br. V„ .law. 11., f{allray, M„ a11d I li;„•.gs, I'.<;, .'.!IO.\. i{l'J,\„1>;1s<'fl pllylo;!.elldic me·

j,

tfHHls: 1\pplicatio11l<1111a111111:1li:111 111itoclio11drial l
2.B: ."I I 'i2. I luchcnhcck . .I.I'„ I .argcl. IL. Milin. IU'„. and l\unq11ist. I'. :'.1JU: 1 f'ol<'nli;:I applicaliuno, and pitfalls of l:;1yesi:m infvrelll'l' pliylo,t!l'llY· .'')_,·sf,·11wfi1· Ni11/ogy, S~· (1/J }O·:.

,/ (('!

l!JJ

.

Zndnnia

il!

w nil'.tikor:r.cniony111 drzewie

przcdstawionylll powyi.ej 11, /J, 1·: x odp0 ~ galic1.i. Dla dr1.cw addyty\·;nych odlcglosc nu~~t!ZY dowoliiyrni dwoma Jiść·111i jest równa su!llic dl11gosc1 lqczącycłl .1c gal<,:1.1, np. wiadają dlugnścirnn

(/ + .\' + b

=:

d/\ll

'/.a pi si. si.cść n\wnai\, kt<\rc muszą być spdnione w pr'.·YJrndku, gd~1 przedsta. wi
(((

'

,,,,

(

J

U:t11111ck

(

l

-

•'

,,

'-

-

l

Pozycje

Sy111bol

·I

)

(i

(j

;\

(j

(.

i\

i\

(i

('

:\

T T

\I'.

l'll/.i~tu·is

V

\I'.

11111/0/'

~·I

('

li'. );'/i'llSll'illii

I'

T

;\

(j

s

('

;\

u

T T

(i

\\·'. S('fl/fJCJV{\'('1/S

(i

T T

/'. /htrsi111011is

I'

T

(i

(i

T

;\

('

'

I' I )rzcwo !\

(a)

Wvt 1t 1111 au. n\i.niu.'. po111ivd1.y infor!llatywnymi 1 nicinforn1<1tyw11yrni pozycjami dopasowania sek wcncj i. Ktw. l'r;.ykladowo dla dr1.cwa /\ qm11ii.cj), wy1.1iac1.011cgo dla pozy51~ ·.:. 1 · dop:1sowa111a, · wspo'I m·mu p11.m · li·d)\VI, · S' ·, 1•11rz\ I cojcst ii1.11w;1ncgo . • . ·• 1w·rnoC "' .·, • „·j ., 11111 ;1 ;lii1i1111a\\'ic1 aFtc·cgo ('i 1h1nrn 1:iw1cr;qqccgo I. '/,:tłl'lll na łc.J poZ}CJ \\ , ,·I l''L'l'l'll 111 1udL;1 111ou;i W)'Sl\'P<>WaL' oba wyrn1e11101w llllklcotydy. , I · ' · ·-· l I voc 1 Jl•1 ·li Jioc;\'111h11llOW dopt1s/C/.;1lnycl11111klcotydow dla wyhranyc 1.t 1 ·' , . .. .. ·. ·• Ioczyn wi·i.lciw niL' jest 'l.hion:rn pust y111, wc;1.lnw1 pr1.mlk.1 p11.yp1sll.JL lllY I . " , . , ·, 11 I „ '.·. . ólil'\ zb101011 l vch i.hi Pni\\' (tj. ich c1.0c wspol1q l l'r1.y \ at owo c./.\'SL 1.1 wsp ' · ·

279

CT i CG jest C' i dlatego wspólnernu prl'.oclkowi czterech gatunków 1. rodziny Wel'l/11s pu,ypisano C. „ /'.a każdylll rnzc111 kiedy wi;zlowi drzewa przypisujemy sumt; zbiorów 1.wiqza11yd1 z W\.'Zlami potomnymi, z tym miejscem drzewa możemy powi11zać wyst:1pienic jednego podstawienia. Na drzewie/\ poni:i,ej te W\,'.z]y 01.na1 c1.ono ' '. Dr1.cwo /\ wy'l.naczonc dla po1.ycji I aiwliniwancgo dopasowania wymaga 1.atcrn do opis11 z111icnności sekwencji lr1.cch podstawic11. 1hJ Stos11j;1c krytcri11Jll parsymonii, z wewn1:tr1.nymi w1-:zla111i drzewa można po-wiązać ni:i.nc nukleotydy. Z111mlylik11j powyższy rysunek drl'.cwa ;\ w taki sposób, aby /. każdylll wewn1~trzny111 W\.'zlem drzewa był 1.wiqzany tylko jew, jakie inne analizy z wykor1.ystanicn1 kompulL~rn rnożna hylohy przeprowad1.ić, aby ocenić poprawność lopologii dr1.cwa wy/.1iac1.oncgo na podstawie cech nHirl'ologic/.nych?

2!1'1

280

8.3.

W tym ćwiczeniu przcprowadzi111y analiz\; liłogcnctyczrn\ przykladowych rów sekwencji (pliki CytBProl.txt i CytBDN/\.txt). Pliki z danymi moi.na ze stronywww.blackwellpubl:i.sh:Lnq.com/ hi(Jq:_;. Istnieje wiele mów slui.ących do analizy lilogenctyc1.nej danych molekularnych. Ponii.ej opisujemy trz.y pakiety, z których najczQściej kor1.ystają autorzy ksiąi.ki: "'PHYLIP-- dostQpny na stronic il U:p: / / evol11 tion. c;renet::i u;. wa::;l1 Lncrton. ećlu /phyl :Lp. h tml e Tree-Puu.lc --- dostępny na stronic h t:. tp: I I Lrec,-- puzzle. cle I "' Phase -- -- dost\;pny na stronic h L tp: / /vvww. b:i.oin f. ma n. c:1c. u k/ re::ourc:e:::: I l'llYIJP jest od lat standardowo ui.ywanym pakicte111 oprogra1nowa11ia do analizy lilogcnctycwcj. W programach'/. pakietu l'llYLll' zailllpłe111cntowano wiele metod filogenetycznych. Instalacja pakietu nic stanowi probie.mu: programy pakietu dokladnic wykonuj:\ polecenia ui.ytkownika om'/. mają doskonal:\ dokumentacji,;. 1'1-!YLIP jest przydatny na wslępnylll etapie bad:u1 1.hioróvv danych za pomocą szybkich lllelod odleglościowych. /\utor1.y ksiąi.ki wykor1.ystuj:\ len pakiet równici. do prowadzenia anali1.y boot strap, wy1.11aczania drzewa konsensusowego oraz sp
sek WCllC,ii..'/Osl'lly '/'„1pcwnc ' , do1JasowanL' l'r\>01··1111 (, , I) , ' poprawmc zw·1h · ' (Iopasowania w rornncil' 1'11 y I.! I'· 11 , 1~. ' . ą iw' - oc IH )· ' ' ' 1·1 "p1sywac prze'/, wi1,:kszość progra1nów wykorzys;v\\;a11"cl1 «10 ··11,1·1ll>.111y,;1Lf' _ sl·t <_11~~-:lt-1giwa11y J ) ' ' ') I Ol(\ nt'lyc'/,llCJ. llczczaszktl\VCC'

lallCL'.lllik

f{J'(tc·/1if
łk'z7.uchwowcc

1ni116g rekin

f)('fn 1111y~:on

,\'<"yliorhinus ,·uninr/u

w~"gor1.

1\11g11il/11J111!(}1/i1'<1

Ryby chr1.\'.Sl11os1.kicil'lo1Vl' Ryhy kosl11os1.kil'lt'lowe

i1nplernenlację

metody MCMC. ( >hs1.crna lista oprogramowania slui.ąccgo do anali1.y liloge11ctyu.nej znajduje się na stronic internetowej pakietu Pl lYLIP. W pr1.ykladz.ie dotyc1.ący1u cytochromu h wybrano moi.li wie si.emki 1.akrcs gat1111k(1w kręgowd1w, aby Iwr(icić uwagi; na islot11e zagadnienia'/, 1.akrcsu biologii, które ciągle s:\ pr1.ed111iote111 i11tc11sywnych bada(i. W ponii.s1.ej tabeli /.l:stawiono 11a1.wy anali1.owa11ych galu11IJ1w kn;goW'. ców i gl(1wnc grupy takso110111iu.11e, do kt(1rych one nalci.ą (a) Kor1.ystająe '/.programu ClustalX (por. 1.ad. (J.2) lub innego pmlolrncgo, wy1.nacz dopasowania wiclosckwencyjnc sekwencji hialck (< 'ytllProt.txt) i DN/\ (CytBDN/\.lxt). Czy którykolwiek'/. odcinków sd.wcnc_ji 1.ostal źle dopasowany pr'l.L''f. pro1:r:1111'! (";,y wy1.1iactJHlC pr1.cz prngra1u dopasowanie lllO'i,L' być l\:C'f.llil: poprnwionc'! ( ";.y ist11ic_ją f"r:1grncnl)' dopaso\\l:tllia O W[\t· pliwcj jakuści, ktlll"L' nalei.alohy usu11<\Ć '/. dopasowania pu.ed pr1.ystąpic· niem do wy1.11ao.a11ia dr1.cwa lilogc1wtyo.negu'! Wi1.uali1.acj1,: dopasmvania 1rnri.n:1 wy konar:· za pomoc:\ progra111u Gene Doc \\il l.\,: / /1;,111JvJ. ncbsc · n.1 I ~Jr> I / i 1 I(\,•;.: , \ 1t:.rn I l. l'.\lr1.ystaj:\c' 1. tc·1,~u pn igran111, rnoz· na równic'i. dokonać '/.111ia11 'N dupa;:owani11 1.111icnić poloi.('.llie przerw, llSllll<\l: kul1111111y '/.awicraj:\CC wicie pr'/crW itd, vVil,'.ks'/.t'. /.n1i:lllV W dopasowa· 11i 11 11 ie bt,'.d:\ kon icc1.11t\. po11 iew ai. ist n icj:1ce Iic'l.11(' kunscrw:;t ywm'- odcinki

karaś

( 'orossi11s (ftfrtlffl.\

dors1.

(,'ot/us 111or/11w

I >w11dysz11l'

rogtlf:\h

/'101t11>tt'rt!S

l'lazy

:i.aha

,\'l'llO/Jtl.\' fd<'l'iS

~ala111a1ulr:1

/\f ('/'/r'llSil'/11/ /H,\1 ·1! 1 111/

igu:i1w

/g11
( iady

!'laki Ssaki

lilogenctyczncj. Tree-Pu1.zle t11noi.liwia wywac1.a11ic dr1.cw o 11ajwi1,~ks1.cj wiarygodności wyko· r1.ystuj<1cą wiele modeli ewolucji sekwencji. W pakiecie ty111 1.ai111plc1ucntowano równic.i. metodę ukladania c1.wórck. 1'11/\SEjcst pakietem utworzonym prze'/. aulrn\)W ksi:1;..ki i stanowi

111uri11us

dol/ni

i/li W

( 'fll'io11i11 m\'llus

aligalm sok<\I

1\ligot1Jr 111ississi1>J>it'!lsi.\

struś

,\'rruthio

d1.iohak

( Jrnithnrltynclllfs

IVOlllhai

\'( 1

l·it!co Jli'n'grinus 1'tlllll'lus tfllofilllf.\

11rsi11us

111/>0111s

p
I )
slo1'1

/,o.rodonfu

czlowiek

//01110 Si('IJ.\

pic.\

( '1111is_/i1111ilir1ri.1

Jlf)\'t'!l/1'il1t'IJIS

t{/i·it·i1 1111

(b) Wykonaj analiz\'. li logcnctyczn:\ sekwencji bi:ilek i Dl\l 1\ t11· \''''·11"1, . , .· I pnwnm' · I - , · ' · · ' , 'c 10111yv 1 :=' '. OW ~ llll'.!Ol. 1\Jorc '/, f"rag111c11tÓW W)'i'.llac/.(JJJ)'Ch dr'.'.t:W fi.loo1•11c.I 't''f. '" '/'I 1l'/'\') 11ych ·., ()( 1 llll'I ). · w [' S<\ 'lak1c'. 'same 111c1.alci.nie od ui.)'tei·. IJll'totsll"IJ) dh .IH;:/„.;'<.' golnych I· · ' ' " ·'" ·I~ „·, .. w1;zlow ·: ,dr'/.c·w a ...I aucwnioskidotyC'f.:\c(•filogc11e1.ygatu11k(1wiwvI

~;1~'.) ~t'.1,11y~h 111Llo~l

1no1.11a

wyrn1g11ąć

'

\

na podst:1wi<' tych

a11ali~,_·1

.

ciL~l~~;~i~· ~~-:~~'.;1c11llo111' lilogc11c1.y a11al i1.ow:rnych gat u 1JIJ1w 'I.Ila jdu j:1 (Hl1.w in ' ' c" 'llC (()( llJ:IC)'lll L'YtOchrrn11 /1 I'"'/ 1 II I I I . , ksiąi.ki wsi". " .· , „ · , , , . „ : , . · ·Y' :ll owo ):lt rn1i:1 autoruw tej _ · ,,ii.UJ<\, 'f.t S'/.csc ss.ikow z dui.<\ pL'Wności· · ·vt. , ,

podobnie. jak dwa gatu11ki ptakS'.L' I)·,. >I - . 11wa1·1 . . ;c - "rli!lY . -l,, . . l 01.:ow s anowiq prawdziwe grupy 111011ofilctyl'i'.llL', ls111ic1·L, ,-,:1111·11· 1-·111 .' - • 11.-I· _ ', t "' lh I· I I · I · , ·, - · ' ' "'1 p1 o 1 t'llHllv· c"

-'

''·

•

•

•

1 1 11 1 ssak:,;~~ 1 :i I''.'~o.:; 1' s ~'.'.1~ti: 1 ~-~'.~;::~~~:~~~":::~~;;, ~~l~:\ 1~ /:\ d'.:' ~i~'.>"~ ;,"~
;:

0

"''

!.l ,o

l'll'llVS'-''

s_i_\ <_1< poi.ostałych dwrn:h 1•.nip. kd11ak fi\"/.IH' w::pul1 ·1.1·s111· li:1t1: 1 1 llld 11sL11.11_1<1.1.l' slek!lwcc 1 torhanl' sq gr11p:1111i si\lsl11:111v111i i'I· ,. , I. \· -. pok-i'/lll'\ i, w z I . , . I , . .1„1.1 i.11 ,i111.1 ' . , , ' ·: .a c1.11osc1 O< stosowa11l'j rndodv ur:11. od lt'i'•' I . I· , I lysckwcn:r'Dl\I/\ „ -, ,. : .. i.i1.11H iy d „ , . ['~, L · c1.y 1lid 1ck w1.gli,:dm' n11.1111<'S/.t.'/.<'lli!' lv<'h tr-;,-,·li „ 111 1' 11 .1 l'/.LWll' 1 ogc1wtycz11y111 rnoi.c ulcgaL' 1.ini:inic. · ' ' "'

.' ,, ••

ll.

Motncly 233

" l\.H)ry gat11nck jest 1rnjhard1.icj spokrcw11iony z plaka1ni'! i'la podstawie zl lada11ych sek w cnej i jL'.Sl ni 1n aligator. Więkswść biologów równic?. uważa to 1wiL'.nl1.e11ic 1.a prawd1.iwc. Wynika siwi, :i.c gady nic są 1~rup:1 monol\lc.. 1yc1.11ą 1Vlo:i.c1ny jednak 1.dcJiniowaC' s1.ers1.ą grnp\' 1.auropsydów (zawicfa. j:\C
wynilJl\v ko11iec1.11c jest '/.Większenie hqdź liczb' ,. ,. genu, hqdź lici.by !'c1u\w h·1tlz" ,.(.)\''! . . .. ["<1lu11kow dla tego samego • '"' ' ' · ' lOl'ZCSllC /Wl\'I' „ • · J' [ lllllkow. Sckwe11c1'e "l'IHl\\I 1111"t ·J 1': ,· '. . ,szenie IC/, )y genów i 0na. te · oc 1011< na nych 11 .· • . I , genonH)w organelli (ano OJ'! ·li . , , 'lO':lld po 1rac z ba1.y danych 1· 1· 1- · . . . . .. o· .~mil (// Cenom(' f,e/ne1•u/ OGR·~ 1 ... Ji.//oq1L:.111crni;uc;t_er.ca). Na ci·ść ) . ,' . . . L, 1 narn podc1.:is opisvw·mc1· 'l . I" . .\„ . I yt,111, klo1c; nasunęły si\o · J ' " 'lld 11·Y 111 01.na odpowiedz',< · „· 1· zhioi·ii iec, .iezc 1 roi.szerzymy I1ad:uua do pclneoo "' · · ,,,enow nutochondn; I ·J · . · , 1. . · liad:111vch i:ałunków Mit (·I·. 'l . . . l nyc 1 i ZW!\. ,s1.ymy l1c/hę . · ,. · no ,1\IC1 1.ah1eoow nici· I ' . , · .F\ hc1. odpowicd1.i w .„y . . "" 'otc pyłallla nadal po1.os1a111 ,, p
?

0

kładu

plakL'iw? 1'1;11.y 1.a1.wyc1.aj ll\V:1i.:1sic:1.a grnpt,' 1rnrnoliklycz1ią .Jednak sckwcncjcsn. l:1111a11dry i ·i.aby~><\ ·1.1rne1.:1co rM.nc ml siebie i gal n n ki tL: nic 1wor1.q skupiska w naszych a11ali1.:ll'h. Wsk:r;,ujc to 1w ugra11ic/.c11ia arndi1.y lilogcnctyo.nej prow:id1.rnH'j 11a prnlsl:iwie sc·kwcncji tylko jcdncgn genu. Mo:i.liwc, :i.c jcd11a 1. tych sekwencji ewoluow:da w nietypowy c:posc.,h i nic jest prawidlowo opisywana pl"!.c'J wykor1.ys1ywa11c w anali1.ic 1nodck e.wolucji. ·' I hvudyc:/.tll.' sq 1.a'/.wye1.aj 11w:ri.ane 1.v gnq1\'. siosli„1.a11:\ do czworonogów qila'/.y I :,~ady I ptaki I ssak il, cl1ociai.ju:i. ich polo:i.cnic na dei.ewie wzbu. dl.a kontrnwcrsjc. ( '1.y na prnlstmviL: pr1.eprmvatL1.rn1yeh anali1. mo:i.na wycią­ .!.!,11:\Ć wnic,ski dolyl'!.qcc 1ycl1 SL'kWL'.ncji'! '/.agadnienic Io komplikuje wspoP111ia11y 1Vl'!.L'Ś11icj 1lrnhlc1n 1.wi:vany 1. plazami. •. i',iajdals1.y1n krnv11ym po1.oslalych gatunkciw w 1.hiorzc wydaje si~· być lan•:c:111ik. ( 'liociai. jcsi cin 1.:die1.a11y do grupy stru11owdl\V, Io jednak nic jest IV pel ni kr\:gowcc111. Kokjnyrn z daleko spokrc:wnionych gatunków jest mi11c'1g. Naki.y on do Ln,:)!.clWC\lW, ale niL'. posiada ·i.11chwy. VVs1.ystkic pozostałe gatu11ki nalei.ą do s1.cl'.\'.kmvcciw. Wydajt' si~· wic;c ll'/.asadnionc u1.nanicjako. ::.rnpy 1.ewnc,'.ll"/llL'j l:rncctnika i mi11oga. Punkt lll"l.yl:1c'/.Cllia siQ tych dwóch gatunkc\w do dr1.cwa powinien wskazal: polo:i.c11ic: korzenia w dr'/.cwie szczę. kowc<'iw. l'u.c,1. dl11is1.y ('/.as hiolod'/.y uwa:i.ali, :i.e ryby chu.c,;stnoszkielctowc ! rek i ny i pla.«1.czki) są grupą, kt{,ra najwc'/.cŚniej odd'/.ieli la siQ od pozosta· lyd1 s1.C1.c,:kowc\)W ~;tqd w 11:1s1.ym pr1.yklad1.ie n1inóg i rekin powinny być IV powią1.a11c /,C sollq. l'rnhkm ten ro1.wi:va110, analizując sekwencje gcno· 11Hiw 111itocltrn1dri:d11yclt. Odkryto. i.e 111i11c'1g wydaje si<,: być pr'!.yh1czonydo dr'/.c'Wa :;/.l'/.<,:kuw\'c'iw blisko c1.wrn·o11og(lW, co 01.11acza twor1.cnic przez reki· 11y gnipy sioslr/.a!lloj /. rybami kosu1os1.kiclctowy111i. Jakie inl'ormacje udalo ::i": ci si,· wydllllyc: 1. :111:di1.y sGkwencji cytochronrn I/! ]sinieje mo:i.liwość,'lc :1nali·1.a ::dzwc:ncji 111ilochondrialnych prnwad1.i w tym pr1.ypmlku do fałszy· 1vvcli wnioskc\w ( ).'L'll c:ytocliro11H1 /1 n;11L"i.y do genomu rni1ocl10mlrialncgo). "" .lci.i:li 11ic.' jl'slc~i111y pewni c1.y sL:kwcncjc 111i11og:1 i lancclnika pozwalają na j,·d11L>1.11ac1.11c u111i,·s·/.1·1.e11ic km1.euia dl"!.cwa kn,:goweów. możemy usun:\Ć ich sckwL:ncjc 1.c 1.hicm1. l'owtcirz ;mali1.c,; '/. wyląc1.cnie111 tych dwóch gatun· k1iw i 1.;1kladaj:\c clciclatkmvc). :i.l' n:kinjcsl kcH"/,e11ic1n dr1.Gwa po1.ostalychga· wnkc,w . .i;iki jc:;t wplyw tej lllrnlylikacji na poloi.enic pl:m'iw i dwudysznych w dr1.cwil··1 (c· 1 ( k'/.ywi::ty1n .ics1. i.c is111iL,je wiek pyt:lll. 1w ktc'>rl' nic /.n:1jd1.icmy odpmvic· di.i. ;i11:di·1.ujw· tylko sl'kwcrn:jL' cy1cwl1rn11H1 /,, W celu 11'/.yskania lepszych

•

I. Liczba llloi.liwyL·ii niż11ycli nic11korzcnionych d11.cw, J:ikq moi.na 11twor:>'.VL' dlii lic»c111 g<1t11nk<'iw to: · I ' /\. IS

B. C. D.

::~5

)I

5!

,

•

•

.•

!\. Żadm.: z drzew nic jest niwnmvai.11c

dowol nc111 u inncrnu Il. ,Wszystl·i· · rc\wnowai.m· C. . · ·. · ' L Li"'i.ewa s:1 soh1L: .~;~łko dr.1.ew:1 (I) i n I sq niwnoważ11c D. ) lko di!.L'\Va (.l) 1 (il I sq niwnowai.nc .l. .lei.cli dla tych s;1111ych drww un1ieśei11Jv kor1.c111c n·1' 11 ·ll'I'\\' „ ·J 1 O\ I prawc1. strony.1 . · szyL

.l!. '.'.'

Po~1iż~zc clr!.cwa s:1 nicukorzcni11nc, a dlu~'.isc'. ich gai<;zi. nic odpowi:1dają ndłcglo­ sc1 cwoh1cy.1nc.1. Kt
prawdz1 we?

.I · I

1\

p1u11owych gal1~ziach, Io klc\rc z il1;ienlzc;1 hc;dz.1c prawdziwe? · A. /'.adnc z drzew nic jest niw11owai.11L: dowolnemu inne 11111 B. Wszystl-ic „ . I· · ·- · ' · drzc: · w.i. s.1 su llL' rmvnowai.nl' ( '. T , ,Y 1ko drzcwa (I) i (.\) S<\ n\wnowai.ne D. I ylko dr1.ewa (3) i ('I) Si\ r6wnoważnL'

!. poniższych 1wicrdzc1i dotycz:icveh ·;11.1111.y lilogenclyczncj jcsl pr:iwdziwc;! '\. 1)o oceny wiarygodności z;1slclsowane·gonmdeln ewołucyj11ego moi.crny 11·y. ko1zys1ac 111ctod\: bootstrap · Il. ~.1c, rnozna wyko11:1ć :matizy hootstr:1p. .J~Z'..11 .~'Z\'stosc podstawic~li lliL'. jest t.1k.1. s.i111a „ dla 11•s·'"stJ·i·c·Ji '"J' ' JlOZ\'CJI„ w .»cbvcncp - · ( '. W poniw1;a11iu z lran1.ycja111i, trans-. IVL'rs,1c wysycaj;\ sic; zazwyc1.aj w kn il. ·" 1·Y 111 u.asic· od rnzd1.iclcuia si\~ dni1> L'll'Oilll'.J'.Jll)'Ch !',alunkLiW "' U. /jawisko przy~:ing:ini:i si1· dl111>ich '"I i\'ZJ ina miejsce w przypadki; wv~~~~­ powa111a roi.nic w dl ugości ach an:;li1.o„ ll':lll)'Cii SL'.i; ll't'llCj i

„1 ..K16rc

Il

Il

('

,\

Il ('

Il

B. Mnlody

2U4

235

). Dopasowanie pr/.edstawione poni:i.cj l!Hl:i.c być C/.t,?,Śei:\ sekwencji kodującej białko. Który z wniosków uwa:i.asz za poprawny'! /\. l'rawdopodohnic jesl Io fragl!lcnl pscudogcnu B. Bardziej prawdopodobne jest, :i.c jesl Io fragl!lcnl sekwencji koduj:1ccj RN/\ ni:i. sekwencji kmluj:1ccj białko Opos Nostll"oi,cc

Świnia

.lt:i.

(,';.lowiek /.aj:1r

I )la pmvy:i.s/.cgo dopasowa11ia wyznao.o-

no za pol!locą mclmły parsy111onii c/.tcry drzewa lilogcnctyc/.nc. K16rc z ponii.s1.ych si w icrdzc1) jcsl poprawne'! /\. Drzewo I jcsl najbard1.icj parsy111011ic/.llC

Które z po11i:i.szych drzew (I\ Jl (' l'l odpowiada wynikowi uzysk:uH.:; 11 u 'mc;ot;:\ ~J~'.GIVIJ\ dl~1 poni:i.s~.cj 111acicrr.y odkgloscI ! (_IJ_l11gosc1 gałęzi nic odpowiadają od-ległoscIOlll cwolucy.1nyni.) W

w

I

\Vomhat

(i.

C. Nic/.apr:r.cczalny jest raki CZ(,?,Slsz wysl\1powania lranswcrsji ni:i. lranzyć·' . . I . . Jl . I). Wyt Ia.Je sH,\ /.c pot slaw1cnia synoni.'. 111icznc wyslępujq czę.
1,IJ

';[\ l\ l\ t\ 7, i\

10

(),3

y '/,

0.·I O,.'i

y

'/.

O.'I O,.'i

O,.'i

0,5 0 . .'i

\V

0,5 O,·I

(),.!

\il j()

C~<;

)!J

v:1<;

)l}

J\,~(;

11)

Il. I lrzcwa IW ni:i. J ( '. I lrzcwa nc 11i:i. 2 D. Ikr.ewa lll' 11i:i. 2

X

X 0,3

( '. Klad W:!·X+V 1110).c występować co ll:IJWYZc.J w (> drr.ewach I). Kl ad \V+ V ino:i.c wys111pować en naj wyzc.1 w 11 11.c 100 drzew ·

l i 2 są bardr.icj parsy111onicz. id I i J są bardr.icj parsymonic 7,. j 4 I i 'I sq bardziej parsymonicz. i3

IV

li

\V

,\

.,

y

I.

\

I.

/

\!

I>. \

y li

\ll/l'\\'lł.!

J l!;n\'<1 1

IV

\\!

'!. \'

I.

D1zcwn \

„ .... „.„.„„ .• „ ••• ".„.:

N11so101ce

I.

Wykorzysl uj:\c llldod11 hoolsl rap. wvgc11ermvano zcslaw J OO dopasowai\, di:; kl<'>-· rych. za jlOllHlC<\ lllclody pr1.yłqu.ania s:1srnduw zostały wyz11acr.rnw drzewa Illo· gellclycznc. l'o11ii.cj przedstawiono drz 0 . wo ko11s:·11susmvc wraz z zaznaci.rniy llll warlosc1a11n boolsln1p. Korzc1i drzc,;•:1 lll,ll'.L'S,1.czo,110,. zakladajqc ż.c lJ jL,s( grnp:1 ;.c.1111\.111.11,1: I\. lory z po111ższycil \VII iosk<'nv Jest prawdziwy'! A. 'W ż.adnyn.1 ze 100 driT\\' nic wysl\'pujc klad X+Y+'/. · · B. W żadny111 r.c I()() drzew nic wysl1'.p11jc kład W+X+V · ·

''!c:i llll'·· .l~idy 11 :1.1w 11:ks1.t'.i wi:11y,c:otl11ości 1111igq /_,l\VltT:ll" g:lf\"/.IL' lJ /,C\'tl\\'<.-_j dill)!OŚt:i (, .lc'f.t'l_i drr.L'IV:I wy111:1c1.011c· 111etod:1111i ll:IJIVl\lks/.cj wiary;<.11d11g1·11elycz11yt·łi pr:1wd< >pt H lt ihic1\st w:1 a priori dwud 1 di"/.t'IV s:i nill'lll'. lu prnwdopodohil'1islw:1 a posll'riori rtiiv 111cr. 11111sz:1 hyl- sohil' i·t'iwiw

przo:;zi1l
\V ponlw11<111it1 1. dopa:--.ow:1niallli par sekwl'ncji. dopasowania :vil'losekwc.ncyjne. zaw~crają \H;w 11 :1 dod:itk"W'J i11 rm1n;ic.i\', k1
W tylll nr/,d1.iail' pril·dstawia111y n\i,111· 1nctody rn1.p111,11awa111a \\"/,1>1-cmv sckwc·ncyp1ych (wy: raii»iia n·i•11l:1rnl', .~lady odc1nk1 sckweuc.Jl \\'„dnp:is();\··:111iach, \Hl/,~V:i\:1.i:i scharnktcry1"1w:11' poszt:t.cg1akk Il:! jll"/)'kladz1c l"L'.CCIJIOl'OW spri":ionych '/. l>(alkallli (i~ l'r1.ykla"l tL'll dohu,c ilustruje rt>i,11ice rni1·d1.y posi,C't,eg\'t'< iw sek we11cyj11ych. ale jed11
~~.:!. ~»n:~~s:nnlfrwarnh~ i]~,bz

'lllY'lf~'u·~nt:rnj(1te1

danych sekwencji rimz4:11 am11lizę ci«]1]asowm1 1]m selnmmcji

W r;i/,y d;i11y<'i1 SL' 1(\Vl'llCJI. lll>lllti\V:l/ ,ac Il l Iop,. ' l 111111·c . ' obe1m '

287

wać sekwencje pojccly11c:.r.cj drn11e11y (rnodulu), wielu domen (modulów) lub całych białek. Jslnienic wiclogenowych rcdzin bialek 1 jes:t.czc hardziej komplikuje interpretacje; wyników pr1.csznkiwania ha1.y danych sekwencji z uwagi na trudności zwi:11.ane z poprawnym zidentyfikowaniem nr!ologów i paralogów. Nic bez znac1.cnia są nhvnici. bl1,~­ dy w adnotacjach do wyszukanych sekwencji 1. hm'.y danych, a taki.c fakL i.cz powodu ·rosnącej wielkości bazy danych sekwencji, ocena istotności statystycznej poprawnego biologicznie dopasowania moi.e być 1.hyl niska, aby odpowiednią sekwencje; uw1.glc;dnić wwynikach pr1.esz.11kiwania. z nicklórymi spośr<'id tych proh1L·11111w 111ożna sobie rml1.ić w mniej luh hanlziL~j znu10111a1y1.nwany spos6h. Pr1.ykladem moi.c lu hyć wykorzystywana w programie BLAST technika rnaskow:mia w /.adanej sekwencji odcinlJiw o niskiej zloi.oności skła­ du. Wiarygodna idcnlylikacja ortolog1\w jest o wicie trudniejszym /.adanicrn (lluynen i ]lork, I 9L)8), klórL: ma jednak d11i.c /.naczcnie, jeśli chcemy poprawnie odtworzyć lilogcnetyc1.11c /.wiq1.ki 1nięd1.y genami. Ba:.r.y danych rod:.r.in hialck dajq moi.liwość cz~:­ ściowego rnzwiq1.ania lego prohlenrn. W 1.alci.ności od rod1.aju metody wykor1.ystancj do klasyfikacji hiall'.k, takie hazy danych rnog:\ zawierać dosyć szczególowc informacje dolycz;1ce przynalci.ności wybranego hialka do określonej nadrod1.iny, rodziny czy podrodziny. lstnicnit: takiego syslemu klasylikacji p01.wal:t na korzystanie z zasohfi11c). Wynika to z faktu, i.e wielc pows1.cehnic stosowanych w hioinf'onna1ycL1 metod przeszukiwania baz danyeh luh przewidywania określonych wlasności analizowanych danych nic wywodzi sic; 1. praw podstawowych, ale bazuje na inf'ormacjach, które zebrano na temat badanego 1,jawiska. Większość spośn\d omawianych w lym r01.dziale meiod anali1.y sekwencji wykorzystuje wlaśnie takie podejście. Zwykle dysponujcrny 1.cslawem prrykladowych sekwencji pod1.iclonych na grupy i stara111y sit,' ustalić !akie wlasności sckweneji w pos1.czcgólnych grupach, kt(>rc b~d11 je w jakiś szc1.eg(1lny c:pos(ih charakteryzować i poz wo I<\ je odrM.nić od sekwencji z innych grup. K luci'.owyrn /,agrnlniL,niem w opisywanych lu mc!ndach jest określenie, czy nieznana SL1kwencja zalicza si1,' do grupy, któn1 WC1.cśnicj /.definiowano na podstawie zestawu 1akicl1 cech rozpoznawe:.r.ych. Wzorcem sckwencyjnyrn 111ożc hyć dowolny '/,estaw cech, które hi,~dq unikalne dla określonej grupy sekwencji, a za1e111 p1izwol<1je odn'\żnić od innych sekwencji. Ponieważ zwykle jcsldrny zainteresowani odcinkami sekwencji, które sq najbardziej konserwatywne w poszczei.~/>lnych rodzinach hialck, wzorce sekwencyjne rcprcze11luj<\ wlasno.~ci charak1ery1.ttj;1cl~ ws1.ystkich c1.lnnków rml1.iny. Najprusts1.ym rod1.ajcrn l
1 Wic!Dpc110\\'c' rnd1,i11y hiald 11·yst1'Jll1j:1 11 j;1dn>wn\w i 111op:1

hyć albo pmslt'. albo ;,loi.onc. \'rosie ·, lc[~o wiclo~__c11owt<' wysl~~pt1.il\ !l nwiernj:1poduh11<'i11i<·plncj rcg11lacji ge11y l;oduj:1c1· białka o podoh11ych \'1111kcjach II 1

1 iodziny n1wicrnj:1 idc111ycznc geny, a powudc1u, dla k1órcgo w ge110111ie lic:t,ne kopie sa111e1;,t) g('11u. _jest du'l;t• 1.apotrl.(_:htlWanie Il:! produkty jego l''kspresji. Zloin11e rod/.iny wielogerniwe 1 (f>r:y11.

IUI((,),

1

238

li. Wzorce :;ol
zycjach w kai.dcj z sekwencji w rod1.i11ie. W rzeu.ywistości rzadko jest to tak pro Nawel w najbardziej konserwatywnych czyściach. sekwencje 1. rói.nycl1 organizmów chuje pewna zmienność. Z tego powodu definicja odpowiednich w1.orców sekwcnc nych powinna uwzglc;:dniać taką zmienność sekwencji. W opisywanych tu metodach wartościowani,; stopnia zmienności i prowadzi siQ 11 ą\ podstawie system(lw punktacji, których zasto:.;owanic sprowad1.a się do przyznawania~!.. . Ilt;lI<\cym prawdop(){ .~ odpowiednio, wysokich i niskich ocen punktowych ':ckwcnc.10111 dobnie c1.lonkmni określonej rodziny lub do niej 11ienalci.;1cycll. W rm.d1.ialc 7 zdcfi. niowaliśniy poj<;'.cia c1.ulości i selektywności dla dowoh.1ej 111ctody pr1.csmkiwania bai/ danych sekwencji (nhvn. (7. I) ora1. (7 .'2) ). W tym rozd1.1alc słosuicmy takie sarno podej. ścic w celu por(Jwnania alternatywnych systemów punktacji u111oi.liwiaj:1Cych wykrywa: nic sekwencji z określonej rod1,i11y hialek. I )obrn 111ctoda klasylikacji sekwencji powinna charakteryzować sit,'. wysokq e1.ulościq, t1,11. powinna poprawnie identyfikować moi.liwic największą liczbę r1.eC1.yvvistycl1 e1.lo11ków rnd1.i11y białek (wyniki prawd1.iwie dodnt· nic). Taką metod<,: powinna cechować rrych in1 wi<,:ccj wiciny na poc1.:1tk11. tym określony problem staje się latwicjs1.y do rnzwi:1zania. l'ows1.L'clrnic stosow:1nym sposobem re-. pn:1.L:ntowania infornrncji zawartej w ;;ckwcncjach z rodziny białek jest pozycyjnlc :r.różnkowana macierz warto.~ciująca (ang. 11ositio11-.1·1N'<·ific scuri11g 11111/rix, l'SSM), l'SSM. określana Cl.asami mianem profilu, moi.c byl' wyznae1.ona rM.nymi metoclamL Najwai.11icjs1.<\ własności<\ PSSM jest 1.alci.ność oce11y dopasowania dowolnej reszty aminokwasowej od pozycji w PSSM, a dokładnic_j. od res1.l wyst1,:puj:1cyeh na odpowied: niej pozycji w sekwencjach anali1.owanej rod1.iny hiak:k. l'rzykladmvu jeśli w nnsz~j rodzinie bialck na po1.ycji I O wysłl,:pujc konserwatywna reszta k11cy11y, dopasowantc rni\.'dzy leucyn<\ w 1.ada11e_j sekwencji a I O pm.yc_jq odpowiedniej 1nacicrry PSSM będzi.: wysoko dodatnio ocenione. Ta własność J>SSM wyra/.J1ic odr(li.nia laki system punktacji od sysłe.rn(>w punktacji wykor1.ys1ywanych w algorytrnach wy1.11aczania dopasowm\ pm , sekwencji, w k11'lrych ocena dopasowania leucyny z leucyn<\ hyla 1.mvsze taka sami~ 11iL'.1.alci.11ie od pozycji reszt w sekwencji. Systemy punktacji. takie jak l'/\M (Dayhofl, I %5: Fck i Dayhoff. I 9r1.e zaL:howywanc w sckwcnL'jach hornologic1.nych, stąd p1111kl;1cja dopasowani.i I, .1. w 111acier;ach P;\M 11ic jl-st s1.c1.q\
Rys. 9.l..Sclienu.11yc1,11c 1:r1.1.~ds1awiellic dopasowania sekw~·ncji. w kll'wyrn pok:vano jaL

wst:iwil'llic pu.lTW

umo),liw1a roz1111eszczc111L: odpnwiadaj:1cycli S(Jiiit' odci11ld)w sl'!zwc1Kji jl'di:n pod drugiil!. /~twiciiioiiviiii

.znznacz<>110 lrng111c·nty dopasowania. kttirc tlhtj111ują moi.li wie uajwi,·ccj odpowi:lllającydi.so 11.w. 11101ywów. Takit· motywy lllogq hyć następnie wykorzystanc_p1ko /.e~;law cech rozpo1.11awc1.ycli. ktt)r_vd1moi.na 11 ;;,yl: do rozpo;.iwwania IHlWVCh t·zlonków prOS«lh.' I"'"

bic, JJa,1hard1.1L':J ko11scrwatyw11ycll 1ak~11f,Jnv sckwe11c.ii. ~~

.

W rm.d1.ialc .5 pr1.edstawiliśmy lic1.t1L' ha1.,v d:111ych rodzi11 lii:ikk i wspo11inil'ii.oi 111 ,· mcłodacl1, którl' sq wykor1.yslywanc do twori'.L'nia ich 1.:1so!Hiw. Ni,;i.wvkl;. i>tołnc jest zrn1.11n1ic11ie. n ii.nic 111i1,·d1.y tymi mctoda1ni. ponicwai. 111 ajq Ol](' odinii:tllll' mocne 1 słabe strony 1 dlatego najlcps1.c wyniki osią1,.~aj:1 w nii.11ych sylt1aL:j;wl1. Upodstaw wszysH~1ch łych tllelod k:i.y pr1.cko11anic, i.c w ohl\'.i>ic: dopasowa 11 wiclos<' kwc11~y_p1ych 1nozna 1.1dc11tylikować krn1scrwa1yw1w odcinki sckw,· 11 cji, okn·slan<'. c.·z:i sam1Jako.motywy sekwencyjne (rys. 9.1 ), kl<.1rych istnienie 111a uzasadnicniL' stntkluralnt· funkc.ionalnc. 'I:ikie c1,ęści dopasowa1i moi.na wykur1.ystać do utworzenia 1.t.'slaw(iw rozpoznawczych cech sekwencji, które 1. kolei poslui.<1 do wykrywania nowych czlon odpowiednich rodzin białek (Altwood, 2000a, li). Podstawowe 111ctodv d~:linuwania . cech m1.po1.11awczych lllo:i.na /.asadnic1.o pod1.iclić na łr1.y gntJ>y: obcjt1nij:\po.1cdy11czc motywy sckwL:ncyjnc, obcj1m1jqcc wiele llhllywt\w sekwencyjnych 0 ;.a 1. ,cale dolllelly (por. rys . .')_(J). Nit'id(irc spw;r(Jd tych 111ctod s;\ tlllHiwirn1c w ko e1.ęsciach tego rn1.d1.ialu.

9.2. Wył·ażenia rngLDlływ11 Sl',WC'l)l'.Y.lllC)'JJ Jt'S( 01•.1:1lli1·:.;1111 „ ) 'i.c111,i~h tL:gula1 nych do przcdstaw1c1w11.11Hc11110.~ci jcdynil' w 11ajh:inl?il'j koi1.·wr ll,lływnych In , 1· ·I ()I · I· „ . · .• 'glllL Il dl I llloływ11. ( Clll (1 sckWL'llCJI. n;1 k1(iry<'l1 1.111it:tl1\lic:1; i··:;( d11/:J. w <>ptSIL' 111otyw11. Vv'yr:ii.c11i:i n·g11lart1l' nie olwj111uj;1 '/.:1ic·111 pl'l11,~j i11l111111:1

„.

!J. wzorce sokwnncyjno w

291

9.2.2. Wyszulciwm1ie sekwencji na 11oclstawie zaclmrngo wymienia regularnego Programy komputerowe. wykorzystywane do identyfikacji motywów sekwencyjnych wy·zukuj:1 'l.Wykle sekwencje clokladnie odpowiadaj:1ce określonemu wyrai.eniu regularnepomijaj<\c w wynikach sekwencje, w klórych podobny, ale nic identyczny motyw. Przyj1nij111y pr'l.ykladowo, że odcinek pewnej sekwencji odpowiada wyrażeniu

\Vyra:T.cnie regulan1e

~lll,

1·'.'l'I >\ffHl•ll·:\\Vl/1·:1)1•1< 'l/'l'(lY i·'.'\'li\f!'l·li1jj·:J;\J\fl·:(lMCJ'l'IY/

rc~iilarncmu

z lah. 9.1 na calcj długości rcprc:;.cnlowancgo prze:;.c1\ motywu. '/. wyjąl­ pw.ycj i <), na k t <)rej w sek w cnej i wysti.·rrnje res'.l.ta His, zamiast dopuszczanych przez wyrażenie regularne res:;.( 1.ys luh J\rg. 'foka sekwencja :;,oslanie polllini<;la w wy;iikach wyszukiwania jako niepasuj:1ca do określonego wyrni.enia regularnego, pollli1110 tego, że opisywana rói.niea odpowiada podstawieniu aminokwasowemu, k16re jest cnlkiern sensowne '/. iliologic:;.ncgo punktu widzenia. Inna pr:;.ykladnwa sekwencja od-

!".'\'! 1\11· I !'!1·:\:\t\fr:i.'.!"l<' l Tt,J'i'

ki~l1l

i·:'l'llll:'1'Ml·:1·vv1·:•.lW"l"l'(l\' l•:'l'l>IJl'.1·11·11•:1:\/Vl·:<'<' l·:'l'I 1I\.HHl·:1N1/1•:111•1 1 '1 'l'!,l'I l<'l'l 111· I

i·ll
1'!\l'i'

1-'.'l'll I I Hllil·:l'.\i\/l•:<>M<, I '!'!>'i 1•: t·:'l'I >Hr I l·ll>:l"/\/ l·:<.>M< ''i'l'<,lY 1·:'l'l>l IY1l•ll·:1:\/\fl·:1,1M1 'I 'l",lY 1·:'1'1•11 I H!•:i11< '\/'I'< >'I l·:'l'I J'/l.H I l·:l\IJ\/l•:<,1Vi<' I 'I\>\' 1-'.H 1•:111 l/\/'lT \/ I I'. l·:i'l<''i( H,>'{ l<'.l1lf·:l Jl\ \f\/'!'l'\/

~ I~

wyst\~puje

llVl•I\(::);:

llY]

li

11\/J ;:

powiadajqca doklad11ic wyrai.eniu regularnemu ai. do pozycji I 6, 11<1 kl<\rej pojawia sii,· dodatkowa l'l'S'.1.ta a111i11okwasowa, rtiwniei. nie '.I.najdzie si<; w wy11ikach przcs:;,ukiwa11ia, ponicwai. (\(lpowicdnic wyrai.enic ni,.'. rcprczc11tujc sckwe11cji, które llli\;dzy ko11serwatywny111i res:;,tarni ( 'ys i ( il11 :;,;1wicraj:1 wi\'Cej ni i. dwie rcs:;.ty dowolnego typu. Widać zatem, że wyniki pr:1.esl'.ukiwania ha:;.y danych sekwe11cji dla z:idancgo wyrai.enia regularnego zawieraj<\ wyl;io.11ic te sekwencje, w k(('>ryd1 wyst<;pujc lllotyw dokładnie odpowiadający tL·1rn1 wyrai.c11i11.

!·'.l·\t '\J!_H,1Y

1. 1" , 11111 " . , lvllic iiifnnnacjc . cji
C/.t'Śl'iw:ll

si~~

spo.~.

0

·śl

„.

lic:;.hą

zmienności<\

określonym11 rnotywc1n jest wynikiem czystego pr:;.ypadku. Im bardziej liberalne wy-I 'I' ·1' I' ' I I I rcgt ame, yn1 WI\~ \s:;.c z: S'.l.Ulll1en1e wyrn ww przes:;.11 <1warna i~;( ącc wnsek' · I · · 1· I li I 1· ' I I · · I I · · J'l I · · I

'

.

· ·wenc.1<1t11:;.q 1cz iy pr:;.ypat wwyc 1 tra ten .. et noczcs111c 1art z1c,1 1 lcrn nc wyrnzcn1a I l . .I 1·1 . li I l . l I . . J „ rcg11 arne t ap1 s:;.ans<; /.Il enty 1wwarna ot cg e spo an. :;.1c1 I res ry 'CY.Jlll' l I wyrazc111c I . , . . yin 1;:;.y . I e J111c.1szc„ wym" · przcszu w 111c 1 se I' .
pon111nęcia

wyrażen upraszcza1ąccgo zaożc111:1, że prnla11a w 11mv1asach ·:;wyk . L·I Il1.w:tla n1w11ll''/. pot a • " ' .· · -. . ·.I i, wyra:i.clllC 1ow1e111 dyspon_nt Hl u ,llliiownic;i. tych, kt
1. •

powtórzcnJCSł

sprawd:;.ać

.nych sekwencji, sta11owi :;,awszc pcwiL:n kompromis llli\;d:;.y dopuszczaln
są

„ .

i\·~;zt

h<,~d:;.ic

·

(por. tah.1 LJ. I). . 11 . . . ·.· . ·«>h W tyin podrm.dziale opiszemy ' v1ynic11i·1 .1c th11ych w iozlly ·. . ·ll1., ')()()'1) '· '. · ' .rc\.·· 11lm1H; , h· ;ie PROSl'l'L (!«liquet -- · 7godniczt'\. '· · .' 1 0 ·1 1 .zap1s 0 kollWl'llCJ\' zapisu 1 d · "'., . k. onych f)O:;.ycjach w 111 otywie rcpre: . ''" \ ll('lill' '11<\CC /.1111.\llll lld ()IL. ' . ' „ •; konwcncp\, 1c.s1. Y 1 - ·i:-". . . . . 1 1, Cdy 11 .1 ·iednei pozycp wyst9pll)<\ !Hl<11 ' ' ' · . ' · 1.. ,1 , l. tyflll liczl1'l ich . . I t V \V""t•'llllJ'\ rl'S/(V (hll'S llllU~( , ' ' I I . .. · ._ . 1· _,"„ .1 Sii'" I 111"l ~ ,._ .1,.. 1.1 ' wbaziecan.yci . Y"lll11.„y· l•"inv<.:l11Hll.Vl'J<1C111Hiyv „ ·wynl!.L'll . . . ' 1-ci~u • 1a111

P ·YJ .~ •ł"

'l11kic restrykcyj nc p()d,'.jścic do opis11 lllotyw
jego najislotnicjszych.

l

' " „ · '_„\'/.

11'

· . . · . hrnyrn nlchn1owa11y11 ' · · ·1 tll·1 19-rcsz· · li ·1,·l1l liiii.' /. ()pis:\\I:\ k()1\Wt'lll'_j<\, W wyra;.cniu IL')',ll' · · · . , ·" ·h J IO, Il•I,·1 . l llli„11·111t·110 w tal>. •J. I rcs:;,tv na po1.yL_1.1c , 5',. 111\V<')'.tl 111otyw11 ::cLwciicy,1iit';:.<. I , "'." ·lt <) i moi.c 1 11 1 11 I:; i I lJ ptl'/ll::tap\ 11w1111wtlllllll., ' P'>)lJff/.)'CJ:H. .

dos_yć oc1.vwisl_"· .lc.~li .1.cd11ak sekwc11c.1·c hialck z Jlcwnc.1· rod1.inv zawicra.1·<1 wi•·kko11.,erwatywnych odcink\iw. (() slqd moi.na wicdzicL', kt
)i:\ ,, ·

~,',"·i

i:\

wystypowacJC 11~·

sząI.liczh<; si Init~ h J

·~'.Zie

'

J

wielkoś1'

'

h<,~--

11ajh<1rtlzic:j kun.scrw;itywny w 111ian,· jak bazy danych sekwencji dzic i poj;iwiq ,,i<; I\' niej nowi, hardziej odlegle spokrewnieni pr:;.cdslawicide lej J ..l.11dzinv·.1

l.· :~· ·

rosła

n.

292

Wzorco sokworn:yjno w

('i.asami, w miar~'. poznawania nowych c1.lo11kfrw rodziny bialck, l'rngmcnt doi wania wykor1.yslanego do seliaraktery1.owania lej rodziny rnoi.e ulec dosyć du:i.ym z.t 110111, podczas gdy jego pw.oslałe Ci'.\'.Ści i.mienią się tylko nic1.11aC1.nic. W prrypadkli 1.y danych PROSlTE ma tn lrry podstawowe konsekwencje: ( l,) jeśli charaktery,,u, określone wyrażenie regularne 1.dolność rm.pw.1iawc1.a czlonkow rmlz1ny będzie sfoie~\ znrnicjsz.ać się z cz.asclll, low pewnyrn mrnuencic koniL'.Ci'.nc będz.ie dokonanie w wyra~;·,: ·i.cniu .lym takich zmian, które hęd<\ odzwierciedlać zmienność motywu sekwencyjncg~C ohserwowarn\ u ws1.ystkich c1.lonk6w rnd1.iny: (2) jeśli n\żnicc rni\'.dzy sekwencjami no> wo poznanych członków rodziny s<\ na tyle du:i.l', i.c nie mogq być w poprawny sposób uwi.gl~'.dnionc pr1.e1. modylikację istuie.hcego wyrn:i.enia regularnego. to jL'.Sl dcliniowa~ 11c albo nowe wyra:i.enia regularne (tj. dotyo.<1cc innych konserwatywnych ndcinkói'I sekwencji). albo dodatkowe wyrni.L'.nic n.:gularne: (.\)jeśli dysponuj;1c kilkoma wyrażc; niallli n.:~tilarny1ui nic 111oi.na osi11i2.ną(' wystarc1.ająn'.j zdolności roi.poznawczej cl.łon~ IJiw rod>iny hialck, ko11icc1.ności;1n1o;i.c stać si<,: zdefiniowanie dla niej odpowicdnicgl) prolilu (podrozd1„ 9.4).

9.2.3.

· ększa si.ansa pojawienia się w wynikach pr1.csz11kiw;rnia losowych tr:ilic 1\. J\oi.ważllly .yldadowy motyw sekwencyjny Ala-Asn-1\sn-Ala (ANNA). W hai.ie d:11iych Swis~irot doliczono sic,: 373 wyst;1pie1\ tego 111otywu (a w s1.cściokrnt11iL'. wic,:ks1.cj hai.ie dach 'l'rUIVIB~ liczba wystqpic11 tego motywu byl:1 niwna 252.2) oraz 57.H ,,;yst:ipicni: 1 '"o kn\tszcJ lonny Ala-Asn-Asu (ANN) ··por. tab. 9.3. W świdle tych wynildiw nic " . . uskakuje zatem lakt, i.e kai.dc111u 1. wyrai.L·.11 rcgulaniycl1 1. tab. 9.2. kt()re zdcfiniowa·110 na podstawie r1.co.ywistyel1 danych biologicznych, odpowiada ponad I() ()()() t rałicii w bazie danych Swiss--l'rot (wydanie ·i().'.2(1). l'() l>Zllill'Zil k
Reguły

Wyrai.cnia n'.gularne najlepiej spr;1wd1.aj;1 si\' prry cliaraktt·ry1.()waniu rod1.in bialck 1. iatwymi do '"idenlylikowania silnie konscrwatywnyllli 1llutywan1i sekwencyjnymi (na ogól 0 długości od I'.) do '.25 reszt), ktc)rc odpowiadaj:\ zwykle najwa).11iejszyrn clcm~t~·. lolll struktury białka. Mo:i.11a _jednak :;,deliniować o wiele kn11s1.c (J-(i rcszl) wzorce sckvvencyjne opisujące rn1.111aitc miejsca funkcyjne, kt6rc mogq \Vystq1ować w różnycl1 rolli.inach. białek. l;:tnienie takich miejsc w sekwencji niespokrewnionych bialckjcsl wy; 11 nikicm konwergencji --- procesu nie1.alci.nic zachodz:\cych w ewolucji zmian, w wyni· ku których pewne rcs1.ty aminokwasowe w sekwencji białka zao.\;ly pdnić określoną ~ l'unkcj<,: biologiczną. Prrykladclll mog<1 lu być miejsca wią1.ania lipidów lub cukrów, i l'osro1:ylacji luli hydroksylacji itd. (por. tab. 9.'.2). Ponicwa;i. odpmviLidni_e wzorce sekwcn; cyjne :q bardzo krótkie, ich 1.dolność rn1.poznawe1.a jest nicwystarczajl\C'.l, ab~ uzna~ac ! każde 1.e wskazanych pr1.cz nic odcink(iw sekwencji 1.a r1.cczyw1ste 111ie1sca lunkcy.1nc. ·1:1kie wskazania nalci.y koniecznie zwcrylikować eksperymentalnie. . Opi:;ane ogra11io.e11ia 1.dulności rozpo1.nawe1.cj knitkich 11101.yw.2.

l'rzykladowc 111icjsca lu11kcyj11c

kurzystyw:ml~

11·

hialkacl1 oraz wyrai.e11i;1 rcg1!1an1e wy-

do ich identyliknw:111ia

Miejsce f1111kcyj11c 111il'jSCL'

wi;li,qcc

1~libl/,;!lllilHlgliL:i11

1:

1:;·1·1 :z I;

miejsce \\iiąi,:\Cl' gr11pt,: pre11yh)\\'~\ ( llH i!yw ( ',1\1\ \,)

, . 1111·:hH) I

przcs1.11kiwa11ia ba1.y danych st'kwc1wji WyraJ.c11ic rcg11larnc

·

1.iczlrn doklad11yd1 lralic'1i

l .ic1.lia d<>Uad11yd1 1rnli1:1i

(Swiss· l'rul •111.:'
('l'rt •:fvlHI. '.'I./)

f\ ·H-N--1\

1\ hl--1'1--

I/\\/ I

f\ ··bJ„N·

I 1\Vt. I

I !\\I I · N · l•I I /IV I I f\ v I I 1•111 I „

I 1•1 Il I I 1\ v I

i\· N· N

I

liKI

-; ll.rn '.i '/\ I

. 11) (}(){)

9.2.4. Liberalne wyrnżenill'<>

dclll, d~a ktorcgo w h:1;:1L' d;1nych l'L'.(l,)ITI; d11p11s'/.c/.u1lll 111lli.li\\'11::1: ""l'l'<'/<'lllnw: 111 i; 1 n1otywow •scl·\1· „ „ · 1·1 I 11 I · · · · · · ' '\..·11 L·1··1 . .J I)'··I C l p I '/.l' 1. fl I Il I L! (l U ; : Il li I L'.J Il 111 O W I U I I c' I\· i H <1 i n l;. < I;. ' '· . I I. .' ; ; I t
(;

111icjscc l<1slorylacji ki11azy (' 111icjscc aniida,:ji

Tahcla ~.J. Pu.ykbdowy wplyw 1.wi~~ksh:11i;1 stop11in 1.111ic1111o:~ci 11:1 pos/.t"/.('gt.1l11ycl1 po1.ycj;wli wyr:ri.c111a regulanit'go. dlugośt·i 11101:·/Wll i wielknśl·i h:11.y dan:·/1'h 11:1 lit'/.h1; trali(·ii \\' wviiiL:idi

I !cl'. I 1: I'. I (:.:) \I, I \IM I··:(

~losowa11c w pr1.ypmlkacl1. ).'.dy wykm1.y:;l:rnic wyr:1i.c11 1"1')!.ul:1rnv"l1 11i1· d:q1· :.;111·:,l:1L 'J011u1·1cvch li1 . . I , \I . . . . ••" J · )'lll \()\\!,I IL'lllalywnym 1'11/,\Vlą/.:lll1l'Ill ll'P.11 prnl1lt·11111 di•JHl:,/<.'l.<'llil' Illo zli wośc i 11 . , I k I I · I . I „ • , ' łll () :Il llL):'.U I 11paS
ślady sel
295

I ··ści·i ·csl lrnktownnic r{ii.nych res/.l aminokwasowych

rcal11.;1~·J1· 1';1k1L~:~.;> ~::.t~l~.l;1bc:j1.~H,1jących .

··

·

i

lwm aminokwasy o bardzo pmlollllych «1.lonkow o,1cs o111c 1 "'I .l'Y~V nnj'\ charakter aromalyczny, HKR sq ,: ·i·ich li"lyl«>l'hc1n1c/.11yc i. np. '.' · , • „c , . . ·: ' . . ; . . . . iod uw·10~· istnienie takich podob1cnstw we. ll.Vl\.11 ilcl. '·11111.11c1l'·\'"\"\Sc)w motyw sekwencyjny /,a\'larly w lab. 9:1.'••.\ · I I '/ll"Ch ro111yc 1 , ' '· · · .· • lizy ,cie Willi< , ; . . I, lilwnli1eon wyrai.enia regularnego, .1ak pokazano• moi.na wyrazie w poslac1 )dl<·I/.·, .IL• . ' ,_

alił<1lyl'/.llC

IV

l>.101,~cl

tab. 'i.-1.

, . rcg11~,111n. . .•./.{ 1c·rin1u\\ · 'la 9.~L I ,ihcrnl11c wyra:n.~nll' , ::,:·.: /. wlaściwo~~l·ia1ni fi1.yknchc1nicznym1

, Wyrai.l'.nic regularne:

1-:'l'll\fl'.Hl•ll·:ł:VVl·:l,ll·l''\/'ł'(l'I

1·:'l'llVl'.Hl•ll·:HVVl•:qW' l 'J\i"I t·:'l'ł !VI'. !Mi•:l·:VVl•:(lMI.' I 'l'<.>Y t·:'l'łll l: IHl·:l'.V\/l•:<,li'H"l"ł\lY l•:'l'l i\JI :HHl•:I :VI/ 1·:111<1 1.'V'l\1'1 1•:'l'll\/FHl•ll•:l:VVl•:1H1I1 'f'l'l.)'i l·:'l'll! Ll·ll·ll·:l:1j\il•:Ol·l<'l'!'l.)Y 1·:'1'111 V I Vil·:l"IVl·:(lH<' I 'l'
rnlne. Oc1.ywistyrn jl'.St

nhvnicż, i.c im wit,1ks/.a baza danych sekwencji i krótszy motyw

(jak w przypadku reguł PROSITE), wyniki przeszukiwania slaj:i sic; coraz lrudniejsze do intcrpretac.i1.

Ponieważ wyrażenie regularne reprezentuje motyw w uproszczony spos<)b, pewna czc;ść infor111:1cji o zna11ych sekwencjach 111otywu jest po111ija11a, a inna przcdslawiana niedokładnie. Im hanl"l.iej mllcgle ewolucyjnie sekwencje zoslanq wykorzystane do zdefiniowania W/.orca sl'kwL1ncyjnego, ly111 mniej c1.ylclne ht,'.dzie odpowiednie wyrai.cnie regularne i wit,:ks1.a szansa, że będzie 0110 źródle111 hl\:d11ych dopa.-;ow;11I. '/, lego powodu wyniki 111.yskane w prn:sz11kiwaniu dla /.adanego wyrai.cnia regularnego powinny interpretowane. pewna sekwencja hc;dzie wynii.cni11 regularnemu, to nic oznac/.a Io automalyc"l.11ie. i.e uzyskane dopasowanie sekwencji /,L: w1.orcern jest sc11sow11c 1. biologicznego punktu widzenia. I na odwról, jdli dla j:1kicś :;ekwc·11cji nie 11da si<,' wyz11<1C/.)'C dopasowania /.c W/.orcc111 repre/.cntuj:1cyrn pewien nmlyw, Io laka sekwencja w rzcc/.ywislości moi.e hyć c1.lonkie111 okrcślo11ej rodziny hiak:k (o nic1.godności z odpowiednim wyrai.cnicm regularnym moi.e howiern de-

być <;strożnic

Jeśli

odpowiadać określonemu

cydować jedna res/.la, klórn do nic:go nic hc;d"l.ie pasować). Warto wicdzic:ć, że istnieją bardziej wyswkanc. sposoby reprezentowania motywów sekwencyjnych, kl(>re są jlO/.hawionc tych ograniczc1\ i oferuj:i czlonków rodziny hi;1ick.

wi1,:kszą zdolność rozpowawczq przy idenlyllkowaniu

11:1:111 [1.1\JM\ (::) :-:11m1.>i'l\·M-C··x(2\

!•:'l'lll·ll". I 1<11·:1:vv1·:1,>HCV'l\>Y l•:'!'I i! F.1·11·1l•:HVVl•:<_l[;!i: I 'l\lY J ri: ! Mr·:Jł\}\'l•:{,l[.l(.' L!l\!Y 1·:'l'lli'll·:.1 Hl·:lll/1/1·:<,)W.'l/'l".l'i 1•:'l'INKi'I I 1::\iVl/!·:1.lM< 'I '!\)V

F'l'i

9.3.1. Definiowanie śladów

I

!•:H l·:NIZ\/\/'l'l:VT li 1-:HC\J(l.(lY

Dopasowania sekwencji /.awieraj;\ /.wyklc nie jeden, ale wic;ks1.ą lici.hr,~ ko11scrwa1ywnycl1 odcinków. W celu zwi,~kszcnia /.dolności rozpowawczych klasyfikatora rodziny

1-:M\·:l·ll'.V'J'l'i·:\/ l l!i':l11i '\J(ll.)Y

. wska1.u.1e, · i.e lakici wynienie regularne jjest l'r"l..''klad z tabeli 'J .. 1 jednoznaC/.lllLI . , , .I . '"I T\ w st ·u1ie11ie s/.erszego /.a kresu resl'.t na Ol po· hardziej i111"onnatyw11c. tzn. dopus .c ·' y. ' t· , or;vsi·u.ii·i i·ikich wyrai.e1\ jest ich··· . · ·h rnol vwu l'otcneF1 1ną 1.a 1L1 •l \\ Y'1 ·1 · ' ' ' . 1 . 1 , l' w1c·c 111c 1 jHl/,ycp1c . · · · . . I· . . ··ich odleole si10 krewnionyc1l JH\· · · 1 ·I i 1Jihiw·t1ii·1 rnotvwow w sc,wc 11 c' "'' · , 1 1.dol11usc 'o 1.1< L'll) , ' '. ' . : . , I , I· . / iko .;,,e podohie1\stwo wykryle m1ęlzy 1 kl-:. W t<1kich pr1.ypadkach ios111c _ILL 1111' iyt.; .'V )'\s1.cT1.v111v '' < rn a ,uw.\ ie. · "' · , '. . · · . . .-. -1 w motywie, "rllllV na o 1Hl jlO/.yC ,,\C 1 , h:ż
.',„ .

,,

'

. ,

' „

> , .,

wyrażc111c

sekwencji, warto wykorqslać najwid;s/.ą możliwą liczhc; takich odcinkc\w. Dzic,:ki temu podczas pP.eswkiwania bazy danych sekwencji isl11ieje wir,~ksza szansa na odnalezienie odlegle spokrewnionej sekwencji, niezalei.nie od lego czy h\~dq j:1 charakteryzować wszyslkie, czy lylko nieklr\re cechy z 1.eslawu zdefiniowanego dla określonej rodziny,

Pierwszq /, llletod wykorqstujących lakie podej.';cie hyln 111etoda definiowania tzw. (ang . .fi11gc111ri111) rodziny białek (/\ltwood, Eliopoulos i Fimllay, ll)l) I: Parry·S111ith i Atlwood, l()lJ2: /\llwood i Findlay, 199]), W metodzie lej grupy molywt!w sq

śladu

wycinane/. dopasow:u\, n informacja w ich sekwencjach jcsl przckszlalcana na macier/.e wystc,'.powa11ia pos1.czeg<\lnych reszt na kolejnych pozycjach 1110lywu. Prqklad takiej macicrq podano w tnh. 9.5. Taki system punktacji jest określany jako nkwa:i:m1y. co 0"1.11ac1.a, i.c przy jc~go wy1.11au.aniu nie uwzgl<,~dniono dodatkowych Ocen (z lll:K'ierzy podst awic1i ), ktcire moglyhy zwic,~kszy(; /.dol noś(: ro1.po1.nawc1.<\ k h1syfikator;1.

zawierające CZ\:stości

W pr"l.yklaw.ie pok:miny111 w tab.
..--li

!

fi. Wzorco snl1wo11cyjno w rodzinac.h:

296

sekwoncyjno 2!rt

Tahela '>.5. (a) l'ozhawio11e pr1.crw dopasowa11ic sckwe11cji llH>IYWll. (h) Odpowiadaj;1ca 11101ywowi ma l'l.(,'slości (kaj,dcj po1.ycji w 1no1ywie (kolll1ll11ic dopasowa11ia widosckwc11cyj11cgo) odpmv1ada rząd

W praktyce 1.alc111 inl'orrnacja zawarla w 1110Jywach SL:kwc11cyj11ych jl'.Sl wyrn:i.ana macierzy Cl.\~slości, które s;1 nasli,:pnic wykor1,yslywa11c do pr1.cs/,11kiwania .. 110 :tąc~mnych zasob(Jw ha;, danych Swiss-Prol i Trl\MBL. Opisywa11a 111acicr1. ci.\:Sfości sla

w

wpostaci

cic,r1.y) (a)

nowi picrws1,y w lyrn ro1.d1.iale pr1.yklad pozycyj nic 1.r(J:i.nicowancj oceny podohic1istw; 1 mit,:dzy sekwencjami. Samo przcs1.11kiwanic prowadzi si\: poprz.c;. przcs11wanic w1.dl11:i. sekwencji okna o długości n'lwncj określo11c11111 molywowi sckwc:ncyj11L'.llll1. (>ceny

Y\/'l'\IQI IKl\Ll\'l.'P·I, YV'l'l/(ll IKl\Ln'l'P I, Y\/'l'll\1111U'.LH'l'P I, 1\/\'l'Ml\ l"Kl\Ll\I IPI, /\/\'l'MKl-'11:1\Ll!J IPI, 'Ir l"/\'l"l'K!:Ll{'l'Pf\ I/ /\'l'Ll\YKl-'.LH(>PI, 'I I I"<.;( :'J'KSLl\'l.'P /\ V>J\ll".' :/\/\11::31.J\'l'P.';

Jici\ upor1,ądkowa11cj 11wlcjąco według warlm;L·i l1cc11y. ;\by 11ic porni1i;1c: u.t:c:;.ywislyL·h członków rodziny przy ilcr;1cyj11y111 przeszukiwaniu ha1.y clanydL w tr;1kciL: dt.:finio;v, 1 nia śladu okrcślo11cj rod1.iny bialck 1.achowujc si\: zwykle picrwsz.L: '.WOO 1rnfic·1\ 1. lislv. choć liczb\: I\' mo:i.na 1.wi\'.ks1,yć (11p. jeśli rodzi11a 1.;1wicra wiek tysi\:C)' u.lmików. i'o zdoświadczL:nia wiado1110, i.c 11ak:i.y 1.achow;1ć około lrzykrotn0 wi<,~k:;;,q lic1.IH,' Jr;tlic1i.

\AJ I

ponicwai. 1ia ogól Jak pos1.er1.01rn lista hi,:d1.ic ;;,;11Vic1w' 1V.<-:1.ystkii:h c1.I01llww rod1.i11y).

110

„

1

1"~; 11;3Kr3Ll\TP:;

','I ,l"Sl\'l'K.';L()'l'PI\ YI .l·"l'K'l'Kr:Ll,l'l'P1\

Po pr1,cs1.ukH11iu hi11.y danyl'11 i ulwor1.e11iu list tr;tlic1i dla kolejnych 11H1tywl'iw. uruclw111iany algoryl1n poniwnywania wy11ikl.l\V pr1.L's1.11kiwani:1,. kit'iry un 11;:i.liwi:1 uslalenic sekwencji ohl'.jmuj;icycli dopasowania ze w,-;zystkin1i 111otywa111i wchod1.qcy111i w sklad definiowanego śl;1du. ldc11lylikow;111c molywy powin11y byL' w odpowicd11i.t',j kolejności, :i odlcglo.~ci rni1,xl1.y it.·lt dopHsow;1ni:1mi winny 111icścil' si\' w okrL'slonych przcdzialach. Upisywa11;1 procedu1'\' rz.mlko ::tus11jc si1· dl; ws1.ysll:icli .'0()1) lralie1i.

jest

(h)

c

J\

G

N

s

p

1;

L

()

()

')

()

()

o

o

o

()

()

.i

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

(>

()

()

I

I

()

:i

()

()

()

()

()

()

()

()

()

T

()

()

w

y

Il

()

'/

()

()

()

I)

()

()

()

()

()

o

)

()

()

()

.1

()

li

I)

.\

()

()

()

()

{)

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o

I)

()

o

()

I

li

()

()

\

()

()

()

()

()

I)

')

()

()

()

()

()

.l

()

.1

()

()

()

()

I

()

()

()

·)

()

I

:i

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o

()

()

do zbioru sekwencji (dla klórych wy1.1we1.at10 rcprc'/.clllacjc llHll)'WliW) i cały proces definiowania śladu rod1.iny białek jcsl powl:1r1.:111y ;1i. do 111rn11c11t11. gdy kolejny cykl dziny. Po zakrniczcni11 ilcracyjncj procedury ddiniow;111ia

(_)

V

K

Il

E

R

M ()

zwykle wystarcz.a ograniczyć si\'. jedynie do JO() 1.11ajduj:1cycli si1· iw u.ck lisly (doki ad

o

n:1 liczh\'. ustala si\' w 1.all':i.110ści od wielkosci rrnl1.i11y 1. Sek \\ll'ltl'jc, k1
o

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o

(1

()

()

()

()

()

()

()

12 (>

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o

()

()

()

()

12

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o

()

()

()

()

o o

()

()

()

()

()

2

()

()

()

()

()

()

IO

I)

()

()

przeszukiwania ha1.y da11ych nic doprowadzi du zidc11lylikmva11i:1 nowych l'!.lonkiiw rn

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

2

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

I)

()

12

()

()

o

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

()

o o

(I

()

()

()

·o

()

()

(1

()

()

()

()

()

I)

()

()

()

I)

()

()

()

,,

mujący

kości

przeswkiwaniu ba1.y d;111ych. w lllial\'. jak dop;1sow:1ni:i olH.:j11rnj:1 cur:r1. wil,:ks:;.ą lio.hi: ockwcncji, idcntyfikow:111L' 111otywy s:1 coraz dl11:i.szc i 11ios:1 wi<:n-j i11f'orn1acji. l\l>!.po znawanil' nowych cJ.lonki\w rod1.i11y rnlpowi;1daj;1cych dl'fi11iow;111r·11111 sl;1dowi :,1<1;111 i;1, ze CZ\,slości rcszt w 11wcicr1.y slaj;1 si\: cornz liard1.ic',j n·pn:zc11lalyw1w. f'f;1 pr;._yLlad Jll' lrzcch ilcracjal'11 lllutyw pr1.L·dstawilll1y \\'tali. lJ.5(a) hvl opi~;ywa11y pr1.1·,- 'i.'· :;('Lwc11rj".

dosyć llgra11iu.011L'. Dodatkowo, gdy 111otywy wy::l\·p11j:1 w 11iewil'lk1c.1 l1L·1JJ1c pmk'.b~ nvL:h do siebie sekwencji, 1.dol11w;ć rui.poz.nawania odlegle spokrc\\'llll>llYCh hon:olo~ 0,1„

1.awic·rnją wyslarczap\Ci> du1.o 1nf~ll ll1•1c:1,1

. rrn I/.lny . I·.lla IL,, ·I· \\I 11· · 'lłt11"1·'. · dcl1111owani.i (} 1110i.liwcj /.lllicnnu.sL'I sckwcncp C/. IOil I(()\V . .1 OLL '.·."'I' „

:;ladliW rod1.i11 hialck problem ten je;;I w pewien splls,1h ro1.\\'1;v;111y. po111cw.t1. z~st,' 1 , 1 . l lla . Ic,I Jl'S. . I t \VOl/.UllY ·· L'ech l'il!.po!.IHIWCl.yd1 okres'I Ulll:J. l'Ul I/.111)' \\ 1 t 1"1l·c·w ' ' . . 1tcracyp1cgo . · .„ pr1.es1.11ki wania ha1.y da11ych sek wc11cj i i o hej 11111.jL: w 1clc W/.l i re u w sl'k Wl 'IH.:y_p1yclt.

nic

lak już wspo111nicli.~1ny, iLL:rncyj11c pr1.cs1,ukiw:111il' ba1.y danych 11· trakcil' dcfi11iow;1 nia ~ładu rod1.iny hiall'k podnosi zdolność ro1.pl11.11awc/.;.1 ślad;1. l'rl.)' k;1:i.dy111 kolcjny111

V

. .

śl;1d11

9.3.2. Rola maciei'zy 11oclsiawimi w deliniowm1iu

. · · · svstcrn11 pun' 11·<1CJI„ wy I·•\t1.111c „ · • 11,·1 11 u lls1·1\v·,„ L'/l'Sll>s'c'1 /'.deli111owa111c , , „. . W)1 ·sl•~11owama " . . rl'S/.l na pos1.e1.quili~ych pozycjach motywu nic jest dobry111 rn1.wi;11.;rnicm, po111cwa1. 1.dlllności occ11iania podobie1istwa r1.cc1.ywis1ych c;ckw,·ncji 1. rnlpow1L:d1111n w1.orcclll S.\

„

ciap prol'cd11ry obej-

rodziny) w celu upewnienia si\:, i.e pr1.y ddiniowani11 ostaleu.ncj Wl'l'sji wykor1.ysta110 sekWL'ncji nicb\·d:wyl'l1 c1.lo11b111i rodzi11y.

wii,,ks1.ość clementt'\w Io zera.

jL:sl niewielka, l!dy:i. mlpuwicdnic 111ac:ic'.r1.e nie

śladu,

pon)1vnywanic lralic1i jL'.Sl powtarzany jcs1.czc jeden, ostatni ra;„ 1yn1 r:1z.c111 dl;1 wyra/.nic ogrnnic1n1K'j lici.by lrafie1i (CZ.\:sto nic wi~:ks1.cj od I OO, w 1.ak:i,11ości od wid

Leu i !'ro. Ponieważ reszto111, które 11ie wyslt,'.puj<\ w rnotywie, niL~ przypisuje się ocen,. macierz Cl,i;stości jesl macierz:\ rzadką (ang. s11m·s1· n1<1lrir), w kllircj ;,decydowana

.

„

dobic1is1wa wy1.1iac1.a11c dla ka:i.dego polo:i.c11ia ok11a S<\ prz.cclrnwywatll' 11<1 li.~cic lr:i-

j. . .i.

lak poka1.a110 w lali. !J.(1(a), po 1.ak111lc!.\'I1i11 itnacyj11cj procedury d\'li11iuw:111i:1 :.l;1d11. lylko pozycja l) 1nolywu jcs1 ko11scrwalyw11a. a w;irtrn;ci w kld«.i11vcl1 r1.„·d;1<'11 lltacierzy mlzwicrciedlnjq wi1,:kszq w sd;w1·11cji l1H1tvw11. ( 'li<)('i;1;.

całkowicie

wyr:1źnic'

nowa Wersja 111;1cierzy 1.awicrn wi\:c·,:.j

;•.fllicnnośc·

w;1rlości

11iL'1.crmvycl1

11i~'.

11.i:1L·i,:r/. prn·z.qlk
9.

Wzo1c:o sokwoncyjnu V>.I ro1Jzlnacli

g,J ~;1:11Jy sol
1,1 jediiaL P"l:<>slajc rnw 111 aL:icr1.; 1 ,„1.adką gdy:/'. ciqgłe zerowyc~1 e,IL'me1~1ów. jes,l . " prz.es:t.uk1w:1111.1 h,v.y d,rnych uzysLt1nc · · · ·.· ·ł ·inL'llttiw niezerowych 1111' wu:n.'.J 1111. t c · · · · · Wy111k1 · , . · .· „ · , • k '/. w_vk()r1.y:;ta1111·111 · tt··1 111 ,. 1•• •1l'I'"'·." li1:dzi1: ·1.atem cccliowac 1usk1 pn:t.10111 s/.lllllll 1 \\yso ·a l"/,ll iU.';l;. V

,

,

,

T 11 + '> ' 1111

1 1.11 M."'; 1 .11 C!.\'Slwil'i wvzn:H·i.una dla 111 01yw11 z. lab.
dla

ltTO '.1;\llH')'.{l \llPl)'\\'\I '/ \l\\'/~11l;dnlc·11i1'll\ \\'i\) 1, W)'/.ll
pods1aw1c

ll);\{.'ll'l/.y

I

IaI

'I'

1·

il

li

I;

l'•I

s

I'

I·

I.

Y

li

<)

V

K

I

\.I

()

li

I';

li

()

()

Il

()

li

n

o

Il

li

IO

()

li

Il

Il

()

I)

o

()

D

I'.

W

R

li

li

li

,.,

11

li

()

11

Il

li

il

li

li

11

I''

I)

Il

Il

11

I.'

li

\

11

il

()

11

1·1

O

()

()

l.'i

:1,

li

li

11

O

I

.c'.1 Il

Il

()

11

I)

()

li Il

()

()

o

()

()

()

(I

()

I)

()

li li

li

I)

()

()

li

(I

Il

(JH

I

,.

"

I

M

o o o ()

Il

1·1

(I

";li

.\

() () •I

2 7 O

()

()

li

li

I

()

I/

Il

li

()

()

()

I)

()

.'.O () )() '.i:'.

li

li

!I

li

li

li

li

li

'/.\

li

Il

11

Il

li

li

li

li

li

li

Il

Il

il

li

I)

()

:i

li

()

11

li

li

1;

Il

(>

Il

li

11

li

I.'.

11

{)

()

I)

()

Il

()

o ()

li

li

li

I)

li

(il)

li

()

Il

.\

li

li

I)

()

()

()

()

()

o

I

li

li

.'\.\

()

()

()

IJ

li

()

()

()

()

()

()

1.Yll<)\IJ(

D

l)

l·I

I)

li

li

Il

l·I

11

}\

li

I)

Il

()

li

li

()

li

()

.\I ()

li

11

li

li

('

1\


l'I

Il

() Il

2 ()

O

lhl

T

li

\(1

1:;

l>J

_\() ·I

I'

lll .'.I

-111

IX

_\(1

.()

l'J

l:i

.'.-I

:i,.1

-li>

IO

I\

h.?.

_1 11

I li

I:\

<)

:w

1-1

1

I1

.\li l

.\11 11

I)

,\

.'.·I .\I

·I I.\

'>·I

\I

-lh

(1

1-1

()

111

--1

IX

))

2·2

-::.o

.\O

:111

.10

12

15 ()

I:\ :1 11

:r2

(i

8

Ili

li 17 11

l:i

I.\

li

iiil

I'

.'.·I

I .1.

II

1:1.

(1()

·IX

()

1:'

-~·I

11()

()

()

I>

\()

li

(i

I.'.

11

li

·I:'.

11

()

I };

()

'.·I

·le:

\(1

.\11

.\(J

I.'

2-1

.'.I

.1g

31>

<) ()

l}

. ': "'~

li

·)()

:'. I .'.-I

.\O .\11

()

'I I i

.1:; :?..!

(1

I>

111

I -~

I

11

'I

_iq

li

\11

(1

li

I IJ

.:

I)

I

1

1:;

I.' IP

,,

I .'i I (J · 30 --22 .\.' - <>I --26 19 (>

,)() .

11 .'i2 .!li -18 l .17 :;.1 :Hi 18 . _\() 24 2,1

-'-I

-10 ·-6 15 li 14 --9 12 --15

:Hi

rzadka, po proccd11rzc wai.cni:1 u1.ysk:11111 rnacierl'. gi;su1, czyli praktycznie pozhawi , 011 1 zerowych ell'menl<\w. Wyniki prl'.L'S1,ukiwania bazy danych otrzymane/, wykorzystaniem tej 111:1cierzy b\~d1.ie cechwat: wysoki pm.irn11 s1.un111 i W:t.gł<,.~dnie 11iska czulość. Odleg.ic spokrewniona sekwcncj:i 111oi.l· być zalern wysoko oceniona, a!G takie oc~·ny_ hęd<1 r6wnic:i. pr1.yp1sane calk1em prl'.ypadkowylll sekwc11c.1om, po111ewaz resztom 111euw1ym w pocz<\lkowej reprezcnlacji lllotywu 1,ostaly pr1.ypisane wzgl<,.~dnie wysokie warlośei wag. Pl'l.ykladowo w motywie na pozycji 9, klcira pozostawała calkowicic konserwatyi~na 11awe1 po lrzcch kolejnych itlT:tcjach pr1.es1.11kiwania w bazie danych, :t.astosowanic ważl'nia ocen spowodowalo, :i.c la po1.ycja nie jest już. całkowicie konserwatywna i, opnie;. 1.eu, wysl\~powaniL' czlerL'ch innych rcszl (Płw, VaL lic i Mel), których nie obserwowano w żadnych spll.~ród 7.\ r'feczywislych czlonków rndziny, jest wysoko do-dntnio p11nklllWw wl;1ściwie 11ar1.uca ko111ch1 hi()logic1.11y 11101ywo111, k!(irych dopasowania 111us'!.ą wystąpić w poprawnej kolcjnośei, a odległośL' 111i\~d1.y 11i111i musi 111ieścić si,: w odpowiedni111 przedl'.i:tle. 'fokic podejście umoi.liwia ic!L'nlylikacj\: L'zlonk1iw rndziny nawet w pr1.ypadkaeh, gdy dopasowania nie obcj111uj:1 c1.1~ści śladu. Na przyklad sckw1~11cj1,~, do kt6rej dopasowanojedynic pi~ć /. o.~111iu 11101ywów, 111ożna uznać m wynik prnwdziwic dodatni. o ile kolejność wysl~powania w sekwencji okre.~lonych molywów jest poprawna, a odleglo.~ci między nimi odpowiadają tym, ki(>re 'I.awario w delinicji odpowiedniego .~Jadu. Zauważmy jednak, 'l.c przy deli11iow:rni11 śladu i konstrukcji odp()wiednich 111acier1.y czi;stośei wykor1.yslujc sii; ty!!,o le '/. wys'l.uka11ych sekwencji, które :t.awierajq WS/.yslkic motywy 1.awarle w 1.apyta11i11. lnfornwcja o t:l.\~Ściowych trnlicniach jesl jednak niwnie:f. zachowywana. poniewai. Utlll 1:1.I iwi :1 ona ul worze nie banil'.iej komplet Jll'go ohrn1.u ws:t.ysl kich dopasowa1\ 111ii;d1.y śladem określonej rod1.iny białek a sekwcncjallli 1. okrcśl()nych wyda1i baz danych Swiss l'ro1 i TrEMBI „

O

18 -12 :ló 48

10

9.3.3. Wyszulciwanie sekwencji od110wiaciających zadanemu śladowi rodziny białe!<

62 -·

Pn wl;1eze11iu w l'.asohv ha,..,v da11vch l'RINTS (/\llwood i in„ 2003). zdeliniow:t11t' śła· dy lllll)!•\ hyt' wyk()r'fy~l:lllL' rn;,po1.nawa11i:1 ill)Wych czlonk
(j

li

\I

()

·I

·I

1,

51 1

--•I --1•1

I '.

I.'

(111

(111

Il

11

I.'

I.'.

I.'

.'.I

Tc.

O -24

Iii

I'

lll

l.I

IX

1-1

111

11

_:,1

I ..' 1:,.;

11

-10

l(i

21>

· 11 · · 11)' , ·t·111·l'""l'111·1 I „ . 1,. 1, 1-z"il'Hik11 <>dv 11\it11.·vj11ic· ul. 1.c wy.1su1111,1 111.tCI Y

I;

;In

300

D. Wzorco sokwoll(:yjne w

zróż11icowa110 maciorze

punktacji :JOi

na podstawie kl<'ircgo ddiniujc sit;~ ślad, ohnii.y jego 1.dolność rozpoznawcz<\. Odwrot sytuacja ma miejsce w pr1.ypadku metody pr1.cszukiwania po śladach, która powinna b hardziej liberalna i pozwolić na wyszukanie mo:i.liwic licwych śladów potencjalnie c powiadaj;1cych sdzwcncji w zapylaniu. Rob\ człowieka interprduj:1cego wyniki przesz ki wania jest ocena, ktt)rc z trafi ei\ jest poprawne, a które nie. W metod1.ic przes1.ukiwania··~·· po śladach motywy 1.awar.le w bazie danych l'RINTS zoslają.przeks.1.takone w ci:1gle (tr1Y'; pozbawione pr;·.crw) proltlc. Procedura konstnHiwan1a proltl1 ohep11u_1e wykorzystanie::··· 111acier1.y BLOSlJM do wa:i.cnia ocen 1.:iwarlyeh w odpowiL'.dnich 111acicr1.ach c1.9slości, '• Pozostała cD;~ść algorytmu 1ir1.cszukiwa11ia jest niemal t:1ka sama, jak w przypadku al.: gorytmu dcliniowania śladu, 11.11. wyniki pr1.cszukiwania obejmuj;\ le sekwencje, które' zawierają odpowie.dnie motywy w poprawnej kolejności i w odpowiednich odkglościach od siebie. Wyniki przeszukiwania nic s:\ pr1.cds1awia11e w postaci listy lralieti uporządko' wancj nwlejąco według wid kości oceny dopasowania mii;d1.y vv1.urce111 a sekwencją. miasl lego jest wy1.1wcza11a wielkość prawdopodohic1\st w ( 11 J i wari ości oe1.ekiwanych' ( ,,. ) 1.an\wno dla dopasowania pojcdyne1.ego moly wu, jak i jcd111 >C1.es11ego dopasowania kilku 11101ywów. W len spustlh uzyskuje się oceni/ prawdopodohil'11stwa przypadkowe. go dopasowania 111i1,:d1.y sckwcncjq w 1.apyta11i11 a wys:t.11ka11y111 ~:ładem (Sconlis, Flower i /\ltwood, 1999). './,apcwnc 11ajprosts1.ym sposqhe1n pnka1.a11ia, co 01.nao.a dopasowanie mii;dzy śla, dem rodziny białek a wyhran<\ sekwL·11cją jest pr1.edstawiellie odpowiedniego wyniku w postaci gralicznej, lak jak na rys. 9.2. Na wykresach pok:v.anych na 1y111 rysunku oś pozioma odpowiada sekwencji w zapylaniu, a oś pionowa 1.awiera wyrażoii<\ proccntowÓ ocenę dopasowania kolejnych n1olywów (dla kai.dego 111otyw11 ocena mieści się w prze, d1.ialc od O do I 00). Okno o szerokości odpowiadającej długości ka:i.dcgo 1. motywów' jest przesuwane co jedną resztę ml N···krniea do C-.kotka sekwencji i dla k;i;:.,dej z tych pozycji jesl wywao.;my wynik dopasowania prolilu. W przypadku wykrycia wysoko punklovvanL:go trafienia (ustalona wartość progowa odpowiada ok. 20'7<• identyczności) na wykresie jest umics:t.czany prnstokqt, którego lewa krawęd;. odpowiada początko· wcj po1.ycji motywu w sekwencji. Roz111ieszc1.one w1.dlu:i. zad<111cj sekwencji prostokąty, kl(irych górna kraw1,?d;. jest powy:i,ej poziomu s1.11111u (po1.irnm; linie przy 1n1rnerach po, r1.ądkowych kolejnych nmtywt'iw), odpowiadaj;\ dopasuwa11io111 1. kolejnymi rnotywami 1wor1.~1cy111i ślad rodziny białek. f\la rysunku 9.2 poka1.a110 w postaci gralie1.ncj (a) kom· plclnc dopasowanie n1i~;dzy sekwencją :uninokwa:mwą ludzkiego prionu a ws1.ystkimi 111olywan1i w :;1ad1.ie priom'>w oraz (li) c1.ęściowe, ale pomi1110 tL'.go poprawne, dopa: sowrn1ic między sekwencją a111inokwasowq kur1.q~o prionu oraz niektórymi motywami lego samego śladu. W tym dnigilll przypadku widzimy, i.c 1ni1no braku dopasowania 1. 11ieklóry111i 111otywa111i 1.c śladu roLll.iny prionów (111olywy :'., 7 i i\) sd;wcncja amino· kwasowa kur1.cgo prionu jcsl podol111a do sekwencji a111i11okw;1sowcj ludzkiego prionu. /\n al ii.a zawartości rekordu ha1.y drn1ych ('[{I f\ITS dolyo.ącego rod1.i ny prioni'iw wska· /.uje, :i.c 1notywy 2 ..:I :t.11ajdujq si1: 11a f\l-koiicowyn1 odcinku sekwencji zmvicrającym puwl()rzenia oklapeplydowc'.. W liialku kur1.y111 sckwc1H:ja powl('>rzcnia ukl<1pcplydowc· go jcsl nieco inna, c'll wyjaśnia dlac:t.cgo w dopasowaniu sekwencji kurzego prionu ze ~;ladc11l rodziny prionów brakuje molywu 2, a jakuiil: dnpasow:111ia 11101ywti1V '.\i 4 j~st w:t.glt,:d11ic słaba. Sek\vl~ncja kurzeg" prirn111 znaczniL- n'ri.ni sii,: od sekwencji ludzkie·

za..

prion ludzki

(b)

prion k11r1y

X

7

[] ()

11u111n

""'w .

po1zqdLuw\

łl'S;
Rys.. 9,2, ,(iralic1.1Ja pro.e11lacj;1 ślad(111· ·' \ t 11 L\Jil\'t . ,· • ·I I· I I · . . . I )/;J t»:. Os p(111oi11·1 • .• . . I . . lanrn, a os p1t l'll:1 kal.tkgo /. lakid1 1

'

•

, . . " ' • O,\( fHOJ!O\\'
.'°''I!

1

go prionu przy(' ku1kt1. co pulwind1·1 hr·1k w .l'. I . . . , 7 i 8. Omawiany IJr/.)ikhd doW(l .. .· ."''I· ' . J -.I t op,isow:ini11 /.t' sladc1n 111utyw,; 11 · 1 l.t. s d( 1y '.c'\\Vl'lll'\'Jll' · · ' t 1I .. ·T · · 1 czlonk6w rod1.inv hi·del Lll·1 1·1 .. ·I I . . . .·" L 1111101. iw1a1<\ ro1.po1.11awa11it' , · ' · '· ' ' \ l i yc l Lopasu11·;1111c 1111 ·I· , ''i· I, . . . rowno kompletne 1·ak i C/C'Śc·1"i111 ,·I) 1·1 I . . . '"Z) ""'i.Ili" sckwt'llc.1<1 .IC'!;I !.<1· " .. ,. ' L. tha(111e1s1·1111t·ri>r·1· .-. ·1 · na czym poleg:iją n·>i.nicc 111i1•d:t\', . 1·· " .. ". \. \ dL.Jd wyn1 \OW pP1.w;il;1 (}jlis:w · · ' ·.. in.i li.O\\ .i11y1111 sd;11·«11c'_f:11111.

9.4. Pnlfiih~ i iwzv«.~vji]i[~ ;r]'(];łJ]fi«:mflrmua] 9.4.l Bloki lak_. jui· we;.Ls111q . : · , · up1e;a11o, · w procuhiuc ll'V , . , .. 1 tlcf111iow;111i·1 śh I . I·. I. I . . 1.11.i\./.dllld l op;1:;"w;111 llHll\'W1J11 11· lr;il.. ci« ' · ' ( 11 ltH 1111v 11;1 ck wykur/\"'IUJ... ·, · . . · pownd11 udy I 'J" . . ., . . ·." . l SI\ llH'\\';l/llll:J lllilc'lt'r/ [lllllki;1,·jj '/ 11 ,!.'ll I' ,, Lc. 1111owa111c •;J;1d11 wsi pr 't'pn 1,„ 1 . · 1 .1czbysckwe11c·ji 1.dul11w;c'.ro1111;11.1· '., •1'. '1"< ;.;111c 11;1 [>(}( sl;1wi,· l11i" "i,·11·i1·ll.i«1 J''\C 0111owionl' , · · · · d\lc/.IS,llllllllJ!t'll)'Clll!'\''\"I' . ·1 w pudn / I·
ll. Wzmco se1
w rodzinach

ii.11. PrnliltJ i pozycyjnin

zróżnicowano maciorzu punktacji 303

c.1sc. 1·c.·st wyl · ' or1ystywarn.: .. "· . „ pr1.y 1wor1.c11i11 zasob()w „ . Jcdim 1. lakit:li allcrnatywnyL· Il pot I.·': haz.v d:niycli Il locks (I knikolT i in ...'000: I knikort 1 I kn1kol I, I 994a). \\1 :ym 1_'.1 zy~)d~1na d1ml1.c W)'Sl'.uk1w<1ku kow:nwalywne lllotywy. t„/,'i11·1 1.I.\ v· bloki • s:\ identyfikowane· · I I · I · · ··1 · · · I -. . , ·Il ie· :.oh·i' reszt w dopasowaniu ko11serwa1ywnyc 1 (ll c111 .:.ow lll:t ll"tl) ;i nlCSi\Slil( UJ.\L)l ' ..) " . . ' „ · " „ .. ··-c·1u . . I1 l np. /'1: ; 11 X -/<,_·-A·sek we11cji hrnnolog1c1.nyc •· C'' J u ·-·X-· . . . ,,. )\ ,/\..„. }. - ' . . · 1 . . .\"'lS) '/wracany wyink wys11lk1w.im.i 1 11 tlZllil(:f.a dowo 11y .irn111th "· · · · . . . 1..iw1c1,1 , . ., , t1"' !•di.ie i~·t> laLiL· hlnki. w klt'lrych DLTna d
„ ., .

' f --"

\Il /,\,

1'1 ! „ ·Il :.1

!ii<

l'I l\Jll

p111L('l!l

111.

{;pi;,

';l\dl \I

il'I l ,"j!\l'l'\i'.'i\ /'!

·!.''

1 i
:,\•q.'> 'JIJ

pr<·'tl\n1.·;

lll1lck

1111111,

'J'J

(

Jf,,

.~n)

:n.1•~n·1rh--J(,1d,

;:i!!lł1}l'~IY !'Hl,l\'( j'{ Pll!lP

2 '!)

i;\' ;,:;1 ;1;1 ;11C/\1

.'. 11)

I\ I'!<- !'!U« ;t;\)Vltl~J(;( ;;;inn \'( ;(J!'(;Sl'I j( l!!\('{J'( ;\'/( atl'Q\ ;r;1 iT!!

1

IY\'!!t!l'(;Yp![!Jl'I i'{

'" l\J()

wvz1iaczo11a 11a podstawie maeicr1.y punktacji BLOSUM62 jest najwyż.sza. Wiarygodtak zidenlylikowanych bloków jest weryfikowana w innym algorytlllie, kt6ry wyszuk11jc najwyżej oceniony 1.cslaw nienachodzących 1rn siebie bloków wysti;pują­ cych w kolejności cliarnkleryn1j;1cej określonq rndzint; bialek. Bloki tworzące takie uz11;111e za poprawnie zdefiniowane i s<1 wh1cza11c do zasobów bazy danych Blocks jako po1hawio11c przerw lokalne dopwmwania sekwencji. Każdy /. lak ich bloków jcsl nast1;pnie poddany procedurze kalihrncji obejmuj:1ccj wyszukanie w bazie danych Swi.,s-Prnl sekwencji, która 111u odpowiada. Celem kalibracji jest oszacowanie prawdopodohie1\s1wa 111.ysknnia przypadkowL~go dopasowania określonego hlnk11 z sekwenej:1 nicnalci.ącą do rod1.i11y hialek, dla której zoslal ;.definiowany blok. Dla każdego bloku S<\ wy1.rn1cz;rne dwa paralllctry pierwszy odpowiada takiej ocenie dopasowania mi\'dzy hlokie1n a sl'kwencją, powyżej kt(irl:j w wynik;1ch przcszukiwrn1i;1 bazy danych wys1ęp11j;1 wylqcznil' sekwe11cje 11znane 1,;1 wyniki prawdziwie dodntnic (111edia11a oce1l prawdziwie doda111icli); drugi za.~ odpowiada takiej ocenie dopa:mwania mi\:dzy blokiem a sckwe11cj;1, pn11i:i.ej kt91. 1994h).

Hl;ŚĆ

/.~stawy są

Przykladowy hlok pok:t1.a110 1w rys. 9 ..l. /\by wys11:powanic w blokach blisko spokrewnionych l'll'ol11cyj11ie sckwcnLji nic 1.awyi.alo czt;slości pewnych res1.l aminokwasowych. bardzo pocloh11L: dn siebie sekwencje są grupowane razem. Ma Io szc1.cg6lnc 1.11<1c1.c11ic w pr1.ypadk11 cz.t;slo występujących motyw(>w (czyli takich, które pojawiają się w dziesiątkach lub setkach sekwencji), dla kttirych dostępne dane sekwencyjne moglyby być zdominowane przez dużą liczh1,: niemal identycznych sekwencji. Ka:i.dcj grupie takich sekwencji przypisuje si1: pcwn<1 wag9. której wartoś(: zależy od stopnia podobie1islwa z innyllli grnprnni ;;ckwc·ncji w bloku. Najbardziej odlegla od pozostałych grupa sek WL'ncj i 01rzy11111je wagę r(1w11<1 I OO.

9.4.2. Wyszukiwanie selcwem:ji 1! ) ii)

! l))

\ ,, I l (1 l l !) )

., ) ) .; (;)

Bloki.

F!~H !<~l'H

ł1:;1111i\'li1)

100 u.l~

hTf.'.lll(!'( ;1 :\'HIT< ;(t!}\lYl'UQl;:;1•13rnJ!?YP1 1u1 itil ;n·IClJl'!Hi(J('j

Flł l'Ll't ;(;i ;Y1!1Tf;(i.'iHY!'l';Ot <;1;11P. Yl'l1(•! ;1 ;t;U~·j{f()\'!!t_;c;( i

1n.1k1yc;,nych 1_"/.1,~st'

) tldl 01. \,

c ·

wykor1.ystać

do idcntylikowania czlonk<\w rodziny

ślad6w.

.lc.~li

następnie

wiedni sposób uwzgl1:dnio11L: przy wyz11ac1aniu wartości 1"- Co oczywiste, im wi1·ks1.a liczba hlok()w 1.oslanic dopasowana do sckwenc_ji, tym i,c la sekwencja jest rzeo.ywiścic c'l,lonkicm okrL'Ślonej rod1.iny. Pami\.:tać jednak należy. :i.c ka:i.da <>n·11;1 wyniku pr1.es1.ukiwani;1 zawsze sumowi pcwiL·n komprrnnis, kltiry 11wzgl1·d11ia 1.aniwno zidentyfikowania ws1.yslkich praw-· dziwyL·ii L'J.lonktiw rodziny, jak i prawdopodobic1is1wo. uzyskane dopasowanie jest hl1:d11c. gdy:i wynika z pr1.ypadLmvegu podohic1\stwa sckwe11cji. dla danej rodzi-

więksi.a pewność,

1

w1..1d~:dl1\\'

nm:i.na

przc~szukiwa11ia

p(;Qr;~>PGl

,1z,,~,. <).J. J)i !111H 1,t hloLu dl.1 illd11łl) p111Hlt>\\ ( hlcinki sd-:.wr:1H:Ji . J.t1s!aly pugn1powanc, a nasl~~pnic i . I 1cy1mc p1:z~1~ "'' IHHlnh1cnslw« Sdwl'llcji mlkg L'J ewo. Imslala . p1'>«11" irn '' ""' ol,«".l.11,\< e "lop1rn w1,1w1nnL,' '.i Inajbanl1.iej l. . t ., ·~on·1 j·d·"

1Hl \11f/(l:)1;1\y1·l1 IHIY\H,' · ... ;l\Hl·\\'jli;~i,'

podohniL~ jak .~IHdy,

w bai.ach danych sekwl'ncji. W lyrn celu są one pr1.eksztalcane w macicr1.e PSSM w podobny spos\\b, jak Io hylo w prl'.ypadku Powsinie PSSM S<\ ui.ywanc do przL:prnwad1.e11ia bazy da11ych sekwencji . w wynikach przeszukiwania w jcd11cj sekwencji wyst;1pi:11ralirnia dla kilku hloktiw, Io zostanie Io w odpo-

!\FR l'!\ l'\ ;l JHtJT(.;c;:;H '{['(;tj{ ::,i\'{ ;c;MH '{ l 1 P0< a';(;\•/( ;1~~ 1 \l(i(,;(,)\o/ l\l(,P!'F_Pr ;t;\'lf.JT(j; ;(;t/HYPP(l{;(;c;:;wc;uP!lt'.(;I,: l(j(H PFl'(;(;\•/!'J'!'(;(;;;nypr ;Qc;~;P!:CtllłY PPOl;t ~c;r;w_iO\l!!lfi{' !>!(\•I ;1:1-11n·1 j( ::;H.'{J•cor;:11•!)(j!·l!lYPP!J(ilil._it1Wti()PIH :c;r; P!\l'l jt ;;,11rr1 ;(;'.;!('{ am YPPQt ;1 ;i ;t;\•/{ ;op1 Hir;u VhRl!l•:i>\ ;1 j\·IJJTCl;~.m '(pl ;(Jl ;!:tit a :tl!t Yl'!JQ! ;i;,;rn·Hil)l'!!CI ;1; F:FH l>l\i'( ;t;\·111'1'( ;1 ;;;p_ i'lh.-;t,1(;,riPt;<;nvYPP()(;(;c(iVH:()P\{(;(j(;

i~iHYl'C()C~iPI

! (, j "' \)

oclpowiallającvch zadanemu blolmwi

·., ·

· ·

wiarv«'J1dności określonego

możliwość

że

Jeśli

pozycyjnie

!l. Wzorce snl\wnncyjnn w rod1.i11ach

:J04

zróżnicowano

maciorze punklac:ji

ny hialek 1.ddiniowano tylko jeden blok, Io jego dopasowania 1. sekwencjallli w bai.i~'. danych zwykle nie mają 1.naczenia biologici'.llcgo. Dopasowania sekwencji z kilkonli\·;; blokami są bardziej wiarygodne. o ile bloki są dopasowane w poprawnej kolejności i są;· 1.achowane odpowiednie odlcglości 111i1,~d1.y ni1ni. .'/;i, Zawartość informacji w blokach !llo:i'.na przcds.iawić gralic1.nie w postaei 11'.W. logo · sekwencyjnego (plansza 9. l(a)). Logo stanowi wizuali1.ację dopasowanych sekwencji zawierających określony motyw. Jeśli na określonej pozycji motywu wyst<;puje kilk<1 rcszl, to ich jednoliterowe symbole umieszc1.ane S<\ jeden nad drugi111, a wysokość sy 111• holu rośnie wraz ze w1.rosten1 Ci'.t,'.stości występowania odpowiedniego aminokwasu d:t.it,~ki czemu wysokość symboli odpowiadająca najbard1.iej konserwatywnym reszton; jl'sl najwit,'.ksza. Najwy;i.sZ<\ pm.ycję na laki111 stosie :t.aj111uje symbol reszty najczęściej wystc;pującej na określonej po1.ycji motywu. /\by ogranio.yć n1o;i.liWllŚĆ zafolswwania grafiC1.nej repre:t.entacji motywu, która 111ogłahy wynikać z powt<1rzania się sekwencji w bloku, wplyw poszC1.cgólnych sekwencji jest wa;i.ony, podobnil' jak przy pr1.ebztal. caniu bloku w macierz PSSM. Dzięki ternu :t.1nniL:js:t.a sit,: ry:.-.yko :t.do111i11uwania stosu pr1.e:t. symbole rcs:.-.t z licznej grupy bardzo podobnych do siehit: sL'.kwcncji i :.-.większa sit,: s:t.ansa na pojawienie się w logo sy111boli reszt. które na określonej pozycji występu­ jq w:.-.ględnic rzadko. Logo wy1.nao.one dla bloku charak1cry:.-.uj<1ccgo rod:t.inę prion6w, kl(H'y poka:t.ano na rys. l)..), 1.awiera plans:t.a 9.1 (a). Z;d<\Y.kowa trójka ;11llinok\vasów, od kt(irej rozpoczęło się deliniowanic bloku, jcsl ciosy(" wyral.nic widoczna i wskazuje na konsL'.twatywny drnraktcr rl'szt CIPCI (pm.ycjc 7, 22 i 2.\).

9.4.3. Profile 1\ltcrnatyw1w podejście do identyfikacji c:t.lonków rodziny ohej!lluje. w udró:i'.nicniu od technik ro1.po1.nawa11ia w:.-.orców na podstawie rnotywów, przedstawienie informacji o sekwencji :t.awartej w całych dopasowaniach w postaci tzw. prolili (Urihskov, McLa~ chla11 i l\iscnberg. l\)1\7; Bucher i Bairoch. ll)94). () prolil11 n1o:i',n<1 111yślet" jako o pcw~ ncj sl'kwencji występuj<1cych napr:t.e!llicnnic starniw dopasowuj:1cyeh i wstawiających. :t.aopatr:t.onyeh w punktacji.: odzwiercicdlajqc<\ slopic1i konserwatywności ua kolejnych pozycjach dopasowania. System punktacji jest skrnnplikowany i :t.awiera kary o zrM.· nictlwanych wartościach, od1.wicrcicdlającycl1 og.rn11iu.onc 111ui.liwości wysuąiicnia inscrcji lub dc.lccji w obrębie wa;i.nych c.le111cntów slrukJury drugor1.0lowcj. punktację IHls1.czcgólnych typl'iW rcszl :t.ró;i.nicowa11:1 w:.-.gl<,:dc111 po1.ycji w dopasowaniu, warto· ści kar zwi:v.anycli :.-. wydłt1;i.anicm illscrcji lub delecji orn:t. punktacj<; pr1.ejść między st:rnami. l'ragnient przykładowego prnlilu poka/.a110 na rys. lJ.·I. l'm·.yt·yjnil' 1.rc\i.nicmvanc oceny dla sla111\w wstawiaj:1cych i dupa:;ow11j:1cycli s:1 :t.aw:1rll' w pol<1cłl oznaczonych, odpmviL'dnio, pr:t.CT. I I i IM. Oceny s:\ podawane w nast,:pując:y sptls(lli: , .. /J : I ;;y cl1a.1 I; IM: I ;:;y: C:ltilJ ~;; )lil.J'illliCcł ('.I,,,.

.. .

)cd:t.il' c:i1d1 .I i <·11;"11-:: sq syllllml;1111i rqH-c·1.c111uj:1cyrni puzycjc w ).r(idlowym dopuso· waniu sekwencji. 11<1 ktc'll"ych wyslt,:pujc. ()(lpowicdnio, in:;t:rcja lit\1 dopasowanie reszt;

Rys. 9.4. l'rzykladmvv„

11rolil

J'IZOSl'l'l'.. · . P"IY<'YJlllt' . . 1rfr"nico11"11 • . 1..iw1c·1:1 I · I „ . ·. . . , /. " lq p1111 i.laC_I\' ~;ta11~')w iw;crcji I do p111l diil'JI p1'1L'I'\\' \\' "{'\l)'H'h in , . " ( · 11cral11y nii. w sianach dop;1sowa11in (du11. •śl .· .··li : ; • ." H Jl p1„1110 IHl,"lllhionl'J 1c<1 ha1d11c1 llEf"l\Ui li') I). n.i li CL ,o„L odpmv1cd111ch p:1ra111clr
pasowania. Za11wa:i.my :ie ''YSlt'lll

\'!

·' ·' " •

panirn<•l.cr:, o:t.n:it::t.a lislt,' ruzlllail

·I · „ , . , . . . (!J'll"llll 'tr' t. I ,· " YL l p.u.1lllct1011. Lto1ycli w:1rlu::r '1.:11<0.y od IHl'/.Y!'ji lack 11rzc1śc~ 1,11·1,~t·I·) IL
Wpr1.ykladowvm proii1t1 i.rvs q,_l•;c·I ,, .·, ., .,. j. , ,. '·I ,. . . . . . .. ''-HllCJ\ icp1t i.l:111ow;111<.:go pr!.("1.t·11 111(\1vw11 'i"''t .· : I .. ,() . cJll)l l „t.111uw dupasO\Vllj<\C"Cli '" Il' pr ftl . " ./i"!: I•' I ,:\ I. ..' I i ·1i ' I 1'·1· 111· . , . , o o WJlllllJC lrzy ko11sc~rw;1tywm· bloki ro1d1.il'it111c clll'i1·111;1 dl1ri.::1„1'111.i ·,;1:~.(' lllożna odczylal='

D. Wzorcn se\\wo11cyjno

:lilii

w

. . . . . · . · . · "·r .· i luh tkil'cji w obn;hie konserwatywnych bloków rwa111i. l'l1p1w1c11w :;1ę L1ol 1\lt 1l 11i..c c 1 . . I ' . 1·· ·I k . . · . . . . · .. I. ·c·•;l 10 ;,nao.nie l1trudlllllllc'. /. pmvm u \\ YSll\IC 1 ·ar 111 ,: wst calk1c1n 111u1101.l1WL . .i t .1 · . . . .. Ml ··"Ci D-h -- 3 ,.1 1·irit: 1wy 1tklinimva11vcll w 11° I 11 JJl'J'/\\Jr'J" "' ·• · · MJ·-·. ' I· . ' . , ..../,.' , · '·' · · · · · .. ,· c •·1.1 ·;c si·imi doiiasowup1cego do wst,m 1,q.\teg,11, l Jest (1·11· · 1·1„··1 1n111! t·1c1\' 111/.t.Jst. · · · · ' · · . ' ... 111i-tm.Jo powodu wy I;orzystnJL . wzurcow . 11<>:,c 1 101.1H11.n.111t.!.l\'.''".11\·. :;c,'~'"1 ,,\'.( )c;°;·1v. i'!:; ;;1krnic1.L'llil' tego p()(lrm.d1.ialt1 wspom11ijrny .1eszc~·~· że ' · . · 11- l>.111< d.111_\( . . . . . ·; rnoitia r(iw 11 ie:i. 1.akwal1l1kowae.1ako · I lwi l'l '\'"I' l i
!)

~i.i.

to :;
. . . . , .. „ „„) 11 1<: inctrnly roi.poi.nawania W/.orc(iw sekwencyjnych, które ;\i>v kp1,·.1 po1.11<1L pos/.t/.t ,. . ·. .. . : '""l·tii·zvst·iiiic tych metod na rzeczy. I · I 11101· 1i·1 pr!L"lll'l 111ow, 1L ' J ' ·; • ' · • S<\ opisa111· ,,. ty111 ro1.t I.Il\ L'. · .' !·ty ,.. imświ·~cont' anali1.ie receptorów : ' .' _ · . . 1 · .. 1l·hd/1t' 1<.o 1epll' pun' "'1 · ' 11 \\'1sty111. h10 o~•„1c1.ny111 P .J ~' ·.·· . „ .· . ·'. "lZ iilterixc'.l'lc· ,~ wyników metod . li , (' lh 'llllll!'\ JlOIOWll.llllC ()I, . ' . ' . spr1.1;:in11yl'i1 I. Ii1;1 .;11111 ' i l c. ·.' I . . il.<11·111·1c·11' r1w·1rtc w 110jctlynczcj . w1.rn\·011 , , 11y , 1·,011 .. ..\''"lllJ'\l'"C 1 ;arowno 11 • " ' · · ro1.p111.11aw;1i11a " .icli c·tll'I · „ . 1· , .rmlz111y h1all'k. :·:l'L w1:1wp. j:I\1 1 w s1' 'Wt m._.1 ' · · · . . , „. . . ('!'CP) tworzą · · . . . , ii ·11111· ('1 (. " (; /i/'11/<'l//·l'illl/i/CI / l i l i /!IO/,\. 1 ' R<'n'.ptory s1w1.\/„011l' 1· hi.i " .in"„ . . „ · . „ ('1"11 'r i in ·200 I) i wyka· . .. ,. , ·. „vcli n:i pnw1crzcl11u komrn 1,1 « c „ n11.lq',lq ,•!,rupt,' h1akL wy.·,l1.p11.1<1c . l I ·t. 1·t11 ·, 111··,cslrzcnrn\ S<\ one zaanga· . . 1· I .·. I" 'lllllll'\I' JlOl () 111:1s111, I<„ „ ' '. . ·„ 1.t1p\t"'V1'ii r<11111a1te. u11,tJt.. 11·). ·' · . . . ·I ·i·tl· widzenie, roz. · . . · 1111.·. 1· .. be iiroccsow 11·1.pl 1og1c1.nyc 1,.'' 1111 · .iuw:111t' w 111c·w1arvgml11ii: ' ··\ IL/. , ·· . . · · · „ . „. )()r(unistycz· .. I .· I I l1·1111L· t re<>ulaq,: 1111101.y rn.11. o 1 IH1z11:1w;11uc· i.apacli1\w, d1en1ota ~~'.!"" 1~011 "1. 2ooo:''l 1all: PrenHll~I i ł .L'.!°kowitz, 1999). nc:_1v111k:1111<: w1rusmv do Ltllll,liLop<.pl)t ). < . . _ ,. ·li iitl\ll'/l'/ rM11c białka GS:\ 1 , .· · ( np .. 1c ··1 111,·ti)) , 11'\\'Vllldl ··' ' li11;1)
„, _,. · . .

·

1

«·

. 1,cp ....·, ( 1'l"T które . . · „ l·I · .. ! •ol "'ll '/t'Stawu lun '- ' ' , .l:!L d1h1.lo do wyks·1.tal\Tll1:1 tak 111e1.1/y' L 101. t.,.,, t.I,„ ··I"„.. I r i1l ·•',k·1 rodziny wie· . „ -1 „ •. ·• ·,„t · ··· 1cv«lt on:a111l.1n:1l' 1, n.1 llJ:1 ''"-' w:,po c1.1.s1111 i„ lllLJ. „ , itncoo białka blono ln::·1·ml1V<:j. 11;1jpr;1wdo1HHi<1l111ic:.1 wywod„1.:\Ct'J się/. J.tl,1t:.c11s lll'-'1\\1 t" „.

,

•.•

• •. ·,'

'

.

9.5 .. Przyldad ···· rnr:optory

sprzężono

z lliall
307

we.go. J)okladnc pochod1.e11ic UPCR j1:st ci:\gle przedrniote111 ożywionej dyskusji, ale białek bakteryjnych wiqż11cych retinal, klórc un1oi:.liwiaj:11.alci:.11y od świat la transport jonów, a w przypadku bakterii halofilnych pdniq dodatkowo l'unkcjc sensoryczne. Opsyny sq integralnymi białkami błonowymi z; 11vicrającymi tlo111cn~: tra11shl01mwq (a11g. lm11s111e111/Jm11e, TM), która tvvorzy 7 helis. Ostalnia z nieli 1.awicrn rnicjsn; wiqzania chrolllol'oru. Istnieje wiele klas tego bakteryjnego bialka, wl11czajqc: bakteriorrnlopsy1w i archcarrnlopsy11
dużo i11forrnacji dost:1rc'.l.e1 analiza opsyn

'/, pnspektywy cwol11cyj11ej dwie cechy bakteryjnych opsyn są s1.C/.eg(1!11it~ interesujące. Po pierwsz1~. hialLa te rnaj:\ archilcktt11\' 7TM (hakteriorodopsyna była pierwszylll ·bialkicm hlonowy111, ktlirego strt1Lturn ;,ostała u/.11ac1.011a 1. rozd1.il'ic1.ości:1 atomowq: llcndersrn1 i in„ I l)l)(); Pchay-l'eyroula i in„ Jl)<)7). Po drugie, w indukowanych świat­ lclll zrnia11al'11 krn11"on11acyj11ych rodopsyny pośrcdniG.y rcti11:il (pochodna witaminy!\). klt\ry jest 1.wiq1.a11y /. hialkic111 1.a pośredniclwcm reszty li1.yny w sit'1d1nej hclisiL' TM. !sinieje tu wiele podohi1·1istw z rndopsy11:1 1ir1.cdstawicicle111 CH'Cł\, kt(1ry odgrywa glównq rnl1: w ptTccpcji ~;wialla tl orga11i1.nHiw wyi.szych. Przez długi czas uważano, że struktura rodopsyny jc..::;t podobna do struktury haktcriorodopsyny :t. sicd111io11ia trans„ blonowyrni helisami przcdioclzqcymi tam i 1. powrotem przc1. hlon1: (< ił'CR nazywa si1: czasallli reccptura111i serpt:11ty11owy111i). l'r'.1.ckonanic o strnkluralny111 podohie1istwic ohu biail'k było tak 111oc11e, że sz<1hlo11c111 slrukturalnym dla właściwie wszystkich wczesnych 111ndcli strnktury rndop.-;yny hyla haklt·riorodopsyna. Struktura krystaliczna wolowej ro-· dopsyny wstaf;1 oz11ac1.ona w1.gl1:d11ie niedawno (Palczewski i in„ 2000). Potwicrdzpsv11:1, lllr1.v111ali hoil'sn:1 lekcje; ll niclic1.picc1„e1istwaclt nadinlerprcta„ cji uzyskanyclt wy ni.kc')\\' i 1.1;;1c1.1·11i11 ro1.11111ic11ia ewolucyjnego pochodze11i;1 badanych cz:1stvc1.t· k .

:ion

O. Wzmco sokwo11r:yj111J w

Przyl
rnceplory sprzvżo110

z lllalkami G (Gl'GH) 309

9.5.3.

Ortolo~1i

i 1rnrnlogi GPCR

() ik ewolucyjne pochod;.enie Gl'CI~ nic jest jasne, u tyle ostatni okres ich jest względnie dobrze pornany (po C'.l.\'.Ści dlatc:go. i.e wiele (I !'CR rna bardzo .sekwencje, lee;, równici, dlatego. ;i,c obecnie dysponujc111y obs1.ernq sekwenc.jach, dla kt6rych moi.erny pr1,cprowadzić :111ali1.\~ por(>wnawc1.:1 luh tyczn:1l. .CIPCR rnzpowszeclrnialy si\~ w toku ewolucji 1.ar(Jvvno w wyniku specjacji (or.· tologia). jak i duplikacji grnów w genolllie tego samego organi1.11Ht (paralogia). ~)okład: na charakterystyka ws;.ystkieh znanych CiPCR wykracza pw.a ra111y tego l'01.dz1alu, nie w tej jego c/. \'Ś~i pr;.yjri.yllly si\~ hli;i.cj jednej'/, rodzin Gl'CR po to. ahy wskazać na wy, 1.wania jakie biologia stawia przed bioinl'orrnatykic111. Doskonale dD tcgu celu nadaje się rodopsyna bi alko, kt(m· jest jednylll 1. pierwszych dokładniej pw.nanych Gl'CR i które dalo poc!.<\tek nazwie najwi\~ks1.cj tiadrmłl.iny (ll'C'R (tj. (il'CR podobne do rodopsyny); Jak jui, wsponmiano. rodopsynajcst l'otorcccptorelll. Wyst<;pujc w blonach pręcików siatkówi\i i najlepiej funkcjonuje pr1.y niewielki111 nat1,~i.u1iu światła. /,wicrz1,~ta. '.Ila ktc\: rych widzenie w nocy ma kluc/.owc znaczenie (np. koty. które poluj<\ w nocy), n~aJą wiele pr1~cik1'iw ;, rodopsy11<\ w siatkówce oka. Inaczej jest w pr1.yp:idk11 1.w1cr1.<\l. kturych na. rząd w;.roku jest zoptymali1.owany do pracy w pelny111 świetle. Siatk(iwk:.1 tych.zwierząt zawiera wi\'.l~s1.ą liczbc; czopków ·;, rcccptora1ni liarwy niebieskiej, c;.erwonej 1 zielonej 1.alic1.aj:\eyrni sic;- do grupy białek IJarwnik\'Jw wzrnkuwych. 11.w. opsyn. Opsyny i ł'O· dopsy1;y l:haraktery!.lłj:1 się ok. 40'/i„ idl'.ntyc1.ności:1 sekwencji.. llwai.a s.i\~. i.e .PO\~~laly one z pierwotnego bialka barwnika w1.rokowL:_~o w wyniku w1elok'.·ot11c.1 duphkac.11 gc: nu. Duplikacja, w wyniku kt6rcj powstały oddzielne geny rcccptornw barwy cz~rwoncJ i 1.iclonej. miała 111iejscc /.apcwne w1.gl1,~dnie niedawno. pon1cwai. ich sckwenq~ DNA cłtarakleryzuj~\ si1; w przyhlii.cniu l)g% idcntycwości:\. Ta obscrwacpl JCSI potw1crdzo: na pr'l.ez ponhvnanie wystqiowania genów barwników wzrnkowycl1 w genomach mal!l Nowego i Starego Świata. Małpy Nowego Swiata 1najq jedynie poJcdyno.y ~en barwn,I· ka wzrokowego /,lokali1.owany w chro11msrn11ic X. '/, koki małpy Starego Sw1ata _1rn~:\ dwa geny w ehrornoson1ic X (podobnie jest u człowieka. gd;.ie gL~llY czerwonego 1zi:· lunegu barwnika w;,rokowego znajduj:\ się n\wniei. w chromosrn11ie X). Wynika s~ąd}.~ · w c Iiro111usom1e · /X lllUSła · I pop1w1c · ·' s· 1 <,· .·1·1l"1s' "''I" Sł''" 111111 dru!'t· z ocnow • ' • c,,. ·' 1·l(l t'(\/lł!lckn1u · · · · ' cw(~lucyJnyclt rnalp Starego i Nowq~u Świata, czyli ok. 40 1nilion(1w lat temu (Nathans, 198')),

'

· · 1~enow ' c/.crwonego ·11.1c · Ionego I· X l'olozc111e 1.11 ·Wł 1'11"1 ,, \V'/t· · · llł'\l\VL'"LJ ' ·:c· 11·1 ' chromosomie ·· · · ' I · I I " [\/I ,: " y" 111· I,· I'\ 110'1lnwieni zdolno· 11 czluw1cka ,1cst od dawna :iczonc /,la lon1z111c11L <,Je!._ z •t,L • · .'. . " ," ści roznii.niania barwy zielonej od czerwonej, jc.
wo;

Podsumowuj<\C, rnd1.ina nidopsy11 \V)'wod1.i si\'. z pewnego pienvotnci~o 1~e 1111 harwnilw wzrokoWL'.go. l 1 ~\ł\'.gowuiw wysl1,'.puje jeden rcccplor świat la hi:ilego (;·odopsyna) oraz cztery receplory swiatla kolorowq~o (opsyny barwy fioletowej, niebieskiej. ci.erwonej i z1clo11q) ..u e~low1.eka gen receptora światła zielonego 111 ui.c wysl\'flO\~ać w n\i.ncj !iczh1e kop11. C1dy l1c1.ha i rod1.aj genów rccepton'>w światła kolorowc ~ odhico; 1 od normy. wtedy povmdujc to pojawienie si\' li określonego osobnika /.ah1;r;.c1i 1.wt .. 1 znnycl; z ro1.poz11awa111e1J1 kolorów. Sl'hvcncje opsyn i rodopsyny wyka/.uj;i wysoki stopicn podob1cnslwa .. N:qhard1.1c1 s;1 do siebie podoh1w sckwcncjl: l'l'ccploniw liarwy czcrwoncJ .1 1.1clo11q. Sckwc11qe tych białek są n'>w11ici. h:inl1.u podobne do sl'l;we . 11 Lji ortologow wysl1,:1nq;1eych u innych gatunków. Moi.(' si1,· zatem wvda\\'at'. i.c analii.·i sekwencji członków rodziny rodopsyn h1,·dzic dosyt.' ou.ywist:1. ;:1 0 ;,, 0110 .~ć rnd;.iiiv dopsyn przejawia się jednak na wiciu plaszc1.y1.naclt. ('(; wy11 1:11 „a 1.acliow:mia os.trn;i no:ki przy intnpretacji wy11ik(1w ;11wlizy ,-;ckwcncji tyd1 1ii:ill'k'. ( 'IHH'.ia:i. w wicksw ści przypadk(Jw sekwencje rodopsyn s:1 podobne do sekwencji innyd 1 rodopsyn: a st'kwct!CJC opsyn sq podoh11c do sekwencji innych opsyn. to jcd11ak 1.dar1.:1j:\ si\: wyj:itki. :rzykladowo sekwcncp1 opsyny barwy zit.:loncj u karasia zlocislego. kury j śicpL?.yk;i ·!askrn1owcgo ,1cst hard1.1q podobna do lypowcj s('kwc1wji rodopsyny llii. do :;ckwcncji mnych opsyn barwy /.łl'lonc1. l'odohnic sekwencje opsyn barwy 11iclii('skicj 11 !!l'kon:i i kameleona "'l hardziej podobne do typowej sekwencji rodopsyny niż do ,,ci\wc;icji innych opsyn barwy nlL'h1csk1q. Tc nio.wykle zwi:11.ki n1ird1.y sck1Vl'lll'j:1111i 1.il11struwano na planszy lJ. l ( h) 1 (c ). Wyjaśnienie tcgu rod1.aj11 1.wiw.kliw w pr1.ypadkach. !~dv l1i:ilko o okr~ślonych wlaśc i wuściach hiologic1.11ycl1 1u;1 „1.l:t" sd, l\!t'łlcj-~· .i<'.<;l t nidI;l. i Illo że prowadzic do bl1,:d11yclt wniosków, jeśli anałil.\' sekwencji przqirmv:idi.i sii· 11 a podst:nvic p~uSł)'.ch metod wykrywania wzorcc\w sekwcn(:yjnych i kla;;ylikDwani:1 ;;ckwcm:ji. 'J;ikic rncspop1e w~n1kt rzuci.J<\ ,Jednak nowe światło 11<1 pocltodze11ic cwol11q'_j1w pos1.czt•gt'll nych czlonkow rod1,1ny. W rnn;nviany111pr1.yklad1.ie111.yska11t'. wyniki sugeruj:\ howicin. ze gen3 widzenia skotopmvcgo· (rodopsyna) wycwol11ow;il ;, gcrniw widi.cni: 1 l(ilotopu· wcgo (opsyny) (Ok:lllo i in„ I
10

n,'

9.5.4. Dlaczego GPIGB są inhmesu,iące? Rola bioinfonnatylców w bmlm1iach GPIGn

D~ug'.1 historia cwołttL')'j11a (li'( 'R spr:1wila. 'i.c ;111:ili1.a 1.akdwie jl'dncj /. rod;;.iny icl 1 !.'l' now wst dosvt' ;lo'i 11 I I I · · · " : , ·: . · .o a. .Ul 1. d gc11rn11 1.aw1na pn11:1d ~)()() gc1Hiw (i I'( 'I\, k t1i1\· 11iill"i.:1 do l1zcclt olownvclt 11·1 Ir I· . · I I1 , I I

ie, · • < rn 1.111. pot o łlc ;I ll)(.111 ll1alka / re'· , ·I . I. I · · . . · . · ·· · >l.ll)tl 11.Jl Io\ 1.111 111t· wyk:11.11.1:i pr:1ktyc1.111« i.:1d11cgo 11rnlul1ii·11;;lw;i 11:i p•1/io 11 1 : ~sckwe11cJI. ,1cd11;1k Ws/.ystkil' 111:1j:1 lakq s:1111:i :1rl'i1itd.tim: 7TM. ł\1l).1w li:'.:n1cl\'. I.lu re .iktyw11r1 11u,·;c; •o 11 · I · t · · · · . · .' "· .. l ,.. \ Il!' l!H 1:q« rcc,·p orow. w1:11.:1 Si<.' · 1111111 pur: l"·ik l11h \\' 1'/r.'.i·r lransblun(J\\' .· () ·· · · . · · 1 · ·lJ. psy ny ro1.111q ::11· O< 11H1vcli 1\'<:<'jllurn\\' ty111. i« 11'1;1-;«111 \ i111 '"'; 111 d

"„.· 2W· I

·

.,.,„

1/ 11 111.1. 3 "1.cme t'1.ar11!l·hialc pr11· shl>.1111 !lŚWi<"lk11i11 (/li \Vct11.l'llit' ktd!Jrt•I\' pr1.y dolir1111 „,:,1·i1·1il'ni11 (/11 :I'/'· 1/11111. ).

U. Wzorc1! so\
:;10

Pizyl
receptnry sprzę2one z lliatkami G (GPC1"1)

311

tci.yli r,·1i11all jcs1 1.wią1.a11y 1. hi:tlkie111 kmv:tlencyjnie. Rcceplnry po aktywacji odllzia~.: 1t1j:\ ·; roi.11yllli \lialkrnni (I luh 1. i1111ymi c1.:1stcc1.lrn111i wcw1qlrz kom(lrki, aby wywołać<:! udpmvinl11i:1 tidpowicdi hiologic1.11:\. Wielkość rnd·;.iny, 1.lo:i.,~11ość 1.vvi:11.ków ewolucyh?' 11ycli 1111,·d;.y .1c1 c1.lo11ka1111oraz1,ogactwo typow odd1.ialywa11reccplorowz11111ymi ezą." s1t:c1.kallli ,;:\ J,r,idlem 1rnd11ości w badaniu tych hialck llletodarni hioinl'orlllatyczny 111i 11 it· wsiHHlli11ajqc o tym. i.,. i11tt:rprdacja uzyskanych wy11ilJ1w jest e!.ęsto nie.jednot.nacz; .. 11 a. k

ic1istw:1 1lli1;d1.y sd;w,·ncjrnni Io jednak 11ic to samo. co określenie funkcji i'.•„·1111. 11'.ro111nc ·1.11:1cze!lie ( JP( 'R w pr1.emyśle l'annaceutyu.nyn1 nic /.!llienia faktu, że <1hccnic jc>:l 1.n:lll:I str11Llura 1>r!.t'.str1.c1111a jt•dyniL· jednego pr1.cdstawicicla lej grupy bialck ((Jl'( 'I~ jaku hi:tlk:1 hlon\l\\'l' s:1 nio.wykle trnd11c do hadania 1.a pomocą klasycznych tccl111ik krystalogralic111yclt). Co wi1,:cej, ogro1nna liu.h:i n)i.11ycł1 rod1.:1j!.JW receptorów :;prawi:i, ·i.L; nic jest moi.li wt: 1.h:1d:mic ich ws1.ys1kich L'.kspcrymenlalnic. W konsckwcn, ''.ii dla wiciu rn·q,toniw 11i,: okr,·slrn10 wlaściwego im typu liganda. Wobec braku danych ,·Lsperv111t.'.nl:tlnych c1.<,:sto wyknrzyst11jc si\' techniki hioi11l·orlllalyc1.lll'. w celu ułatwie11ia itlt:111ylikacji, n1odclowa11ia struktury pl'!.c:stl'!.clllll'j i określenia wlasciwości nowych rod1.aj
sekwencji ohej111ujqcc wyznaczanie do msowa1ł )< .. , . ', .„,. i FAST/\ (Altsehul, Ciish, Miller llJ')O·l;\Jt ··I 11· li stL\\enc,11 z.t purnocq mclod BL!\ST ' · SClll 1111 1997·Pc·ll'· ·1· arson, 1000). Wykryte w laki SJ)Os,·ih 11 > I I . , . , „ . ' son i ,1pman, 1988; Pe. .. , . · ((Ol!Lnslwodo;. 11 anych .,,,.t .' . z1dcnlyll 1dlWac kilka now)wh GP('f' ('I" 1. 1 . . icccp rnow pozwoliło . . . , •· · -·" d ,et a 1 111„ 2002· Le. 1· · "!() . , . v1cs 1 Dow. 2002: Hcwcs i 'fhphcrt "!()() 1. .1 . ' .c. in„ - O I, lqd/ord, Da, . "" ·, /.,ozu 1yd l • • • jednak pewne O!~raniczeni·i v\/Sj)!lll.lll'..; . • . . . . l p.isowan par sekwencji ma · . , . ". . ' · ' IL(. I OWnlCZ lrz(~ha .· .. •.· . . . .· s.·a1111 rm.ne wy111k1 (ahy uzyskać dol· I· I . 'I" . 'ze 101.nc p1og1amy tl<\FI cza'!'· f 'AS' · .· · ' .J< Ile wym''· nalc:;.alob)' uż, . ' . · .. BLJ\,s 1 ,,,, li\, po111cważ wysll'ł)UJ"ł., . , 1. . »Wdc 1ownoczes111c • „ . y · . 'ce 1111c,:c 1.y ly1111 proo 1 „1 • · . •.· · się często na rnż111cc na ,·zolow)ielt 110 Z" "· . 1 . .. . c: 'lll.tllll 101.n1.cc .pr1.ekladaj. 11 . . . .,CJdC l lld 1ISClt' lnlie1]) o ., . v.r:um»w ohp1w1:1jq si1,: 11 rz)' re·di;·i .„ 1 : . · . „ · . ' · g.1<1111cze111a tych pro" . . . ' "CJI l
„ . . .. ·

9,5.5. Wybywanie 1myrrnlr.żności do rnclziny

0

sekwe11cji l:t! "l1i:,;1110 11· 1·111dli:1ii' !, 11:1j:;1.yl1sz:\ i 11aju.t;ś!'icj 11i.yw:111:1 rnet,1d:1 identyliJ.:owaniasc· l·\\•'ll•·ii 1.11;1<·1.:1•..·<1 pod()lrnych d•1:;1·kwcncjiw1.:1py1a11i11jcst pr1.esz11kiw:lllic hazydanych

'

•

We „ , : .· , . , .wczcśniejs;c . . . ...1· rt' l .· . ,:. '.,' : ... ·. 101.pozrn11vc1.ych o zwii;kszoll')'ch o.lonk!iW rndzinv. . 111H11.l1\1 l.t,J<\ h.11dz1t'.I wiarygodne wykrywani,~ no-

d·. !\ltenwtyw11c podc:jścia do klasylikacji nnach hi a lek ni:i.11i:1 si, . . . . . sek wcncji wykor1.yst11jąc·L· informacje o ro. ' 1 ..11 owno pod w1.gl,·dem wiei ko.ki llŻVW'lll\'el1 \\' :1 . '„ • " 'na 1·IZJC

r()(:oplory sprzężono z liialka111i G (GPG11).

3t2

313

I )'Zll'ICZ'llfr1 kon. , · 1 · ,1 I· i slosowany1111· low · ' " ' rc11rez.c11tacji · dopasowań „ . , • dopasowan.Ja<.1 me Oldlll' ' „ . . . . 'i(.) Khsylikac ·a sckWL~.nc.11 w na_JCZ.Qsci ·1 I I · I, , · +wc11c11(pot.1ys. · · 1 · '· serwatywnyc 1 m c1n wv. se' . ·. I ·t· . " ( ) w rodi.in" o,dy·i. ich sckwc11c,1e nic. „ · ·I' rZL'Clyw1styc l L/. 1Ol 11't 1 ' L s1.ukiwania prnuqa sit; wiec · · · .· . .'. ,7 1. ,·e·i stronv wyniki 1.awicraj:\ licwe hlQdnc . " . ·" (;·1hnq•OW/,01C,l.;,llll/,..I·.· ·" fi z.iiacz.111e ro1.n1:1 s1<,. m .• L, ·, . , t l·r<'>the i nnlo selektywne. W przypac cu · · , . „ viorce s:\ cz.asan li z. 11y ' ' · ' , . · dopasmva111a, pornc.w,ll. \ · . ' . . ·l·t,., z itywów mo•.~ą być· krotkic. to1cdnak . ·(1 111111 l >lei'O 1.en!C.' OIC .I 11 < . L • , • • , śladów. sL:kwcncy,1nyc 11° c .~" ·. . . rl: I iicniu inl'ornwcji o kontcksc1c 1kolej• · • . 1„ 1 seleł·l)'Wllosc d1.1\: 1u uw/.b «t 1 · · .'1cst os1qga11a wyso.'' · · ' · w ohes, 1onym s'I·dl 1.1. 1·c,..l"tlink ~· ' w 11 rnceth11·1.c t1c 11111owa111a ności wyst\powarna motywow ' " „ . . , •1 ·i;ionv i dhtl'Po :~lady, ktc'>rc charaktc... I „„,o.ln)'Chsckwc11cp111c.1csw,.; ',,.... 1··· sladow widm pos1.c:t.ci::'o · . . . liit" do u ·arna w pr1.es1.u .;,1w,nnu . ,. l '·. zb)1t selektywne I p1ow.•L . . . 11011 .1 . . . ryz.uj:1nadrmlz.111y.1t10L,•I ') L · · .· . ..,. flrl\'(l'ldku imiccdury dcluuowanta . . . I „ I I· )w rod1111y. lnaci.CJ 1cs1 w " ' . . widu l'/.ccz.yw1styc l cz on 't . .. . .' ·.. , „ 'PSSM a nic. jak w przypadku dch. . · 1 ·t 1·u I-cie w·1z011ycl1 111,1e1c 1/.) • ' • · . . k. bloków ohc,11nu.i:1cc.1 wns '.. .' · · . . ,· , ·h tJozycjach dupasow;11ua udem ·ow . . , . I' .. · TZ" z.l!czcn reszt n,1 1'o 1qn) c " . , . .„ , rnowania sl,K ow, 1u,icic 'J · · . sl·ib"ch svonalow b1olog1cznyc 11, „ . . . , I··~ 'etylkodOWl.lllOCn1c 11 1•1 · ' J · · ; , , , • sd<.vvcncp. Moz.c to (HOW cit /.Ie n1 . . , ·.. 'i· , 1 ·1··1111i l"tlsz."wych c1.lonkow rodzmy, . · · " y doinsowan z. se 'wu c ' ' J • , , ak tci. do pod!1lcs1cma ocen '. , . I ..' y ·1 ich licz.ha ora1. 1.dolnose roz· . ,. ne w sposoh aulo111,1 yc1.n . • . . · 1 1 1 l'onadlo hlok1 s:1 \ c tn1tm • · ' . . ·I , : . • ·I·wenc"i·nvch, co prowadzi Ul ..„ ·. .-. I odpow1e<.111c 1 1 s 1.t(1O\\1 SL' · ·'- ·· „1 po1.11awc1.a c1.<;sto 101.111.\ SI\ OL .. ·1·. '/I· >lei 11rnlik i lllOdclc llMM dobtzc . . . t 'rf)l'Ctac1\' wy111,ow. · ,< 1" nieporo/,un11e11Iutrlll111,1111 e .. 1 •.. , „ l<>11l·<>wdui.vchnadro\łl.in,alcwprzc. . i·1„ .„ Il ·olychewo ncy1111cu. ' • . .„ , rad·1.:1 sobie w idcn ty l ,,1cp m c„" .. „ . 11-' „ I' wia'1:\ klasyłi kowa1nc sd:.wcnCJI IM . . . · 'I· I· · ·hve11cyp1ych 11..it ,o u moi. 1 · . .. „ " c1w1cnstww do s ,1t ow st:, . . . I I . >Iii ·s·1dclinH1Wam~:i11to111c1tycz111c, . . 1· l· l"1(wpr1vpadkac1,gLyp1\ c.. ") 1101.ionue rodz.111 lu 1pm im '.· 11 . " . . l „. .eientatywnych sd<.wcnc.11 · • • 1 ·h zbvt wie 1li 111, 11 L 1v 111 · · · I · ·, jest moi.li we nwz.glęt 111e111c w n L: .. I . ·I . l iśnid wvmin1ionych hai. danyc 1l zo· . ., I' . •l'\\ll'nc11 Z'ISU iy WlC li S( (' . .I • b' ;\by llłatw1c ana!/.\'. se' · . · ·' · ·I" (M I I ·i· 1· in '700'.\), w klórc.1 sąz te· · 1 l·· hll)'Chlntc1 10 UI .. '. . . '' ·1·ll i 'IH>sdro1d11;1k op1s1.c1t1y, 1 . ' ' " · · · I·'·'qch w jej skład. W 'o CJll) rn P'... . , . . I· , ·łt w l'el11 11s1ak11i:i p('w11ych w ,1sc1 . . I I·'\'" w jL'I skl:id h.11.y < .111\c . . ·obli thnych lnterl'rn 1 we tm 1" ce. · · · . . · · . . in '!niinit:owarnc spos ' • . „ ( ' ( ' ( '!' W '/l'/\'\J\lłlHlSCI /.\\'l'iJC:llllY llW.I).',<, ' ' . . . rt· Wfi· wośc1 sd,wcnc,11 '. '· s, ···L, ·1 I J't<1(l'1L·l11'lr1cs'/.1tkiwa111a I klasy1,o' S/ '/C!' ..c. -„ . „ _.„ .. \'·111i·1 [lr'/V wvkrywan1u noW c . „ . l ,„ . i·1c1,·111t· te!'() i101.111u>1, , " .I . , . l'H' n· nia sekwt'llCJL t)maw1a111y 1..1. z1. . .. . '" ··1 , 1ir1t·widvwani:i spe'cylicz11osc1 I"'.l l''l.lonków r
.

'

• "

I

g,5.7. Analiza GPCR Wszystkie opisane pmvyi.ej ha1.y danych zawierają zestawy ceclt rozpoznawczych dla GPCR. W baz.ie danych PROSITE znajduj:i :-;i~'. trzy wyrni.c11i:1 rq~ularnc reprcz.c11tuj:1ce ka;i.dą z trz.ccl1 głównych 11adrod1.i11 tych receptorów. Motywy sckwcncyj11c s;1 wz.gl\~dnie krótkie i ohcj111uj11 N-ko1\cowc odcinki sekwencji lub frag111e11ty lrn11shlonowych helis. wbazie danychjcst zawarte n!wnie;i.jcdno wyrai.enic regularne cl1:1raktcry1.uj:1cc ( ll'C'R na poziomic rodz.iny (rod1.i11:1 opsyn). Kai.dy 1. wy1nic11ionycłt w1.on:(>w charaktcry1.ujc się wysokilll wsb:f.11ikiclll hl\'d11. Pr1.ykladowo wyrni.cnic rcprt'.1.entujqw JlU< lohnych do a11.r~iote11syny)). których sekwencja niwnici. 11iL'. jest 1.godna z.c 1.dcliniowa11yrn w1.11rcc111, nic 1.ostal:1 wvmicniona w opisie zdolno.0ci ro1.poz.11awc;.ej wzorca. Wskaźnik hl\·<111 jest więt· z:;pcwne w rzec1,ywistości i.nacz.nic większy ({ l:i11lto11 i J\ttwood. 2003 ). B;iza danych PROSIT!~ 1.mvicra n!w11ic;i, prołik rcprc1.t·11t11j;1ct· odcinki '/Tl\!I w kai. dej nadrodzinie (Jl'( 'R. Brak l11h niclicrnic wyst1:puj;1cc wyniki ł':ils1.ywiL· d()(latnic i folszywie ujc11111e wskazują. i.e 1.dolnośt' rozpu11wwo.:1 profili jt·st wi,:ks1.a od ;,doino. ści rozpo/.1iawc1.cj 0111aw ia11yd1 powyi.cj wyrai.e1i rcg11 l:1rnycl1. I 'od< >IHJL' rq1rL'ZL~11lacjc odcinkw rrnl1.iny. kt<'>rycłt sekwencja nic odpowirnłula odpowiednim wyrażeniom regularnym. Z:iniwn(l l'ROSITL. jak i Pfam 1.awicrają w1.orcc dla N-krnicowcj do111eny w nadrod1.inic liialck podobnych do rccepton\w sekretyny . Wspo111nia11c 1.cstawy cech rn1.poz.nawc1.yd1 :;q 11i.ytcc1.11y111 srodkic111 klasyfikacji sekwencji, który ulalwia idenlyłikowanie pote11cjalnycl1 (;pe 'R i klt\ry 111o;i.c hyt" wyko17.ystany do 111·1.cs1.11 ki w:inia nowo /.sek wcncjonow:111ycl 1 gc11011 Hiw (Brody i Crnvcłt ik. · 2000: Rem111 i Sonnłiattllncr, 2000). Ponit:wai. jcd11ak jc·sl zdeliniowanv wyl:1c1.nic je„ dcn WZlon. Spośr(>d wsz.yst kich lia1. da11yclt grnlllad1.:1cyclt i11l'm111:1cj1,: o 111:111y<:li 1odi.i11:1c·/i hi:1 lek, baza danych l'RINTS 1.awicra 11ajhardz.iej koi<'.kc-,j\: 1.c'staw"w ''"<"li ,., •Zjl" 1.nawc1.ych róż11ych (il'( 'I\. Lic·zha z.gro111ad1.011yd1 w bazie da11ycli l'l\l/\!'I',') ::l:1d1•11 .':" kwcncyjnycl1 dla rM.11yclt ( J( 'l'R pr1.ekrnC1a '.270 (l\ltwood. ( 'rn11i111• i < ::111li
nu.legł:\

IJ. Wzorce snliWtmcyjnu

:.1111

Przyldatl (Il)

lt:t\ljl.lt:

\)\!•:!'/ 1L1L(:

w

U11/H lllJlvlJ\l>.J

V'..

Ul10TI 1-.1s11,L'H

.:on,:

1.11!1

'l',1>;(){1;

rncoptory sprzQżo1w z hiall
J]

11<1\1\!)

Lot.il

10„oct

!Jl.

;,('

"I'

1y!lJr.P1i ;'.Jl

lt:tLt!t

315 ih)

UIUH HlJIVll\N vs. SOlvlllTOSTl\l~I{

l)

~~oo:~

7 :;p

.,,, :;[l

.,,, "''q1 ·I' 'I' <>Jl

,,

,..

()lj

\I,!)

:

p ;():!'!'.'

[/

I' \'' /·!'>

l'\'1 i·lł> \' \l)jj'/<\ ! \\)!\ ! 11 ·\ Hl \',

91

C1il)'/',',

"I'

\'.\ I \·I \ i' \ (; , i, ,I ·. ~

'.iii

I' \',

[/

I Ll /JJ

,'

[I :rno

7tmJ

1'10\JOOI

c; l'HOTEIN HECEP.Jl) C l'HOTEl~l REctPJ{J

t·:-.1

('\()().' .\/

Cl'Ci\Rl-IODOPSŃ

!)IWO?P

VllSOPHESSINR

Vl\SOPRSNVlAR

"'" rccc11tora wazo·· · · . , , 1 ·l lntl'rPro dla zadanej sek wcnc.11„ I tH I'/, I\ it-1., · · " • H\'S. 'I.li. Wynil, jH!.t::;z11k1wrn11:i h:iz) d.ui;c 1 .. „ I :.. l IMM /. J>l'arn (1'1'00001, prosto· · , . . · li "'ilVL'lll'Jlfl'CL'jlllll.ll\)LJllllljl , ) i>ll'S)'ll)' I/\[\/ I !Y l\111'1/\l•I). I rnli1:Jl1'l l a·:'' . l'J{INTS (l'J'()()Tl7 ,;rnstok:\l Z c1.arny111 wypclnic111cm' k:\l I hi:ily111 wyp1·l11il'nic·rnl. ·'l;id sckwc1~cy.111y /. i· , 1'·. 1·',,,„~;l\'J,11 W\'j1dniu1icrnl ora/. prolil !'ROSI· · ' ' lSl'l'I' tl'"tltP \/ prosto.:\! 1· '' 0 1"' ' · · nadrod1.in10 (Jl'(.\{ ' JlO( IDin I ych 11·nai.1·1l!l' rc·:1.11larn1· I\,( , . ,, „ . • .I . . . ) ·i1·11"1i·11•1v111·1·1cv „ 'Ili \l'\'jll' llll'llWlll l ' ' \ .. , .. ' . ' . t )\I 1·1:. ( l'S:\11.!Rli'ITS 1111101l1wa ro1.1101.11.11m 1>1, 1 " 111 '1 . . . ··syny d11 rrnh>p~>VllV. /,a11w;11.111;, h .I. ) . . I . , 11·) rod;inv rcccptnrow w.1ZOJHC, 11 ·1 '/

\\;Vl .rvciv dnpa'.;owrn'1

1'"1 .c. · { \'l~()l)gi)(ł)

' · .

Dr
1yp1J

/,1'

.

~;ladami sckwcncy_111y1111. tll p11WJL1 . '""V I:\ i l'i{llll7'.i.'l J ·' '

„,

i

H,

, .

n·ccp!O!O\\' \\':ll.OPIL,

- NTS' /"tsoh1iw ha1.y danych PRI iVkirnl;i ;i11;lii'l.y St.'L \Vt'.lll'ji slOStlW1.w;lla 111e ly .'o lis' . 11 „· .' .· , . ' ., ·c Jlorn t mr. rvs. t).(J). . . .· .. I . 1'()\\flllt'/. /.H IL'll l\'l.11 _ " tl\V'H' orl11uwttod111,11ud1.11H, Il) P ILL l „

l

,

,

·

:rno

Rys. 9,7. l'ort'1w11:111ie .\L'hv1:i1cji l11d1.kiL:go rcc1:p1or:i 11n1lensy11y li /. (a) 111l11owiadaj:1cy111 llHI ;ilmkin sckwc11cyj11y111 orni. lhl śl:1dc111 s1·kwc11cyjny111 rodziny receploniw so111:11ostatyny. Wi1.11alizatj<; 11·y11ikt'11v wykonano 1.:1 po1noc:1 progr:i11111 l'I~ INTS ( ll<1\l'l ISc:111 ( Scmdis. Flmvcr i !\11 wood. I 'l'JLJ). Na ob11 wy„ kresach oś po1.io111<1 rc·prl'!.e11111jc sek11·ellcj\' u1n1\.lllJJvl/\N, a oś pionowa occ111: dopasow:111ia 111i,dzy kolejnymi 111olyw:1111i .,lad11 a sdwc·ncją (od O do !OO dla kai.dcgo 1. 11101ywt\w). Bloki wskazują na is111ie11ic dopasowania

międ;,y sekwencj~1

a 1uotywem. którego ocena pr1.ekrac;,a

wartość

progowq (20';f,).

Zauważ­

my, że sckweneja rcecptor;1 ohej11111jc dopasow;1llia ZL' ws1.ys1ki111i dziL:wi1:cio1na motyw:uni wyst1:pującyllli wodpowiadaj;1cy1n lilii śladzie sekwcncyj11y111. l'oniwna11ie lej sainej sekwencji ze śladem rodziny rcccplo· rów srnnaloslalyny wska1.11j1· n:i brak islol11ycl1 stalystyl'l.1lli· dopasmv:11·1 z odpowied11i111i motywa111i

Poniw11a11ic 1.dolności mi.poznawczej śl;id
316

317

PRINTS). O ile wi
9.5.8. Funlccjonalne znaczenie zestawów cech rnzpoznawczyc:h Cltocia'i. większ.ość zcstawóvv CL'.Ch rnz,po:r.nawo.ychjcst dcliniowana na podstawie inf'or111acji o konserwatywności rcs:r.I a111inokwasowych w określonych odcinkach sekwencji· ho. analiz.owania ich funkcji. to jednak jest dosyć oc:r.ywislL'.. 'i.c takie sekwencje konserwatywnych reszt odpowiadaj<\ 11101ywo111 stntkluralnym i funkcjonalnym. Przykładowo na pozio111ie nadrod:r.iny wszystkie GPCR charakteryzuje la sama architektura domenowa i dlatego odpowiednie :r.estawy cech ro:r.po:r.nawc:r,ych reprezentuj:\ układ siedmiu helis lransblonowycl1 (7'1'1\11) . .Jeśli wd.mierny pod uwag,: pos:r.czcg(1l11c rodziny w obn;hic określonej nadrodz.iny GPC'R. lu jakimi cechami hęd<\ się onc ch:1raklcry:r.ować'! Skoro architektura 7Tl\ll jest ccch:\ wspóln:1 wszystkich Gl'CR. Io w jaki sp!lSl'1h sekwencja opsyny ró:i.ni się od sekwencji receptora W\'.cl1owcgo luh sekwencji receptura muskarynowcgu itd.? Jeśli struktura tych wszystkich receptorów jL'.St taka sama. to rn:r.S<\dniejcsl pr1,y,j<\Ć, :i.e ró:i.nicc mi\:d:r.y nimi wynikają z rM.nego sposobu d:r.ialania poszc:r.ególnych

wią:i.:\. Dokladna ana· ślad(1w sekwencyjnych charakteryzujących ró'i.nc rodziny Gl'CR wska:r.ujc, 'i.c tak właśnie 1110:1.e hyć: motywy w śladach wykor:r.ystywanych do klasylikacji na poziomic rnd:r.iny występuj:\ c:r.\'.Slo w domenach lranshlonowych lub w zewn:\lr1.kom(irkowcj czę: ści receptorów. c1.yli we fragmentach białek odpowicd:r.ialnych :r.a wiq:r.anie określonych ligandów. C'o jednak odró:i.nia ml siebie sekwencje reccptoniw nalc:i,ących do rói.nych Lyp(iw "" oht\'.hic lej s;uncj rnd:r.iny'! Wszystkie one pr1.yjn1uj:\ lak:\ sanq strukturę prze· slrzcntq, ale n'Jwnic'i. wiq:i.:1 len sa!ll typ liganda. Co :r.atL'lll j<: rM.ni'! Okazuje się, że cechą charaktcrystyc:r.ną s:\ w tym pr:r.ypadku preferencje w wi:\:r.aniu odpowiedniego ro:

reccptor6w. czyli :r.aie:i.:\ od rodzaju ligandów. które si\: do nich liza

d:r.aju

białka G

(np. Gi, Cio, Gq itd.). Ponhvnanic

śladów

sckwcncyjnych dla

różnych moly~

podlyp<'1w w tych samych rod:r.inach rccep1on'1w wslrn:r.ujc. 'i.c :r.awartc w nich

wy wysll;puj<\ gl<1wnic w wcwn:1tr1.konHirkowej cz,:ści biall'k. s:r.c:r.egr'llnic na odcinku 1r1.ccicj pi;tli wcwtH\lrzko11n\rkowcj ora1. przy (' krnk11. Wlnśnic le c1.ęi;ci receptora Si\ najprawdopodnhniej zaanga:i.owam' w mld1.i;ilywrn1ia ;, llialki<'m (i. l"t111kcj<>11al11e 1.11ac:r.cnie ślach'iw z.dcfiniowa11yl'l1 11<1 po1.io111ic' rod:r.i11 :r.ac1.y11a być potwienl:r.anc cksp('.ry111c11lal11ic, Res:r.ly, kl!irycl1 '/,nac:r.c11il' w wi;va11iu ligandów dlllvicdzio110 na podstawie arndi:r.y v.,1y11ik(iw mutacji pt111ktowycli oraz hada1i prowad1.onych

111olekularnc~go.

wl<1ś11ic

olll\~hie

11wtoda111i 111odelowania wysl\'Pll.iC<\ 111clod llHHlcl()\·Vania 11101l'kularncgo slr11klt11\' pr1.eslr1.c111q rcn·pton'iw EDGI

'

(

'

Rys. 9.8. Sd1c1na1yo.111<· IHIL'l\IW{)\\' /'.(' . I· i · . , , 1· , \1l .un1. \.O lo: .. , .. „ . IO~,\\ w1.\1.a111t1 1g111ula \V rt't't'lllor;, i"i)('I .. . ltlllc HS1.!. odgrvwt1)i\CVch w·iin·i • · • , ' • ' ( L /OOO: i\liw1>111I . . , . . • , • L • oosl 1 11' cll111er ·>()(J' 1 N, 1. tych ll'cl'piornw pr1.cw 1d 11 jc si\'. /.l· li•.•:illd. ,„ pm sl:Jll'lt' 111111il'li siruk111r:1'1!Vdi J

,

•

•

•

•

,

.

„,., ,

.ft„ 1 li 1.11„111.v w

"

: :· irn11:,lilo111>W1'.i · · " lii:lil'k blisko helis),.\,,; i I

('/.\'Sl'I

i ED(J(J wi:\żącycli sfi11gozy110· I rosl\1r:111(S11'

. I' ' ' ' . ' ), lJ1).sk.H1L wy111k1 po1.wolily ;.idl·11lyli t11c1.• 1cc w Wi'!!'llllłl li , I I' ·1 , , . I llL, 200 I; v.aidehi i in. 2()()1) N· . . 1· : ,, . /,'.d!H n, wi<\i.<1 „ . . ; "' I .1.111 l •• 1 I J oi:11. <'i',c;sc rl'ccplnrn l'.:1· '' · ' '" • spccv 1cz110•;(' r.,. 1 ., sama dla wszyslkicli ;11·111yL·l1 l'"l(111I·. '. I ·, , ucp rn.i w ly111.pr1.ypndk11 ,·<'si lak:i 1• , , . . ' · '()\\!!()(/,Ili)') () ' ' , , , · . sckwc11cy.1ne 11ie tvlko ula1wi·11"1 l'l'IS"f'I„ " , , rnm11011( \1y111k1 duwrnl:r.;i. i.c śl:1dv · . · '.' ' • · ' I'"< I\' nowvcli r, · · 1 . , I · , · na 7,1dc11tyl1kow·1nie l'L'S/I lttl I . 1·, . . . LL l[l o1ow. al' ruw111l':i. 1io;w·il·11'·1 '' )l)(C!!l(O\\IS'hV' ,"I ' ' ''.' • , l ' . llKJI, dOlt' lllO(!_<\ pel11iL' Wa:i.11<\ fllllkl'j\',

kowac reszty aminokwasowl' 11cz 'SI . ", . ,

, ,

,

, .L..

Poclsummnmnie ivleludy wys; 1· · · ·1 I"la~ylik<1\\'a11iasi..·kw· .·· . ,,. .. '.ll\l\\'~lfJ!;i „ . sckwe11q1 IBI i\'"I'. !.'\ST\ tlH[I "" (>IHL.!:111 "' \\'V/.11a!'1:111vl'l1 I I., ... Z"'" i'"l'"I""'"'·'' Ili.i pudohiL'lls!w:1 llli1·d1.)' dut"'"!l\l'\'\I" , . ,· 11,,,1 rnlpu11lid11id11'1'"!'.1':11111111. I ,,„,,., "·' "i<'I' Si, · · '" :'li\ 1111 "', 11·1·11 T . · . , ,\ n1z11c· systc111y p1111klacji (111 i11. 111·1ci'n1 .' i''\'·1 1' 1""1"111 ''.'\·1111c1111111y,·l1 lll>'iPd:1•:l1 :.111."Hi" Ilia odtH J\\ ltt 111c . I1 l\'~";t w ·sckwcJH'l·a , , ·h • .. I ·'.„ , ,. ,1v 11. > \ ,U.'>l 11\I) . , Jt" t I11.1, 1\ 111·1·11;1 1fi1 1), 1:, 11 w;i 1 Wsehv· ." I'· , . . 1 1·" c1.y I!' 1v1111· od r1>d''l[ll ." ,1 , · . ' lllLI!. li.)· \\VS/.likl\\'
„,

.-...,

.

t

dl \\!llllll,VC l Si'L\V<'lhJi. lllt'l(1d.\ ll·;q1 l_\°j'lf IH.i1;:(,

\l. wzorce :;el
w rodzinach

poclSlllllOWillliil

'.llll

... ·.. , . . I0 ' .·1 nhjawiaj;\CY si1· nic·111oi.11ości;i zidt·ntylikmvm;ia . c·i1·11«il 1«1 \'!.""'.'". lir;il. wy:.1<11L1„IJ·\ll.I u.u " ·.. · · . · l)'L'li ! I/W •;trel")' 1nroku. ktorc ' · .· . . . . , ,1111111 · ·I · ·hvcncp, s1.c1.eg 1' .. I I I.' ·1' '-"11" j)U( ll\Vllt~~· li\ 1li! 111 1 1 .·, . .' ... nsmvania p ·;.waln uslalic, ktore 1._-;uiia par i\'st.I. J<'d11ak dll1 al ,oiio llll .c. ".' 11 ·. ·I ', ,·· J ,, I tn l1 tvk WU\\'
,„

..

.

„

,„.

.

„ '.,, ,

„

I

l

•

'

·'

I

•

„11 .y "h; 1ral.tn .ok1cślll11cj rtHlzilly hiakk . . . . I . ' . •' . 1

',

'

. .. . ·t·ni"itywności 11· dopasowaniach li )\V'll\l'l 111 1Oflllill'lł {) 1\.OllS ' ' ' l'iiw:;t;ily rn11w rnclsln wyknrzvstu1c 11 · ·y• · • • · · - .-· I ·. I ·I · , 1.-1aw1c 1m1<:< 1\'lll /.L""'111 111011. w 11 w1<11lad1 l;l;isvl1Lacp lid L' lid I'"·' I · · , IT"!l hih "rlll' rcs/.I 1.awarlych . I . ' ... lO\V'll\l'l \OllSl~l"\V:tiYWll\'C 11 i:,,i,· wvr;ii.1·111a rt:'.•.u.larnt' '"ie piu.ui ' ' · . : ·. · "'·inrcc sckwcncvjnc reprczcnto, . . ·I r··1n11wlll'IC l { opa~)OWdlll.t. V\ ' ' J. 1 1 1 w 11;1jiiurd1.1<'.J l.111i:,crw;11yw11yc l • '~ · . ' I . , ·I . . . . idolność rm.po1.nawc1.a. Wym. . . . I· r I . ·;i•s\o JL'dna' 'ce nqc 111.i 1.1 . . w:1111: 1w1.~„/. wyr:1'h'llla tcg11 .1 i t L. ,. : . . . . . . ' • lOl\'WV sckwe11cyple w poszczc~ . 1i,mliici krn1sL'I w.1ly\\ 11c 11 . .. ·· . i.t'llla l"t'.!'.lllarm: 1rp1c1.u1ł11J,\LC 11 '.11 · · . ·I l'l'()Sl'l'I' '/·isobv \CJ ba1.v L1;myc1I ' · i· 11'1/IL' d·11l\'l l '- ' •· "' J · J :-'tkiiiii wvra"i.eniarni regularnymi 1 1\I . . . I• „ ·hVl'llC\'jlll' b< (1•\lL 1).li(/.() J I 11 · 1 wyst„ 11u1'<1ce w se\\vcnoht:.1111111'•1 row111c·1. tzw. rc:'. J .·''' ·· . .' I .. I 1 1.1. >l\'i·ic.-11 . · · · · I · ( 10 si ory ·1cp u ' " 1,, · • · · ' · i«·prc'/.<'lllllf\<'.)'llli 11m:JSL'1"1.\'S\llJ" s11: prt.y tw1 111.c ·'" . · . I · .. , v·;oli·duia·1,1 cz\';;tc wyst\'pow.1. · ·· I · I I H·1w1c wie u 1110 1v1vm1 111 -c· . . tvkl;i\'.Wlll'llill 1100" . I I ' . . . . "i\Vl"/t'I lllCllH .I Id /„\\\( . , , " •. ' lill>l\'11'11. '/.wi1·l·.:<1.e111,· i.• n nosu 1u1.po1.11, .·,: I . ·i itv11·1iw 11· sekwencji. Dzii;k1 temu "il· /.llt"1ll /llicor·1.ys1an1c S)· {i"'Ll p10) Lill ' . ' , .. ,, i,, rciirL'/.Cllłacji rodzlllY· lii;il«L l){'d;1cvcli o.lo11L;11111 rm 1.111y. "' 1" ' ·' · ·:· .. · • · · 11 I · ,. ·· '" \lnvch scl;>\'t.'lll'jl 11' 1' " 11 1· - 11 " · · I 1n11 w·1:• r,·,i111c11p\t'\Tl1 w' ac po.-1.u.c,„< hl. I )\\' .' ktorc . .JP!(Hl\,H . . 1·/.lHll '11• \1·11ic danych B oc·ks" ' , .

11

'1

„\.

.

. . , „ .,

l

•

•

1

l

•

•

•

.H' · ' ·

„,,·.

I

I""'

i.

•

. •

.·

.

•

,

,

\V ll'll sp11s1ih 11:1r1•dzil;1 ~-,tt: ko11n.'jH:.i;t IZ\\.

u-.t

·

·1'.'

'

1

• {

{

potcncjal11q w;HJ;\ wyl·.< w1.ys1m1ia sys\t:11111 w;1g w dcfi11iowa11iu hluków jc:st moż.liwość 1.m11iejszcnia mllcglości 111i1·d1.y po1.irn11a1ni syg11alu (wyniki prawd1.iwic dodatnie) i szumu (wy11iki f:dszywk doda\ nie). /.asohy ha1.y danych Pl{INTS sq 11dos11·p11ianc r(1w11ież w for11iac1e lllocks, li' który111 oryginalne 11101ywy s1:kwc11cyj11c PlTIE vVidać zatcni, ż,: ślady sl'kwc11cyjm: 1. bazy danych PRINTS sq podstaw;1nii.nych111c1od klasylikmvania i r11·1.esz11ki\\'a11i;i sekwencji hialck. Dodatlwwq 1.aletq śladów sekwencyjnych jL'SI raki, że ich z;istosm1«1nic· 11ic \)gra11icza si<,' do idc111ylikacji odil'gll' spokrewnionych czlonków nadrodzin biald. Scll'ktyw1111śc' klnsylikac·ji sl'kwcncji. kltira charakteryzuje ślady sckwe11cyj11c, 1111mi.li-wia ro1.ni/.11ianit: rodz.in w lliHVliic· 11adrodzi11 oraz podrnd1.in w rodz.inach. /.adna inna rnctmla nic' char;i1;1ny!.ll.iL' sic lak 1.hicr;1rchizmv:111y111 111odclclll klasyfikacji sckwc11cji. Metody kl;1syfik;1c-_ji hialck n;1 podst:1wic: prolili wykor1.ysłllj;\ wzorce: reprc:1.e11\11jqn· /.lnic po111ornl' w iden1ylil;owani11 11ml'ych n·ct:ptoniw. a w pewnych pr1.ypadkach pu1.walajq 1.idcnlylikować 11 101ywy sckwc:ncyjnt• odpowiadaj<\l'l' wiqz.aniu ligandów li1b hi;ilck (i. Przy hada11i11 zlo/.rn1ych rodz.in gc111iw wa:i.nL' .ic'st, aby 111ieć świadon1ość ogranic1.c•1\ p()szczcg1llnych llll'lod a11ali1.y sckwc:ncji. Żadna 1. 111etod nic jest nic·zawodna i :i.adna nic n10).c zas1<1pić potrzeby doświadczal11c·go zweryfikowania hipotez badawczych. Najlepszl' wyniki osiqg.a si1: wtedy. gdy s\os11jc się ws·1.ystkie dost<,~pnc środki analizy ko111pulcrnwcj i rm.umic prohkllly i ogra11ic1.c:ni<1, jakie si\' 1. ni111i wi;1żq. Wyrażenia regularne dobrze sprawdz;1j;\ si\' przy idcntylikowaniu krótkich 11101yw
n. Wzrm;o

:120

~;okwrn1cyj110

w '.'!HU. 11· · 1· · 1, A. m1d ,Allwuod, TK. . 10111 01rnat1cs approadics llir the cl:1ssilicalio 11 o!' Ci ir " . rcceplnrs. C11rr<'11/ 01m 1;011 in l'liannrwology, J: I l•I .W. I olt 11Honpkd

Ufternturn Altsclntl. S.I'„ Ciish, W„ and Miller, W. 1990. llasil' local alig1111w11t scarcli tool. Jo11rno/

<(/'

llio/ogv, 215: 'IOJ-10. Altsclntl, S.I'., Maddcn, T.I .. , Sclialfor. A.A„ '.I.hang, .1„ Zhang. '/„, Milin, W„ and I .ipman, D..I. (iappcd BI.AST and l'Sl-BLAST: A new gL'.Heration of' protein databasc scarcl1 prngratns. i\cit!.1· Nr•s!'111·d1, 2S: .rlX'! ·•102.

/\llwoud. T.K. 2000a. The quest to dcducc prutcin ru11c1io11 lrolll Sl'Ljlll'llCC'. The role or paltem dalabuscs /1111·1w11i11Jl(t/ .lo11m11/ 11( lliochc111istry t111il ('dl Ilio/ogr, :12(2): 1.\'l '.i). '

Gribskov, IVI., McLachlan, /\.Il„ a11d l•:iscnhcro IJ 1'!"7 I" l'I · . . I .· . . .. ,> " . , . . , , /' . . . "" · '1 · 1" 1 c .111.1 Y·"·'· llctcc11011 ol d1st: 111 tiv rei· 1. I : protcrns. 1 /Ot''' 111g.1 of tiu· Notwno/ J\l'
AllWO
(il'( 'R

suhlypcs. 'fh·11t!s i11 l'har11111.

i\llwoud. TK„ lllytlie, M..I„ l'lmvcr, D.R„ ( ia11l1rn1, t\., Mahcy . .l.H„ Maudling. N„ McGrcgor, L„ Mit;:, chcll, A.I „, Mo111lo11, ( i„ l'ainc I<., and Srnnlis. I'. '.'(HU. l'RINTS and l'Rif'l'l'S„s slicd light on protein auccstry. N11d<'ic J\cid.1· lfrseor<'h. JO: 2Y) ·I I. AltwrnHI, TK„ ( 'rnning. M.I >„ and Ci:u11i1>11, i\. :>.002. I lcriving strnctur:il a111l r1111ctional im:ights frolll a ligand-bascd hicrnrchical classilication or (i protcincouplcd rcccptors. l'ml<'in l\'t1gi11eeri11g, 15: 71:>.

i\ttwood. T.K„ !~liopoulos. l.1.1·:„ a11d l'ind\ay .. l.IU'. i'J'll. M11ltipk SClJllt'llCL' aligllllll'.llt orprotci11 l'amilics showi11g low scq11c11cc hrnnology: ;\ llll'thodological apprn:wl1 11si11p p:1ttcr11„11iatchi11g discriminators rm (; prutci11 linkcd rcceptors. . i\ttwood. T.K. and l'lowcr. D.R. 2002. Trawling the gc11ollll' for (; prnl1'.i11-coupkd rL'.ccptors: The i111porla11· CL' or intcgrati11g hioi11fon11atic apprnaclies. In Darrcn R. l'lmvcr (cd.). /!mg /!esign C11tti11g Eilg1 1\/Jl1m11ch1·s, pp. (1() ....7 J, \ ,omlon: Royal Socit'ly nr ( 'hc111istry. llatl'llia11, i\„ llirncy, I•:„ { 'crruti. 1.„ IJ11rbi11. IL l!twillcr. I.„ l!ddy, S.R„ Cirilllths-.loncs. S„ Iłowe, K.L„ Marshall, M„ and So1111han11ncr. l~.I„ '.'.002„ The prani protei11 r:ullilics datahasc. N11cleie J\ód.1· lim· ord1. :W: 27()„.g(), lle11so11. Il.A„ Karsd1-Mi1.rachi. I .. I .ip11ia11. I U„ Ostc'.ll . .I.. and Whe<"ln. Il.I .. 200·1. Cic11Ba11k: Update, N11cleic 1\«it!s lll'S<'
Brody, T. a11d Cravchik. i\. '.'.OOO. /Jros1111hi/11111l'ir11wgost1·r<;1•mld11-c<111/1/et! 1''l'1'111ors . ./011nwl ąf'Crll /liolog\'. 150: 1'8.1 X.

lluchcr. P. and l\airnd1, i\. 199·-I. 1\ gc11L'raliznl prolilc sy11tax fur biu111olec1ilar SL'<'1/ll<'ll•'t' 011t! S!m<'lllf'I'. Silvl'r Spring, Mil: National lliorncdkal Rescarch 1:ou11dalit111. l'.c·k. l\.V. :u1d Dayhuff. M.O.

!()(1(1.

1\1/os

of' /'rot1·in S1·11u1·1w1'

<111tl

Stm1·1111;· /0(1(1. Silver Spring, MD:

National llio11ll'dic:ll Rl'scarch h11111dation. hldy, S.1<. I '198. l'rolil<- hiddc·n IVlarkov 111odck /lioi11fi1m1u1ics. I,!: 'J:iS (i.\. l':ilquct. I ... l'au.ni. iVl., ll11c11cr. I'.. I l11I". N„ Si1•rist. ('..I.. I lof111a1111. K„ :111d llairo.-11. ;\ . .1002. The l'ROSITB datahasc, its status i11 200::. N11i"lei<" „ \iid.1 /(1'.\1'<11·c/i . .10: .'..l'i 8. I'low<'r. Il.I\. I'!')'). Modl'iling ( j„f'rntcin ( '011pkd l\1·n·p1urs i'ur I ll'll)! I ksig11. l!i1•1·/ii111i<'// el /li11p'1v.1iC
gt'llllllll'.

< 'urrt'flf t >e1.11ifl11 i11 l'/u1F11uu·ology. 2: 5ól···(l.

.1)2'!.

·

.

S. a1Hl llc11ikoff I (i i'l
·

. "I. J. ·

·

. I•\. i' • · ·. ·.. , ·-· llllllo t!Llt su 1Sl1ltllHHl the Na/101111 · ({{( 1111_1· of .\ne111·1'.1· l!Si\, !>'>: 1091.~ il).

Attwood, T.K. 20001>. The role or pallcrn databascs in sequcucL' analysis. flricfi11gs i11 lli11i11fim 11111 ics, I: •l'.i '.i'J.

gl)l)

·

· L'

.\'· ·

011mo o/

i·I assc111'li Yo 1· protci11 lilods i'ordat:1hasc '"'ardiill,l'.. N ,-1 . ·,. l!enikoff,S.a11dlknikoll,.l.U. ll)'!I · ·•\11tHi ' 1 a'' 11 11 ;\cid.1· /ll'St'llli'/t, l'I: ())(1) 'f:l. ·

·

111alnx fru 111

prutcin hlol:ks. 11/iWl't'din.•,'S o.f

llcnikoff. S. a11d I lenikolT. .I.li. l'l'!•-la. l'osition„liased SL'ljllL'lll'<' · I 2..fJ('l): :17<1 ·-H. wt'1g it.•; . ./11ur11t1!

o/ iH1,fct·ultfl.

n;o/o.i:1·.

Jlcnikoff,S.a11d lk11ikoll.J.'!·lli. I' ro 1L'lll · ra1111·1 Yl' Iassilicatio11 h:1scd <111 S<"trchi110 · i·it·ili· · 1·11 J 11 Ge110111fr-.1-, I'>< IJ: •n 107. · ' · •· · · ' •1„,." ' 01 · .s.

s ''OOO I .. „ .. 1 . 1. . ... · ' • ·• llLI< .is.' '""'' :wc of pro1<:1n f'l111di 1., Nucl«ic Acid\· Nl'S<'001 • N·Ln1opq1 · . t'I( il'S alH 1 llL'llropcpiuh· · l'LTL'ptors in tit./). . I., c• ••. I gastl'r g('.llome. ( i<'noinc Nt»Vl'- _ _ · l. Jo.\ Of' 11o1111'111111 12

1łcnikoff,.ł.Ci„Cin·t·11L-,l!.i\„l'il'trut,uvski,S„a 11 t111t: 11 ikill 1

·11 li

w1 l

le

11 1

+·

f I oc \.s < al:i lt1sc scrvers.

1lall. IU\„ l'rc1Ho11t. ICI'.. . a11d l.cfkowil1 li, ··J · l'i'!'! . Il t ·i 1t·,1 IIl·1·" I . · · .. . • . ., ltd H'lTplor s1,E11al11w: P<·11n1 1 1 tl 1 ( · · p.11.id1g1n ' . .lo1mw/ <1f ( l'fl /lwlog\', 145 : 'J'.'7„.l:'. · '" ' " 'f'r<>l1•111 l\uang, .I. Y. and Brutl:ą'. D.l ...1 Ull I. The L'fvH >Tli' d·it·ill'l'L' Nit <·I" .. J "I· I' I (I< i f ft.\ \('.\'('(IJC I, 29: ~~().} ··I llny11e11, M.i\. arni Bork. I'. l
•

',)

•

1

Joost, P. and Mcllrncr. i\. :101c. l'hvlo1!L'.lll'.tic analysi · r 'Tl I for the Jredic1io11 of' or lh·

..-. , .

. . .

.

'. s o ·- ,.

.

lll!lldll (

·

.

·

'·p1otc111-couplcd l\'l'eptor.•) ;1s

;1 lt1c1I

, . I I .u1 Ilu pto1 l1g.111ds. ( 11'11011u· hwlogv . . \: l'<'.S<'archfl()(d. I I(>. Karc\1111, R„ Karpi us. K„ a11d 1laussil'r I> "00') ('I· . · r · · . · "'I . . ·1 · •. . . . . , . -- ...... .1ss1 y111g (1·p1ole111-cuupled ll'L't'plors with s111>JH1r! \CC 01 llldC lllll S. /ltotllft1/'lll' llHidcls in cu111pu 1 ~0 ogy. I PP 1cat1011s to protei11 1nodeli11g. Journal <~/1\/ 1 J!,,ndur !liolog\'. 2J5: !SOI .\I. Lap111sh, "· I'„ p osi, · ( ·„ I .undst<'dt. T. a11d Wikbc·ro I I' S l()()I ('I· . ·r „ · , fvl„ . (iutcaits· • i\ „ l'ru SIS. (1-protc111 couplcd l'<'l'L'Jltor,· I . "" · · .tss1 I< .1t 1011 ul 1. prirnary :lilii li() acid S('
•

•

„. · · ·-·

I.ce, D.I<. · I',„ ('I wng. R„ Va11t1,· W.IL. 1\rkhitl.u o I · · · T I· „ „ , · N°11)•c11 " , T „ I "1•11 c·I 1. 1\. · · S.R„ a11d ()' ll"wd. l\.F..?OO I. I liscovcr' ani . . , . • . ." .<.• wis. „ ".i11„, .I.I'.. ( ot'or;'.<'. Gene, 275: W~- J)j. ) I rndpp1!1J,, ol!t 11 IH1vvl ( ' proll'll!·-uiupll'd rn·cptor gt'llt'S. l.cikowit1. ' R„ I· -1000 · Tl le. „11pL , .1·I".11111ly . ol ltL'ptaliclical rl'L'cptms. Nuturt' (··li f'i / , . ;. I: I ' • 1 M11idcr N J \ '11 "!„\. ·-· . "" (l. 1 1 B1;rk ~t~;'''. "11"• '-. i\ttwood. 'l'.K„ łlairncl1. i\„ l\at1·111a11. i\„ l\i1111s. I>„ lliswas. M„ l>r:1dicy '. " li<. lU. "cl ul . .100.'. lntnl'rn: t\n intcor:11cd do· .. · . , . . .. · . . '.'.I'., doniams. I I .· . . ' . . . . . i~ c1111H !lLJ11rn1 H ~.0111t i lor pru!('Jll fa1nd11·:;, _. :•1111.is,d„1, I , 11011. I .. lkl111l.c, ( '.t\„ ~ lo1oshi111a, 11„ hi.\, ll.1\„ I·" Tro111'. I... kl i<'r I' ' , l.'..1 ·:. i i11. 'OOO. ('rysia I .';irnc111r" or rltodol"'ill' . . „' '' I., Stl'11k:1111p. •ff<'llf'l'.2g9:'/Jq ·!.''). .) · /\ (J prokil! c111qdl'tl r~·1'!'jil1H. \

„,;'

„. .. .

323

\l. Wwrcu so1
/\J.:-;:~

I< „ :;pi<':•d. S„ a11d Ti:•yi. (i ..~Ollll. lth'nlilication or Hl)( il r<'
p()C."iYI!,

/\/

(lL'i'/'>I,

111-:l
I 1•l1
1':111 !IL .·\.I .. Wa11:•. I>.. l\:1111is1a. I >.L., \!;111 BrocLly11, .i.I<„ I .mi11c:1.. ;1„, l'iscilcr. I U., Baker, D.I .„

1':111\' S1ui1il. i >„I. a11d /\llW
i\ new pad.age for co11ipu1atio11al scq11l'11cc

( '11111111t/1T. \1111fi1·111io11s in J/1,· Uios1·i<'l/('t'S, 8{'.)): ·1:11

q.

l'c·:11·so11, W.R. '.OOO. l'kxihk seq11c11l'<' si1uilari1y scarehing.wi1il 1ilc 1'1\ST1\J progra111 package, 1

in i\fn/l'c·11/,11· lliolog1•. 1.11:: !};) i
,„.,,,.„„,„.

t/Ji· Nutionnl, \,·i1d«J11Y (~/ so·1·11c1's i IS„\. HS: }_,1„1·1 ~~­ l'<'i>av I \'\TOllLI, I',„ I( llllllli<'L ( i„ J(oS<'lli>llSCh, .I.I'., a11d J .aud:\tl, J'„IYI. I p:.i11 a1 •.:;;\ lr"111 u1irn\1'11 i11 lipidi•· cu\li<· phases. Sr·ie1J('1', 277: l(i'/().gl, li.adl"nl . .I.< '„ I J:11 ie;„ ::. \„ :111<1 I low, .I.;\ .. 'll0.1 . Sy:;1e111<1lic· (i pro1ci11 co11pkd rccqilor a11alysis in 1•/1i/r1 111
Dmsc» 11 11(/lir1/r1gi<'11I ('/ •mistry,

!.Tl: 1:;:·', !Il I/. dit i:, '"''')')lll:. gc'l\(11\ll' :111d i deni i\i,;alioll or hun1a11 mthoh>:.•s. ( ;1·1101111' ilr'Si'i/!'111, IO: I (i7')··89.

PRINTS

!l\Plil' dat:ih\\'aLi ..'1„ 11:„•.a. S„ T:1Lac·::11. 11„ a11d rvti1al.t1. S. 21l02. idc111ilica\ion of< i protein-couplct!' n·1'l'J'\I

,„ ).!Clll'•· frlllll ilh: 1111111:111 )!<'lllll\\l' scqlll'\\L'L'. """'/IS /.<'Ili'/',\', 52.0:

\'•·I k1. Il,( · „ I JL:« 1:1. · 1„ I kh11k•" ( '. 1\„ I ':dc1.1·wsk i. k" al\( I Sl<"11 l:a111p. I>!. .1 ·:

:~OO I . 1\dva11ces in dete1111ina1ion

or a l1i)dl·\'<''.•llhllio11 1hrcc di1llt'1l;.i1lllai Sll'lll'illl'<' or rhudopsill, a llllllki of (i Jll'llll'ill·l'Ollpled \'CCCJl\O\'S 1(:l'( 'l(sl. Hiocf1,·111i.1·1n". .!(): 7'/!il T'„ \laidd1i, 1·,1„ 11loria1u1. \V.I\„ Tr:ili:u1in„, \{„ I lali, S.L„ Jl1cdduli11ll, I'„ ( 'hlli,

1'.L

/.a111:111akos,

U„

and

' God·

dard. \\1.1\. Ili. .'!Hl!. l'rcdiclio11 oh1ructlll'c allll ru11ctiuu „r (i prot,:in-co11pkd rcccptors. l'mcl'l'di11g.1

o{ 1/1,· N11ti1•1111/ 1\r{/(/l'lll,\' of'Sci<'11ces l IS;\, ')9: 12<>2'.'. 7.

z, >1.11lya. :;„ 1·:l'IH'.\'t:1ri.

I'„ :111d

( l11HiWil::

·I'!.' I.\

11111iL·s·1.c1.om:go

:in.

w 11illl

cz1,:ści

\V'/.(lrca

hazv

danych

rc'kordu do1yc1.:1cych

l'ROSITE ze szczc·

·1.tlolnuści

rnzpoznawcze,i

i)!\

sek wcncyjncgo.

1;1'1'!

1):;nor1·.',f); ,li iii I >;•1::

jiJ<

J:( (pi],i\

l<'l!l•'.Z\'l'l"ll); ill

111

(')\J

\li·'.<' ::1Jll!\

1•llllJ,;tl]lli'

llli\'l'i: lll'll!\'l'I·:);

1'1ll1d1•11:;r1\

I 'l'/11/ I

i

Oil

\fi.I'.('.])

I :;'l'/\I ;1, I I

11

111' I Il' 'l' 1 1'('

!'J<\

:J•:

!

I

:tli

'l'
(i;

'l'IJ;;\'1'1'11•'.

1011(·1:'.)

I'. \I,'. 'I•: 111·:1; I · 'i '/\I"!' I f:J, Il; "'J) l:/\J·JI ;J.; ':' ·: !•: ]·' l•:1i1•:/\'j' \/1:1·:'.!(11'j

! ;

FMP~}. ~-.)

_.Yl:•!A::,;'p,

IJIJM1\N,

'I';

(J'lVWIL,

111·:nc::~

'!'i

.r>1mw·:,

'I';

IJEl'(C;~

.llUMJ\N,

'I';

(ll 'ilJ'J lj '

111".IW.\ llllM/\N,

'I';

(l'il'\lN'I ,

lll·:PC>l .. H/\'I'

'I';

1,1<,c;t,/',ll,

l!J>:l{Ci\ .11\JM/\N,

'I';

<)bP/\V:-!,

lll·:nc11 .MOUSJ::,

'l';

t,>'JIJJ.lil,

lll':IW!3 llUMllN,

'I';

(l!l:IVIU,

111mc6 .. l!UMJ\N, 'I';

(l0l'li\'/1,

I I Hv. I ll{()ME

(J'/)',/',('ll'

NEI\') XJ•:Nl.i\

'I';

<)'/')'i 'J /. ,

MYCJL'. . .lllJMi\N,

'J';

(,l'/'l'Jlll(;,

MYCll2 ..MOtJSE,

'I';

'I';

()llNJJl>J'l,

HC:Ll'l'J

I IUMJ\N,

'I'; \.li>NXM:',

ECB'I'] Motr:::r::,

O'J'il'J'l,

'I';

l{Cll'I';'. llllM/\J'I,

'I';

(l'J'll„J'I,

l\Cll'I':~

MO!J::J•:,

'I';

<,)<)P'/tJH,

H\'l:'J".:. 1·:11'1'

'I';

1,>t li;; 1 I,

l:C< 'I

C/\J>:J•:J,

'I';

J'~! ~-) J

/\l'U ::1HW

:i.!
11. I '/Hl'!\ I

( l\Jl'll IJl'iJ/l'l'J•'.),

1!1 C'.

I J: I 1

I J. 11/l'i I .

1

PONPY, HCC' l

C/\Nl\l

lj' i

'I';

I

'I'; 'I';

l!Cl'..I

fl!;llMI·:

']';

p l.B'/'._)tł'

H<'.C'J

JJLIM/\N

'I';

p;uuoo,

1{1.'C]. MKS1\ll

l'.l'('j

Hill 1:: I•:

'!';

p:~łJ'/!l~J,

I{( :t' J

[_';C.'IIPO

'I';

J>;~r;un,

JWl.'ł

p:: l H'.~'/,

f{('I'\

'I';

l,J(11'JYI•:::,

!{(,'(

Di\NHJ·;

'!';


\!HUJ\ li'/,

!-'.{ '( :::

H J,.-_; !~;

'I';

Xl•:M!

1/ \

'I';

l.:i't;i; <'1\f>Jl"i\

']';

l.>'•>!t
J{ ( ' ( : : ~

l,)'ll'il'I'>:,

(,l(J ~~

1-:pc;n JJ!iM/\H

'I';

uqf\(JX~-i,

l.:l'Cf{ M
,

'I';

'I';

1,1.lHllVvlJ,

.'3J{1;J•:J" H<)V'!M,

'!';


'..'HUI·'.\» 11\JM/\!-J,

'I';

jvjf

J '

XJ>:f\lJ,/\

'I';

IJIJM/\N

'I';

l\Jll ;HJI ,< :1\J·:J•:J,,

'I';

(11lOYl.l(>,

.'iJ<(;1.;J.' _MlllJ:;J·:,

'I';

iy)h

I,

WHo:t ii

lllJMl\N, 'I';

PJBj'.,l>~

YBt)W._

o'/fl 1111 I ,

J\'J'l1.I _:;c1111c 1 ,

N;

()'/ 1_111::ri,

l"UX~'.~

I JUM/IN,

\'I:

l,lf]j{J;'.'/'

l'l'.Y.>'. 11.MN:l"ll,

N;

1,1
l"l<.'·:::rl MIHJ:;I•:,

111·:1\1.':~

MOl/[:J':,

N;

1,) 1

11>:,nu,

I I .''J'E .1 IUM!\N

J•J;

J I_)

YJ•:/\~-;rl'

,

'J';

(!GZPH(>,

11\'l'IZ. MOll:c:J·:

N;

<,>()NJ.!::1

I

f HTJ\ )U•:NL/\

N;

<,l'JOX<':~,

NEl\fl„ .lli\Nl{i•:

,

N;

(!Bf):_;c;{)'

NJ,:IW I Il IM/\N

,

N;

<,>')I

':l·!,'ł,

MEJ{B. _MOU:·.lI'.:

,

N;

()H'J 1J) i

~J,

NJ•'.1\9.IIUM/\N

,

N;

1'11·'.l<'l. f.llllJ::i·:

,

l•I;

( !'/!)

JH'l

P0/"9. _,r;c11110

,

M;

'l'!'l'IN JllJMl1N,

N:

'l'l'l'll'I f,!11\1::1·:,

i'I;

i,,)
;.m::1r, M(llJ:.:1·:,

l'-1; /\!_ ;;; /\(;HHJ!

i•';

J(/,

I

/\f 'V l'

l·:l\l~I

"I'

I";

f\lll'l"

:;'1'/\/\N

!.';

()CiC:dHH,

f\lll'F :..''l'M1I{

I";

I 'l,(1 \J I ) ,

!1.!JJ'I" S'l1/\/\\i'1

I"';

i,JlOl'.H,

1\J ,/\'I' .'X'I!l'O

I';

r: J l\MlJ

I';

td!,1;1~

I•';

(l(d l()Cll

Pt>(,{) I::,

/1111'1" :;'f'/\i\l•I ,

l";

Jl~}

Q()GC~J:!

/\Il l lj,' ;,;111 (\!\ '. ~

I";

I

/\H!~PI{

I

I

q _I .! H,

l,)ilf>O'J'I,

1) 1)1,/.I l,

/\!{{)/\I

I";

1,li>I\ l"'l'I ,

/\r\O('

LJ·; 1.;..;;:

I";

(l13DU\l\ll ,

/\l{UC

()'.)XC'!1(),

/\HOt'

,(;r11pp(1

}";

(,!HI) J 11 ~J

I

/\UOC_ }.i'l'hl'H

I";

J\?. l\l"'/ Il'

/\J'.\Oc« ,).) 1.PJU'l:

I";

PdCN\11),

i\l{t H .' _) ;•11H.c;v

I";

<,llUIJIJIJ,

i\JWC .'l'HUWll

I•';

(,_lU

i11{0C.'J'l\OW'I'

i";

'"i

()<)'/'.)l/ 1 ) '

l\'l'GT _};tl!/I'()

I";

l':\311 il'/,

l\'lul 1 Y___

1

l";

1 '\,Ił

F;

(lf)JJ7.Q3,

COJJN.l'SJ•:/\I•:

I";

1";

PO!\J::~)'/'

C~::uE: ..Eco:·)'/

I";

I";

<,l\J{Mll:~,

CYI.U IHJVIN

I";

I";

(l(>l•:'llJI ,

IJDH L. .'.:CJL,CI•'.

I';

,'i'J1JH '(),

I

l''.>OJl!l lllCfJI,

I";

JJHIJME

1.'l'O':i'I IJ/\J>Jl'I·'.,

PU/\l•:q1),

c::-:c1·:

1)9HOV),

PLlH I f\ __

l,)(>()l•l\J.'\,

I >I >Il.I

1·:1't)J,( 1

,

}\l~/\11'/I,

:.:01.1,c:

(l'll'l;[ll\,

l"/\J'.11 ::Tl-:1,J

l)'il"l{'/11'

(;(.',<_,;l_l

(;!il/()):

J<';

! '0/\E~J 1 ) ,

(';;<.:!·: J·:<..'0!1l

)" ; () 1J ~)l _j ! ) :~ I IJL>Jll B„1\Hf\'1'11,

JCD~)

I

1 1

1

! HY(~H

I";

<,lH'l'llMli,

l>L,U'.iJJllHi\N

F;

fl~J~:)HJO,

11N/\d _;;'PHPN

I";

I";

/\~)J\HYB,

l·:c;J·'liU„ VJG

I";

t,)'/J\1fB.l,

1•:1,1•;.~

IJIWMl::

I';

I"· F;

\»;

l,>illW'JIJ,

\;\.'l'...'l'lll•:'l'N

i)HZO
I•';

P'/'.!t.l:LJ,

Clit::J\'..!

!\ iU.Fl)

I

(_~(

·11 _CJ

i(

l'J'H

l; ! l)J\~~- l\/\11\::31)

I

li;

::'fI\JYJ,

I";

j.' •

(,? ~) Jlj J>'.

I";

(JllHIJ(dl,

t;cJJ'I.' M\llJ,c;g

I';

! 10N!)Y

I';

J>IJllOri,

1 ( ; ( ) : \ __ / \ .

I";

(Y'd"U:~3,

Ul'MI .,c;J,\IOc'.

F;

(>61•1CX'I, c;J 'MI ,i{IJlll '/\ 111\l\•ł l'/\1':1•:!.

i";

(!~) l 1'.~

c; l'J•JJ .. :::'J'RCO

I";

PO:J'/H9,

(jJ..'.Jl"! .PI•:TJIY

F;

li r:.:I

I";

<,_1~)}·U<-d ~:I

11'1 ::11 r11,:1 iu1

F;

I";

1,>t>YVVl«'I,

JJIJ.'·'.J (; ()j\Y,'';,)'

I";

11,Vll MYC'l'l.l,

I";

\ l l I)() 3

111 IM/11,I,

I";

F (Jl )IJ ()_):!·:NI,/\

I

11 ;

I 'H'I I'/ I ,

EPJ< 1 I __ :;CJlP(J

I

I";

I 1HHE>: .._ MO!JDI< I

I";

1,J'JH.';J;o,

Hi\f,Lll. IJIJM!1M,

I";

()).'J'(ilU,

(;11< :n __ rn11{'! 1J\

0 1 JHD.L~

(;(JJ

I

<'

1

0·1·1·1:,:_1 , I

111::11

\111\<:IJ

jlfi'.l] l1/I

! I ,\fj) M\'C'IH)

!.';

I' ,


J,l!FI\>: lllJH/\N,

I";

1·11•\ll

I

(!t\ PBH1_i,

I !) I

1\>:X1JHO,

I; O ' I . I l•Jlll J: :J·:,

!)

I

l•';

Pb~)

J l)

(J

I';

\llll:l\l.:'i,

i::

I

7J '

DR

DR

__ MOU:_;J•:

(illVP:l'/,

!Jl(

!Jl(

!' li!'

1\11~.l~~._y1\N'1'H

(,~OHO'.~],

()<}J\f;\i'lJ!) •··.. i·

.,r'

Q~_)JLLW11,

'!';

OH<'\\IT'.~,

·1.mvartm0 pn11ii.cj pmlancgo rekordu

,,,.

•11;

,

HN11

or. 11·11111,

l'l:.•.llY<'ll. 'I'. :>Ol) I. Tlll' 1111111<111 oli'ac1nry rccc:ptor

gcilnym 11w1.glt;d11il:Ilielll

lll

,

YJ•:/\;_;11i ,

(!~)/];·;go

'!,: n:~,(«1n:J1rnl I i\. I 1.:.

•U.

/\'11n·1

!HH·ll\1\1

l'IJllli'll'

\\1:111:'.. Il.i\., I ,,11·i11cz, '/,„ I lani isla, Il, I ,„ I .il io1ll, K„ Tigyi, (;" and l'arri li, ;\ .l .. :'.IJO I. A single: amino adtl ,i,-1,,rn1im::. lys,1pilospholipid spccilicity or !he: Sll'1 (1'1J(ill :111d i.l'/\1 (l':llfl2) pli„spiiolipid grow1f1 r:"·tor 1
/'.L:J'.-~

P .. ·i I iB(i1

(11)10

I Il I.

!)'/

1,f):-~O!Hl,

'!' ;

(_)'! '/ ~) ~)

i'<'llllll. M. :111d St>1111\i:11n111<'1, \'. :'Ili Hl. ( 'lassilica1io11o\'1ra11s1ll<'lllhr:ill<' proll'ill \'a111ilies i11 lhe Caenorhah: Scllnlis.1'„ l'lmwr. IJ.IZ„ <1nd 1\11wood.'l'.K. l
'I';

,f~~~--

I


<:Ol'<.' .lllM/\N :i!JMG

l'Wlf1JM

lJilXl(i CJJ\Y:;-J,

~

I

'

l
lJS'l'Mi\

I';

l,lliUIJ'/ l,

J-.ll)O __ _i\UH'!'~)

I";

<,lf,()/1/d,

M:;1v1. MJ·:'J'c:,'\

I";

o:~c:) ~r;

,

HllHJl NOV/\!>

I";

1,1:'.J"l·;l"J,

l'-H )H.1.; _~ ;'! 1 /\/\3

V;

1,)>~<

;J p I ,

1·,JnHC. ) ,\ 1 f'l\!\\~

i";

O'.!Yll,1 : )

I

!·!il!'.(; ;;'j'/11'\J\

l";

l.> 11lldi!

I";

cy.J<)X1\li'

Vl1\H'/f,

I

I JOi\(; - ,c;rl'/\i\H

J";

(,)HJ)/jJ"t}

I

l'IOJrn . V I B\lll

i";

l,l'/1'11"YIJ,

l\JOlrn ..V.I JJVY

I";

(){)'/ :~ ~)~)I

) '!:Hf'>. J.>HOM 11

I";

<,lHJ•lllll J,

1'1·'.l'J,\

IJIJM!J,I,

F;

l";

P'.-~Ci::Jli,

11<;1 1 HJ

J.'l/\J::,J·:,

I';

1'0('0;; \,' (lf)N::1.;1-;,

1\H/\Tll,

l'l·:l'f, I

H< <11,>;I·'.,

I,

PUNl)Y,

I'; I";

Im

P:l!i33(i, t•r\ fl'rl B,

PGIA'lj\C'l'Cll

li';

(J3~)'/G6,

UC:l1H_.<.:O;:BJ\

1";

(fS~J'/B(1,

PCliH "co~nu:

1rn

pc:;J,11 .M/\J.DO

I•';

p;~r1 1 )/lH

l"·

()0'.~(l~)(J,

PC:J,H PEHAE:

Ul.:

PtlB9'/9,

PGL1H YHUPI':

Fi

l:'O~l

1 I _I'/,

PGI,f\ UENOI\ PCLH„ ,t;()LLC

!";

(JO'i'I(>'/,

PC:L,11. 'l'Olll\C

Dl\

\)0/.d 1"1,

P!IMW „PSE/\ll

I";

<)
l'llNW P!:t•;1\h

I";

t,L\I
l'llH\'1. PSEPl"

Dl.:

QBVOMG,

l'OL,c: 11/\VBB

I";

()'iY'.lf\1\,

i'OJ,C:. 111\Vl'.F

!";

p()(;l\•l::,

1'01,C llf\VC!\

Il!{

f)C 7 B :~'i,

!.'OJ,('.; Jl/\ VC:ll

i";

l\]FMK',

l'CJL,U. ll/\VII:'.

I"·

C,>0'>1'>··1,

1'01,t.;. 111\VHI\ i'tJl,r: 111\VJ,)\

- ! ·- SllllCl•'.L.! ,lJI.i\I' L.OC!\'l' LUM: l·'.X'l'l·:1\C'J•:I ,J.l Il,;\!\ 1 -·!·· P !1M: N-·Gl1.t'C'USYli1\ 1J'J•;n -· ! P'J.'M: PKC /\1'JD Cl\'.!. i'l lu:; I 'li UJ\ y L./\'l'J<:IJ ... ! -· P'J'M: MYI-u:;:;·1 0Yl1/\'flf•:i) 1

.„

-· ! ,<; TM1 J,f\l\ l 'l'Y : CON'l'/\J MS I J::c: J"„ l ,J Kl•: l l< JM!\ I l>l EMBL.; L>~')iJOJ. ; 1'10'1' .1\l>INO'l'f\'l'l::uc·n" I ". . . PJ11; /\Ol:lfl3; (Jl\llllld> ·'· l,f.!J,J, I t.r·t1lldnl·. I i>IJl:.J I

LW

!•Ollf,J '/,

PO!.t·: ll/\VllM

I·';

tV~L(;W'/,

jJ(J{i(;

llf\Vl!H

I"·

!'Of,'1·11,

Ul\

Pl3 1.10l,

!l()l,C: llf\\/M!i

i';

()!li i~m I ,

!'()J .l; I !/\\!NO

[.';

\>\i\ 1 >1 J:i,

!Jll

P:l.l '/BH,

l'(Jl,C: 111\V!:t'

I";

t)')(, L\ 1\ ,

l'l'J(,1\ .. IIUM/\f'J,

I";

t,i'J:nMll,

Pl) i L/\ __ MOUSJ:.:, F';

l'l\OJ

C/\l·:!•:J,

I";

t,J'.:b'/:l>l,

1 1~0F

!'Ul.i\ 'l'lll·:M!\

l";

O~JIZ l)\f'J_lj I

P'/Hl·: B1\Cl-II1

P;

l"n:J:: l"lJSNN

F;

Ili\

/\l\\o/SU'J,

PIZO.I Cf\El\H

I";

(1:.,:rnor,,

!li·:

{,JHN~;11q

J'i!l'Llt.cr>l\(:I„

f.';

oJ

I

~Bilo,

!Jll

Cyl ~)~J J H,

1''/1-'.I•: Cl1Xllll

I•';

u07b~J'/,

IJ1'

t,;'/1llJ:~·;,

PYHJ·: _L/\(\JU

!•';

11 '/'/HHl)

Lll\

~il

PYH1':

J

llh'.

t,1HE1~·~~»,

\ 1 \'l~l·:

\•';

P 1HH

1l(1

I

\t{)!,l;

1

llAVri/.

1•';

()HY(if1B,

P'{l{E 1,u-;Mo

I•';

(,! 1.-d!C;f>f/

!'YHJ.:

~-;rP/\/\C'

I";

\1(1 l)

P991t\tl,

J.lYHE _ST/\/\M

i";

(J(>Ulll,10,

l YHL•: S'l'/\f\H.

I";

l,!(1l_;/\OH

1

P\'!{!•: )'jrf.1J\l\S

OHMX:~

py l\J•: J;'l. 11\/\W

t··;

(,)~)

ll l'Y {1,

l 1YHI•: )_:'t'f\l'.:t,,J

I";

t.)Ut::;vn'

l"ll:E ::'J'l\I'::~

!.) I

I

1

~)

l

(1 I

\I'{ J{J·:

S 1l1!\AM

t,irlL,'>\l'i,

l'Yl{!•:„:;•1•1\Jlc!

!";

r_yJ91J.J\'(1,

PYEl·:_ .c;T/\.1 ; I

I";

(l'J'IHI'/,

lU\\/I

()(;J JUM'J,

IU':'I': ;•p I lllMl\l,J,

!•';

()~):1, '{j

J{]IL\ ./\H1\'l'll

[•';

(,J(d )~_1lJli

l

I{

\l'>nllJ'>,

lULl1\ ::l\t.C:ll

F;

\l(J(d)'l I

I

p I H/\ ):)1\li'i'T

11(1(,{)'-) (l I

1~

I il;\ ,(,)/\l,'L'Y

(,J' /\rVMY :~

I

!{Li:'~~;,_

(Jtl/\~-1{)(1

I

HJ1()_

nc )!-: Pil·~

M'tC:.:'.J

tJ'

H]

i";

<,J:\'.i,J·:l"O,

!:~/\

_;,i1\l1l 1l\

\U HA Y r·:H I li·:

\„;

t,it,(1/\ 1 li,

1

F;

F'l' UCJMJ\.Lf\I '/ <> LI'. l·;r ;J"

F1l

I

F; F;

!·'

l//\JlllL'.,

lJ,11:'. 1 1 HOl\PE

!·';

cyl'!'l)('O,

[{'l'!ff1N __ Ci\Nl·'1\ 1 Fi

l·';

(.lOfM{;r1,

:;Ji!

T/\j.'I) Yt•:/\;:'!'

I";

tlii Il'. l,

'1'11 Il! 'l'IU>:l'f\ , F;

J'.i\ć.'~:u

I

tJRY~)d

C!\l\1-101-!YD '/

\)'lYt:ll'.~,

'l'lU'l; l'YF:IZO

!";

o:LU'/O'

'l'IJ/\J.:

I";

l,)Hl\riJ\/H,

IJl\I{>~.

u1.m::

MOUSJ.:

1";

p1\'.)0~~1;,

YlOH:~

ll/\l~:JM,

!·';

()'.J0(1~!::,

v:~ 1 i'.lCJ. __ _MYC1l'U

Q'IHS'/0,

Y:l'/ll. 11/\!,f;/\

I";

O~!"KHJ,

v~,):~:1B

/\!{/\'l'l-1,

!";

1,;iHn:zo,

YN1\'.::_fiCIIPO , F;

lAJ::;

IJ(J

i'IlUCOIJ',1J1l;

)

1

·(l(llltdiii

1, 11·'.I·:

'.f\

I I":; f\hll.:J,'l'l ;: :1 JVN I ,J ,/110:1\11,! ,: ; I 'I•: I JHIJ l.l"llf'l I ,'I'< I l . l•I 'li ;.'l•l·'.l•"l'('i\\'l'IJl:t·ll,i,/1l:IJMl:::1·!,'l'l·'..•\l•'.ili\'J/\

Na podstawie wynih'>w Ili" , „ I" · · ' . zcs;,u '1W:tn 11 :t!. da11vcli l'I'< >SIT!: · l'I" I . zv Lhnych I' .i111 d11 :1lor h:1· · ' ' · 1 1 ."' '. . ' w1:,s rot u1.11a ŹL' :tllali11>wa11<' hiall.o ina do111L·11\' I y .. . I l\Cd· otaz miqsc·1 olikm:vl· . „ I I I „ , rn.i1 <
s ·

'\s1~o;s1:1 puwsta"l'·\'ł~gu

F;

p<

dJ~tc,

ad111J~acje

typu sekwencji'/ Jakil' dod;itku1w '.1hy podn1tsl \V1;1rygod11osL· tego typt1 adnotacji'!

(~dchw1~'. lllll1~:szc1.erna

:i,

w

chwili umies1.czcnia w 1.asohacl1 bazy danych. :t.awartuŚL; rdrnrdu hyla

uaktu-

alniana. Czy obecnie istnieje potr:t.eha jego kolejnego uaktualnienia'! Jeśli

lak, to

Od

w jaki 9.2.

9.3.

Ponii.s1.c

or

bazy danych

Rutynow
EMBL

doprowadziła do utworzenia nastr;pująccgo rekordu bazy

Swiss-Prot:

Jl.·

ha;._"

ri,'lll)'l'II

· c•

rl'kordt1

hyh

t1·!1111

t1:1Ltwd11ic11i:1·1 ll:s'l,·1 t·1'1' lt·>· · · " ' "·

·

' ,,wi:;s· l'iol /:t\\'Jc'l' p1qu1w:1nv) /N1<·ifi1·i (konger). i.'tl

(a) lLl 0\';3lJ„ 1\1\i\l!I·: :.:'l'1\l•IW1J\J ,> ,· 1•11.•1• ,· " ! )·1 [\/\. DJ>: lJl,'l'J.:1\VL!1J.li:'I' "1'11 · 'I' "„.;,1 IVl•:<>l•::Jl·l (lll.'l'l:/\\/J11J,J·:·1'<·t1NI·: ( 6 !"();;) . I •I I< l'I'< il: 10:< 'I·: I "1'1 li' I• I< :r 11·:1,l'I' I

Ili•,'

lll

/\Pl·: llUJ1Jf\N

f\l.'.

i'OlUO

l!N Il

D'I'

I

J(p .":J•:(JIJ\o:i·IC'l·: i"I·:( >H 1,1. i\.

/\l'l{l "d)

J

IJI·:

f\l'(Jl,ll'Ol'IW'l'l•:ll>l I•: l'l{J•:Clll\!;1JI( (f\l'tl· I•:) (l"IU1t:ML•:l'i'l')

He ·1·.1::::u1·>1·:Y1·:;

c:N

f\1'01':

RX Hlml,LHI•:; ')U 1·1 1, I ;

U,c;

l!u1t1r'1 :;t'lJ1·ic'!l.';

OC

l•'.ukaryol·d; l·h-·Ldi:(ilt; C'lit__1!ddttl; ('1·,u1i,1L,1; \h·Lt·l·IH
f)('

Mt-1m1n11.\id; l•:1tl.lu:·1·i.f.l; \•1:i1Hi!L\·c:;; (:uL.u r·lLi.11.i.; łfumi.t1.i1L1~,~; l!<1l!l<}.

l"llNC'l'J IJN:

rekord\)\\'

1wiL:j11,·!~o

kruki.11:1k~.y

':313 F:\HAl
11iow·111iL: lJ\I i \ , ·. s ora:t. O;ilifl'/i//111s

sposób?

danych

l'ragnwnty

z:1\~':irtośc'

zasohacl! ha1.y danych

a'nlt
li

C('

ik

J)()'f1f•:N'! 1 1 T\J,

'„\ (

:UM;

.\U

1

l'l1C:\IN\AJCl':I<'l"l'J,:;1·.J1;r;q>Yl,t'I I" I' li

HUMAN, F; 1

J '/

'

li

Fi

(,)(JVJKZB'

1

IJl::rrn l.1\J Jl>Ji','; Li\Vl"I·:I Jl·'. \/l"VJ 'l'I) I 1111'

F;

'l!~:RP.~;

1

J

S(l ::1•:\.HII·:N('J•: LW l\f\; ')',:\'/',MW

Fi

(J'l\l'Jl}:O,

ł

KN GJycupi-ut'.("L11; J,Y(knntlii 1 ; !·:(;1•· l"'l' liOM/\JN JO'/') l,Y llOM1\ LN

l";

<,JllHW,J°/,

pJg i.:,:q

!Jl{ i'l\0:3.L'l'I•:; l',';(IUIJOti; Cl\:.( .l'llU.':1'11r J ;; 1'l'I". !Jl< J.•J(CJ:.;J'J'J•:; l'.';()()l)()H; M'il{J::'l'YI,

F';

i"·

I";

JJH l'!W.':.l'l'E; l'.':OUOO I; i\:;H r;l.Y\'U.'.'Yl.il'l'IUtil !Jl{ PWlSl'l'E; l'Sll01>tl',; l'i'.C' l'llr.>::1•110 .'.'l'l'l·:

!3Cl!PO, li';

I H/\ .1~:B.\rVC'l'

1< ! I\;\

I

i";

::lll:C. Cl!UC'I!

f\lJJ•:()L,),

DF l'l"/\M; l'l•'OOO',H; J,Y Ll\JMilll•I

l1l\CPJ,

L~3Ml"

j

!JR Pl"f\M; Pl"O ()O (J H; J•:r d"

P;

'PRYBn , P;

PYE1':. CH'.l~:J li

I. y J

~)I

I

1

I

! - E:IMlU\!U'l'Y: CON'l'1\J Ne; I J ,y llOM/\ 1111

(I!ttflldtl).

f\

i'(' I•'. Ml·'.DI /l'l'J•::; \'.I l>ILU N<;,

'"'I< '1\'l'/\l'.t'll ,I:3M

I Hl'l-:t\W1 I. I /./1'1' I Ui'I •

<'('

t Jl" J, I 1'0 i'l\ll'l'I•: Ll•I I '/1!\'l'.I ('I .I•:::. I 'I' 1'f\l•I : :1•:F\/l·'. !1:; !1 I, 1t ;1\HI

I'('

.'; l'l·'.I' 11" I I' il J>1>„1·: I\ l·:<·1·:l"l'OI·: ( IU•:Mhl!\l•l'I') 1Jl" 111<'.i'f\'!' Ir' 'I' I:;: '.111·:::

>

I·'\ 1J> 'l'l 11·:

Hf\ RlJB I f>l.';()1,1 •I. , :;1 'I IM I :l"I' i"... [ · , 111\l·\tJ,'; I I". I . , l'l·:J·\ ·1·: I < ą, f![~I j ( ' f;jh'j'J "(' I {• ' . I l )I 1\fJ!' ! I!{; ce .... „ I. <1.::.1\. '>l>:t.rJO'J <.t11·:11·1•J I I l"l/J:l<"l'l<'IJ I ' . .i " : : :1 Ji\I, i' I 1 :111<'.l·l'I':: f\I·' I·: 'l'I J I·: I, i< :11'1' i', I";, il' 1 • I I I . I. I • ('C:

i.,,"'"

\'1f•:JJl.t\1l1P:\/J,';LllH

f'C ('.('

I 'Lf'JI: l•:J 1 '1' 1' <'I::

'1'111"\"'

t

('

r•1•

,,

,),

. !\ i ( Jt·l. il,·,!
: ;LJ/ i,1,, l·: I ,I,! J I ,.J\J' l ,! J( '/\'!'I i_ lf,J .·

•

i

,J.

I<

1 '·' 1,·!'11'.\'!IJ,J·:.'.'I'!!,'!' J] '"!I J ! 'i J\. I ,l•:i.J'l't ,·,·

"

1111 '' 'l·:t :1: i\l • Hl•'.hl; I :id' Il·: I 'I« J'l'I•: 111.

'

fl. Wzorco sol1woncyj110 w· rodzinac:i?

:m Pr1.can:ił i1.uj frag meni 1.aw:ir1ości rekordu ha1y danych Swiss-Prot oznac1.oncgo jako OP::c _CARl\lJ i 1.awierającego sekwenc.ię receptora wzrokowego karasia zło­ cistego:

9,4.

Iil oP:3tJ (.'/\l~/\lJ f\C p]:-.;3 ·1 Li

.lfl I) 1\/\.

D'I' O I· OC'l' Il'I' fl"l ·()I •111

JJ'I'

ll'/ 1i1I;

Pl\

l;('!\!JJ\; 1 ;(:J;

Ili\ Ili\

I 'l'i\i'l; I 'l'il i I() Il ! ; 'li Tll I ; I 1•i;r1::1·1·1·:; 1•:;11o::n; r: l'l\IYl'!>:11•1 1u·:c1·:1"1'1rn; I.

1i1:

l'i't

1:vJ

, Jl' i<\' ".i
>lj'(} \ ;

. ·1 l'][\J'.1!)l!{ll{1

lf.

I': I 'l'I'. 1•;;l)O:o

\H; r 11•;: 11·1;

I'

I

.

.

.

,

1

'

1

1

l'l'll'l'l
i 'J

I

JIE

ci

()[;

C{!L"d:;:;

RN

11 I

l:':(.'ll

::i•it;;

i li:.;

ił A Joh1i;.;ii1il\.l1., !_;J •. HJI l<.J{., /,(illl(t:! 'l'.<'., !J,()(-'ll!uf.'l.I•'., M1:~rlJ:3,<_:.!1., Hf\ Ndtłi,1u:; il., N,1L,1n.i !;li i l<.;

lł'l'

"C:J
L11q

dIH

Jd, 1Jioc:l11:111i:;l

ce ce

1rn 1\1'

IIJ ;;1·:r,lll1•:1·J\'l1: l'i;lll"1 H.

!C"

H!·:11J1J!·J1·:

JU\

:\L(:ll(:1-::., lli1.111 ,J. _" . ·t ~ul tlu_~Li\Ut: :;c·n:;.iLiv1-!rud Il/- I l>;1) J '!)(I! l { : ; Il(~(: 1- ! ( l l l \(I 1:1<) J 1 :{ '\ 1 l 'I ! .-, l t \I (, -: I t . " • .· . . lu• t.'
11

1

P1·1H' J'('

\'(' (,°('

\:('

('\'

!Z.

l(

J

I~ l I ) J • ',>l

I)

J\ll

:;111·.

- . ,

.,

,

1 •

• , {) -

11

•

'·''('

.i

\I I;: 11111 11·1111111.11 :IJ'I'.

,„

,, , "

l"l'M; ;:uM1·:lll
('('

\'('

I

-,1"1!1I!Fl rc·1111• /\U;_;\)l-~l\fNUivJ.\)J,f·:CULil•:Srt1lI/\' l'lll•J(''l'IUJ.i: Vl.'>11/\1.l'H.J•ll'.l•ll,,/\I,, , , ' . ,. , l\]\"N'l'JY Ml.;!)l/\'l'l·:VT::iOJ·!. '1'111':"1' ( '.l\.l,J~';:u:·1' ()\•' /\\\] /\POPl~O'!!l·:J.N, ()jl,(;JN, cov„ ,I 11'1'1\•1•1i1 ·I'' 1'1''1' I N/\I,. I, 11· "" · '' ' ' 1 , , , , , J Ml"Mlm/\NI•: i'J{l)'l'I·: IN. ,';li JH .'I•: I, I ,I JJ ,/\I< I ,()(:ll:l:.l 1l1'1,: \ ; .~ :~~ ;'.;.~ 'l 'l l(,l'J'
l'l'

11„hH

J

1'('

('t'

1i1•::111 ::111\1"1\Ml.l.Y. (;('in 1J 11 < ;1 ·i.:

111: lll'.

1'1"/\i'l; l'l'il lllJ I\ I ; ·1 I "' I ; I l'l:ri;:l'l'I·:; i•:;IJO:'. ;'/; <; l'l\li'J'l·:ll'J

Ili'

I ,I •,·,

l.l·i

l'!ii il ( l\

!'.VJ

I 'I\ f i : ..) ) I• ' ' i „)' .

J,",

I 'l'I'. ,· I',' :1111·.·. ; I

'I,°•

l

ce

1

ce CC CC CC

'l d

I'

'J! i I

'

I

I( \

'1 ( .11 . ': .,

·1

'J '; l

I,

i

i i

I; I·

1:1·:1·1·:1'. l"I

\li':; 11·1; I . l i !l
. !l; ']'1dJJ;_l!Hi:!lll11 d!lC!i (;J,,i1'<)j11 t.lLf'lll; '

('1 li

lJ

'I•_:<

i

r \ '( :1 'I i!' (i!

•

1'

1·11\.

L!i __

'

V.

,

I}

id1is1 ··d;icś n\i.nkc'I .kśłi tak, Io gdzie. l'uru11'11:ij :1d11ol:ic1c ol>11 sckwcnc'JI. ( ;,y v .. ·:''i 1·. .· . I . zwcr)rliłww:.1ć po· · 'i I 'Śli ni· dhc11' 0 \l 1 a' n1o/.ll.t 1 Y · · , 1 '1v :1d11ot;1cjc s:1 ruprawiic „ c. c,. ' „_,„, „ . . .. ,. I ol'ic· c? 0111011' I· J· . I· . „ v ·1·1k1 s11osoh s1wrn 1.0110 ld 1,1c dl li ' .1 . , 1 1 . . . I . ty w b·1z1e d.i· l , „ 1\·1m·T ad11ol<1cp. ·.i• s.\t I.IS/„' ·' ' · "· · . · 'Hi mt·ici'i n·1 len 1 lllllL'. re ;rn1 · ' • , 1 jak l:1ki jcsl wpływ spo:;o Hl twor1.c1ua' ' . , . , . ·I S .. ·-Prot rM.ni się Il\'~' II. ( ·•/, \' ·1t·111·1J11·1 • \ ' ' ··1·11var1m:1• obu rckord<1w /. lm1y danyc l . w1ss o;I tyciI 1;r1nłstawiJll1yciI powyi.cj'I .

. ..

.

„

„.,

.l

'

•

-

•

,

l:~:'.'.OH

., ! "' FUl\J("I' !'ON: V I ;;11111, l'

J.(

up:;

i 11

:-.;1..:quc•11vl.:S.

11 ;

>Ml·:N'I':; [\J{J•; 'l'l 11': I, I <.:J l'I' /\I 1:::orrn1NU MCJL,1·:c111,1·:::: '1'11/\'I'

MEi Jl!\'l'I·: V r::JoH 'l'lll':Y ('(\N.'': .1:;·1· C!J" /\)\]i\] '(lj '/\( \'l'l':JN, ( JP:C>JN' CO\//\ 1.1':1\J'J'I,'( J,TNl\l•:IJ '1'1l1.:1 .':: · JO•:'l'JJ:!f\J,. <

P'l'H: : ;, lMI·: Ol\ il],!,()}.' '1'111·: c111rnox y 1. 'l'J•:l
()H

'1'111\ /\Jo:C:J Di JJ•:.C: M/1 y

MJ ::<:1·:1.1 ,f\l:JJ<:(ll),•;: '1'11 I :.; op;; IN I Il\:; 111~ /11\: :<.W l"J'JON M/IX.lMUM NI' •:; () 1) NM.

„

:::JM I I ,i\)< .I 'l'Y: rn,;1,\JN<::·; 'I'() Fl\Ml l.Y I (Jl" \JJ,•:.:TN ;;JJL\F/\HJLY. <

(.;„.

l'HO'l'l'::l:M CllUPLL•:u HJ<:C:J·:P'l'OH:3.

Pobierz l\~ sekwencję 1. ha1.y danych Swiss-Prot. Wykor1.ysluj:1e znajomość pin„ wolnych i wt
1 : ; '/ '.~ ;

Ili'.

1.1 l <_Ju.l cl I .i :·;11 1:.1 ( l'l 11'l).

I c•;"q lJ'( •;;:_;i< 111

1·y

CC CC "! .'3lJllC1·:1.1.u1,/1I< l.C\\:f\'l'J()f\I: IH'l'l·:<,;l{/\J,Hl•:Muru1NI·: l'/\IJ'l'l>:IN. CC " I 'I'] :;::;1 m :: Pr·:c I I·' I ('I 'l'Y : 'l'llE ( :ou lF I, Ji:Ml·:H'I':; l\J.:J•: !"( l\J]\JJ) I N '1'111•: ('ONE CC 1'111 l'I'\ ll\l·:<:l•:J "l'OH 1.'1·:1,1,:3.

I l•Ji\J •;J•'I\ l\I·' 'l'lll\ 1rn:; 111\J\o:.'3 M/\Y „" , ,

1:1•: 1•11r1:31'lllil'.Y\,/\'l'l•:ll. I ' l'"JJl'l"l'ION l·•J'\YJ 14lJl4 /\J{lllJNLl tJH'I NM. li' li'' 'l'lll''lJJ":ll"Jll'l';J\l'.1„„ \ ' .. „ Ml.':('J•:t,!1/\]\ ',(l,,,: ,, _, ':• ' ' '- \)]ll)1!1FTN('()\JP11J•:nnr·:C'EPTOHS. ;;J 1·11 J,i1I'. l'l"i: 1:1•:1,i JIJ<;:; 'l'I) l•'/1MI Id I \li·\, " ,

('('

I

· 1 lii~~H~\CJ'/ 11

i Li vc: qp:;; i 11 l (Crc:c~n c.:011«~ pl1u! occ•(_:c·pLu1 p.i_qu!l'~lll.). ((;c)J<-11' i ;:11).

(ll11·,tt 11:;

IH' :;1·:ou1·:Mc1·: 1··1:, >H N .11. !{;{ MJo:DLINI·: '1'.l'.;llll'lh; l'1i1*11·1l.:l{.)JHH:Jo;

1'1"1'111'11 l'l'<"l'Jo:ll•I· 'l'l·:,1\1"1.':Jlll·:Mlll:/\i'll·,; \ ', ' I ' l , , )! .>

·1•1•1r11·1·

l 'l'J l (lkJ. /;'f, 1:1·c:,ll'vli) I q q ·-; (!!<:I :: '/ ' J1d:-;\ !;\!fJl.lt:!]1'1: \!j Hl.!!!•) I li or "l' . : O O I (lii:I d {)' L.d:;t 1111111,)l .:1\ i
\

9.S.

.Jakie 1vnioski moi.na wyci;1g11<\Ć, analiwj:\c wyniki pr1.es1.ukiwania? .lak można je pogodzić 1. adnotacjami 1.mvartyrni w odpowiednim rekordzie bazy danych Swiss„Prnt? ( '1.y adnotacja jest hlt,.'.tln
i\C (/~.i ll'J' Ili

q ~;

l·Jll\/

1'1·:1·:1,IHln/\lo'."';

PH'l';

L~U/\/\.

I ')'Jl, ('!'1 l·:Ml\l.1 •.•J. U I,,., •!
.9. Wzorce sol1w1mcyj11e w

32B

:12!1

Ods1.ukaj w liazie danych Swiss-l'rot rekordy OI•l\fvJ 11\JM/\N orni. r1, pu.es1.ukiwania dla Sl'. kwcncji OLU '.l3. Czy przypisanie hialku f'unkcji wylqcznic na podstaw il'. wykrytego podohie.1istwa mic,'.dzy sckwcncja111i jest u1,asadnio11c'! ( '1.y potr1.cim ,,; ty, 111 celu z.chrać wic,Tcj inf'onnacji? Jeśli tak, Io jakiego typu? .f:tkic c1„y1111iki lll;lg; 1 wpływać na wi:1rygod11ość adnotacji w bazie danych sckwc11e_ji? ('o 111ożn;i zrohil: aby podnicśC· wiarygodno.~l: adnotacji u111ics1.ct,;111ych w ha1„il' danych'! 1'r1.canalizuj l'ragmc111 zawartości rekordu bazy da11vd1 Swiss„l'rot 1.awicrn_jqcego sckwcncj<,' hialka ludi'.kicgo cytomcg:ilowirnsa. potb1~1:i poniż.ej:

01·-f\IOV-J'J'Jb ('l'rl·:MBt.r·eJ. Ol, l,;t:;l !'1:([1t"11cc-,upclal<~·)

ll'l' ll'I'

CJJ„,ILJN-:rnoo ('l'd·:MBJ,1el _ 111, 1"";L;uu1ul.1L.i.un1tpdill<':)

Dl·:

:::JMJL/\EJ'l'Y 'l'O M/\M/\M/\L.I/\N Mll. /\Nil l\/\l'l'/1--'l'Yl'I•: Ol'J OJIJ l'l•:C'l·:1"l'llW: -

C:f\I

ZCtl()~,

U.

O~i

()(' ()('

IJ I

1-:1.•1

;;r::l,)\JJ•:MCI•: l"l{()M N. /1. S PIU\JN;:.::J·\l-łJt·:'\'OL N:~; 1

!{(:

Ml•:llLJ 1·11':••'Jtl l "i0'/ I B; l'uhMc"I -'/<)()(,_l
ICZ

l(\1aL~_; 011 /\., \riJ(:!.ili:;t~<»c:I: :-~

~~

11

I{'!'

<:I '"fiHi:;. " ;

l·U,

Mr'ltu1:1~

Irn IU"

::1·~()lJlo:l•lr:1•:

1\1_:

::'l'H/\lN«•BIUD'l'OL N/.;

•

Mb

L1.

L co 11 1 i( f\HJtu·;

l{'I'

0

J()n:

J

1

1Ht<

lf,Jj1ki.t1!:t)I'l· ~;tll.-l)
'.1 v< >t i.di'.

~;-; r~qu (~nc(_-,

L i·( Hll 1: I 11„t illit i:;( 1rnP I I J ( ) I C .

lJJ,'/ fi ___ IICMV /\ i'.l b'/ !Jl;

\ H ( L
(Jl„f\UG· l'l'JU (i!l'I.

I :' l

H/\

Uc::11t. L1.:~~v n. , I 1(:: '!'. 'I 1 •

I-;J,

.C:11bmi.l \.c:tl (/\Pl\ -J'l'li>) l.u l.li,• l·:Ml'.l,/C•!11l'.;u1k/UIJL\.I di!liilid::<·:;.

;

HllllliJ!l c:;LUHl<'q, ! _I<)\/

HN

1'JCL'.J 'l'.1zJIJ

re 1>

.<; r·:ou r·:w: 1·: l"HUM N. 11.

UC

.(3 1 l1IU\JN.:::l\l\J~·;r1•01,

l\/\

\f,/<1 t c:i--s

l{\ 1

,i;ulmtLLLecl (f\PI\-. !_~Jl)()) t·o \.\}(.·' 1•:fvlHLi/l;t•11Hr_111k/\)D!hl d:·1\ t1lku;(

1!1,

('1

'"tl

•«I)

Ol --/1UC- I 'J'IO (l-:1• I. I 'i, 1„i:;l "'"-Jll< n"'-' "i"ldl t') LG--ClC"l'--/.001(1{<·1.1JO, l„i:;l 111111nli1l i"n 1qul;ll«) JlyptlL!Ic·L.i Cd J I> I «lt-•i l 1 l 11,'/ !l. tJL,'/ f{.

l•'l{UM l•I .11.

i

1·t1:; (

~; 1- 1-d

i 11 /\l J_ł

()
I llJt,();

lJ I

f\L'.;

~;J<:{)ll

ton l\. ;

11'.i~i:Hi'l;

,<;'l'/\NIJ/\lil 1;

Dl{

l·:Mlll.;

Dl\

Jni_1.,r·P1:n; li'HOOll:~·/(j; -.

!)H

Tr1Lc~i:·Pro;

llH

i'l;_un; Pl"llOOOl; '/l:.m_J; 1.

1m

Pl\USJ'l'E; 1•:::00~0;~; l:\l'll __ 'l'IU1N:;p

!Jl{

J>EOUtJM llJ(.>lltii.Ln;c;l_nwL11i:1.:/ Li;;lol :wq. :d1<11i1ltJtil

l·:MU·: l"l\t 11>1 M _/\.

MI·:IJJ,JNl·:-,qu::r,l)()jt); l'Ul>f-lt:
Cht~(;~

~;I(, I .lJ •);

!~1ltlk i f'L ;\.']'.I H(~('k ~-;.' lh>ll!t i I\. Hi (•Wił (' .1·1.' ( ·, 'l łl).' I<., l!OL"L;ru.·ll l\.H., 1i,(lt f'J i 11, 1 1 '/\llil]ys:i:i of t hl"~ ))J ut.vi.ti ('11di11q Ct)nt·c"Jlt nf Liw· :;«qtH'lH 11! l111111.-i11

/\/\1\9'/•)(,q. I;

f«1. ,(,;.I

I

1

Jl>J\{){){)~·:;1~:)

I Jl{

J'W)'J'OM/\P; 1,n :l ;~ ') 3 .

Dl{

PHI•:;:3/\Gl•: i (,1'.·~ J :~ ~) 3.

:;(_) c:1·:1.1uF:w:t1:

:LrnM1;

i

cyt:nrncq;Li

IMN Ml·:MHJ-~; UNEf•llJVvN_). \1-,1.";I

J, I I.

L.'l'HJU:~'Jl{

1~:;:; I y J

i 1 u:;

:·~I 1·t1

i li/\])\

b
11

1

l()~l(l'.·J~JO).

SUDCl•:J.l ,lJ I ,i11\ L< JC/\'l'J UN: I l•l'l'l•:l ;1u1 I, Ml•:MI :lil\NI•: i'l-:1 l'l'l•:111 ( I'( J'l'l.;f-1'1' I /\I,) EMllL; Xl'/1\0l; C1\/\:l'i3'1l .J; :lGl'J'/ Mv11;

PJU; ,<-;O~JH 1 l.J i L;{)~JHtl l.

'i'.11111i/\:rnr1
lntc•fL-P10; :i l'IWOO;.:·iti; t:i't:E lxh<>dp„al.

l'.C:'iO:~c,:~;

y c:C:VNV'l'MM L J./\ \/CDI ,(;C'J\l /\( :J,S(11, y J.,J\N I".' :J iH'IC ;; ; "'V I' 11 \' /1\il" I \/YYC

P!{()SJ'l'I::;

L/\ \/UMl\l•'C [{\/ J r1

P1-0DcHn lU{!l!ktit1:-;1 LUclur1-•/ Li:;\
'Li.~;,c;/\,(:;\),':i\·;

~;: :Cl"I< ·1 1,Pc: L LMSMl"S .LI 11, JRLl\/\C:t·:(,1lcS

VY /\l )(i,(';\/ i" lilJ .l :; p

I!~·;!,}\\\! !J('

! ,[<'Lil\ r1i:; L

l.•'i"~:

[\l.';t,:·:l IN\l'l'l.1\ I I J/\(>1 I !l{,';'l'I: I" I (,J\/\/11\i\/l"V J.

'l'I•:'J'L'\K;t"l"SV J..t:::J.'iJ NllY 1 NY YQI ! I,:; I l"M !•Il J,,/11"1"1'1'1"1"1' ::!"I J Y.':'l'I ,: :: : I\ 1„1-:1''. 1,l"i\l)Ll" Vl"IJVJL.l•:KYC: INl"<.!l\\,1':1,sl"

//

· · I(0 !JlllIU l lila (O I U l lCCllYL'I l li „:„ ,, "1l·t'i•1• jest op1sa11a Ja ' ' t'l'"''lllorów ' . , 011ioido," · /1· oraz. 1.-. Rekord zawiera adnolaC.J\' · ws 1,a1.up1c:\ . · t11usc , · ·sdwcncJI wyl'i1 typu 1w 1.gll\ ' . ;_ 1. wwrccrn sekwencyjnym l'I~( lSITE charaktcryzującyrn system transp(~rtowy z.i. . . . 1. wcw11;'lrt-.11ą I1 Itli!.\. \H, ,w11c..·t 1-z.11,'\ · ·' J·11·' w1·1rynotfn,1 lci.nv od biakk w1qi.qcych sic; ' . "' . ' . · " · I · •t · jt-sl la adnotacja'! Wykou.ysl11.i;1c 1.1w_1omo:..:c p1c1wol11yL· 1 1 \\ 01 nyc·Il lnz _' , danych, , h-wykm1.ystaj pro1~ramy '1H,/\S"I'·t 1·'/\'"!"\ · 1111.cp1 „ , · baz)(, ,, 1 1 mi " d( I·;'· 111·1cs1ukiw·u11c · · · ' "k· . . · ora/. ' . · , 1.awartost· " rd:.l 11\- Iu l'l'()Sl'l'I' · · 'Z·' llW"O nych l11tcxl'rn pu.ca11al11.u.1 ' · · "u1.11.1L " ·J•l o sl~kwL~11c1·a

L;,,;()()1[():~

!'

;

Cucr.'l\)p.Mic1ol>:icd. !1tm1t111uJ. J 1 '>1l:l~: 1_)

I d1iu11 t i n I

MAS(JYJ\IC'l'OI" L,NEl"Pl·:J'J<'l'l:: 11/1ll-l!
O\J

1 •

(BP!l 'l'l(/\l\l:';P

1\H\I

Ml•:~11l'.I<).

BLcug~-;j

K\•J

1;_ l'IW'l'i':Jl•I liW'l::I' 1'1

łlypntJ1F!L.i(:t1 I

\it(1L(·i11;

ei;:

l'(J'\'J::J\I'l':I iii,.

F'l' 'l'l\/\NSMJ':M

'/•!

'.1'1

l'U'l'I::f\l'J'l/\I,_

F'I' 'l'Rl\NSMr·:M F'l' 'l'l
I .I I

I '/j

''

::o::

:: :~ ~~

I 'D'l'l•:f\l'I' I 111,.

~'.I)

F'l' 'PH/\hISM 1.·:M

::·;q

I'< l'l'J·:J\J'I' I f\ I,.

:~ ~ ) ~)

C!\JWOfl'?IJ

I O',

llh

:1) t

1

i

j

I'< J'l'l•:f\l'I' I iii,.

:,~ i()

MSI)~;v1·:r·:'l l !;

i.

1 1 11

! '( J'l'l·:r:J'l'l Iii'.

I I-, '

F'l' 'l'Rill>J.':I•ll•:M f"]' 'l'H!\l•l.':J•il-:M

11 1

! do1

'l'1·<~n::t111~1\!!,1 ,11 1(·

1.J ;:

so Sl·:u111·:Nc1':

i•·d;;\

P.I (1'/~) I.

Jl'!' '.l'lli\N,':MEM

n·

„; UNl\l•llJ\•t/l•I

/\1\;

L

1

l'0 l'l·:f\J 1 1' I 1\J

I.

hl- J.Hll\l<;IJ (l;l ,l:i'IN' . ) (I'! 1'1'10:1·\'I' I /•_I, I ,j'/ l, 1,'/ J
V l'!O:;) 'I Ml•'/\ I \J

r; l•'l-~ ! [f:l(·; I 1}" l•:f: Y; :Mr:1\I J[<' !\!\;:

Il\,!' I { ;1'.1 f•'; ::-;v : ; l 1\i! 11 'I ,'I'

I

li :

C!,\.'l'MI ,;:l"l; I Hl' 1-'t :1\l ,hl 1,;: I ,1 'I-: I,\/ I .l"'JI Jl''-": i' YS'l'!\l,j"FJ,l"I, 11.111-:1.::111 :;'( <:l-tlJl,v.Jlllll·:·1·1, l·:J-li\1;vt.l.Yi\\/ i\l"/\V./\/I,;: I\/;\ /,1/J"t'•\/<')'1 ::·1,

lJYH\>1! ,(;('<.li i' I 1,1 '(il/\ VI li ,'I' I J:MvJi"l d ,( :111 1 1«1 I i\ VI ,/\l·l\/111.;1, /\ ,- ,' :1lirnlil11/v-./:

;','\ft

:1:\it "l'I"

D. Wzorco sokwoncyj110 w

Te sit

\f'l\ 'J 1]'1J li l•'\/ py '(( '\•'l\Vl i}ą;VL l, lJ >/\~_~[\/\( /11'<_;1" UJJvJDYVJ>:Li\11' H'l'LUl'MRL( 11 I 1PLil"1 T l\FF~]

1<1-:1 ''1'1\1 li ,I IJ ,, : 1•'1>Y1.Vl·:I{< '(H,> ::< :11< :1wv1rn1, V<,lf\l ,[·;Hf1MY:; VJ<:l ,/\VCY 1'~:·1· SV!UlVl\1°:1\VK IZ:::;: ;w 'Y 111 l/\ 'I': :/\il 1/1/IJ'l"l"I' 'I':; l·:J\11'1' 1.v 1rn i\ 1::( :i'J!I:; J·:Hc p (:'!''!'.I DV: ;;1 I·~:; : ::3v 1,C'l'DGEN I I I I

1. W rckord1,ie bazy danych l'l·J1cja jesl opisalla .iako przypominaj<1ca OPCR pmlohne do

IH P/\'l".l'F:f{l\J oznacza, że zmvicrn on wzo-

Wykou.ystuj:1e 1.11ajo111<>Ś<.: pierwotnych i Wtlirnych baz danych, u:fyj "'"""''""~'

rzec sekwencyjny w pustaci: /\. Blnk11 Il. l'rnli 111 C. Wyrai.c11i;1 n:gularnc~.o D. Liberalnego wyrai.c11,i:1 regularne 12.o

Il I .1\ST i I •1\ST!\ i pr1.eprowadi. pr1.es1.ukiwanic bazy danych lntcrPro,

w fnrm
ornz l'Rll\J'l'S

l\lucks.

foki<' 111o:i.11:1 wycią~11:1ć· wnioski 1. interpretacji m•.yska11ych wynil.J>w'I

Czy na

podstawit· przt·pn >Wadzo11y,·h :lllali1. SL'k'vvl'.11cji 11m:f.11a ::I wierdzić. :f.e bi alko jest ( il't 'W'

.l:IL s:1dzisz. w jaki sposlih stwor1.rn10 lak ie adnotacje? .lakil'. 1.nacze.

11il: maj:\ twoje wuio.c;ki dl:1 ·1.astosmva(1 oprogra111owaJ1i:1 wykorzysylanegn

do

pu.cprowad1.011ycli rn1aliz sckwc11cji''

11.7.

Lo1·1.ystaj:1c· 1. :H1to111atycz11cgo systt:lllll a11ali1.y sckwl'ncji udost,~pniancgo

na

w
l

1·1·:·11,J<1l'i;::: 1 l·:'1'v•I< 1111 >.';: l'i<
!>J~C

!·'.~1.lr/(

1!\! i;:·

Rekord h:r1.y d:111ych Pl~( JSITI •: ornao.ony etykiet<\ i'IP >awiL:.1«1: /\. Knll1L'11tar1. Il. r,isl<; idL'illylika1on\w prawd1.iwic dodatnich s,·hw11cji ()dpmviad:1j;1cvch odpowicdn ie 1rn 1 w1.orcmv i sck.we;ll'yj 11c„

J\. ll11iwcrsal11;1 hnzą danych st:kwcncji stwor/.011:1 11a podstawi<.: zasobt>w baz d:111ych Swiss-Prol i Trl~MBI, IL ll11iwcrsal11q hal'.q da11ych informacji o h1alkach ulwor/.n11q 11a podstawi" zasoh
i

pm .. Psn

·

<'

ł l11iwcrsaln:1 ba1.:1 danych i11J'or111ac:ji o rnd1.i11ad1 hiald Il. u11iwcrsal11:1 ba1.:1 danych i11for111acji o strukturl'.c przcstrz,•1111cj hialck

6. B:1za danych l11tcrPro jcsl:

lilii

C. Slatyslycl'.nc

informacje do1vo.:wc zdolności rnl'.po/.11awcn:j wzor~·a sekwc11cyj11,•go ·

r-i()

'l'IU\11::1•1>1.>'I' l'IU>'l'l•:l H 'l'Hlli'J::Hl·:MI il'i«l·ll': l'l\< >'l'l·: 11·1 1,1•:111' 11·11•: :'. l l'l'l·:P H"'i' 1::'l"il, :: 1'l'l·: \' 1; >: l '111 l.'31 'I I" : : I '1'1·:

L

2.

5. Baza danych Unil'rot jest:

D. Nicrcdu11dant11:\ lis11: idcntylik
1\. Zintegrowaną haz:\ danych i11J'orn1;1cji o md1.i11ach hiald B. Zintcgrow:rn<\ hazq d:111ych sekwencji białek

SL'kwvncji, cll:1 kt
( '. /.intcgrowa11:1 h:11.q danych i11forn1acji o slruktur1,c hialck

'! 1 1·:

3. Wy11ik pr1.csrnkiwa11ia haz da11ych Blm:ks

Il. Zi11tcgrnwa11:1 ha:t.q da11ych i111'orn1acji

1'l{I l:; 1'1'1•::

'l"/1-: 1•110::1'111> :: 1'l'I•:

l'l·'.l>:;J'l'I'::

1\:;H t;1,vco;:;Y!il\'!1!Fn1\1 _Sl'l 1 !·:

i Pl~IN'T'S jest u1.11a11y 1.;1 st:1tvstvcr.11ic istot· ny, o ile: · ·

'l'l·.'/\l'J: ;J•Jr·:l«1: '1'11/\l·J::Hl·:M: 'l'F1'.H.':Ml•:H:

'l'l\111•1.':Hl•:l>l: '1'11/\11.' :J·ll•:M: '1'111'.l•l::Hl·:M: 'l'l!!1i'l::J•ll·:H:

Pl Jf )::; l 1 1Jt)

~;I

( l'U'l'l·:l'l'I' I /\I,) " ( l'I )'l'l•:J'J'l'l/\[,) \ (I'< >'l'l·:N'l'J /\I,) 11 (l'<>'l'l<:Ht'l/d,) ( 1" >'l'J•:l•l'I' 1i\l,) i>

J\. Obejmuje dopasowa11ie

1.

wa111i

•

,

dwo111a moly„ ·

C. Wartość /\' jcsl 11111icjs1.a ode

-1

D. Warlość /:' wy1.11aczo11a dla dopasowa

'/ (l'<>'l'l•:l•l'J'l/11,)

Na ich podstawie wvcić\gnii;to wniosek, :f.e anali1.owa11L' hialkojest białkiem błono· wym '/. sicd111iorna heli.c;arni tra11shlonowyllli, a w jego schvl'.1Kji 1.identylikowano pi,,c odc·i11 kliW od1 H >wiadająl'ych n'l:f.J1y111 w1.orcon1 PROS ITE. C1.y taka intcrprc· pni wicnl1.ić slus1.110.~ć· wyci:1g11i~'tych w11iosktiw'I

'

Il. Obejmuje dopasowania

(l'<>'l'J•:N'l'l/\J,)

t:wja wy11ik>iw jc~sl poprnw11a·1 ( )dpowicdi. u1.asad11i,i.

jcd11yrn 11101v

1.

\Vl:lll

Co nale:f.alohy zrobić ahy

111a wiciu llH>lywów jcsl wi<;k.~1.a od danej warlości progowej

1.; 1„

4. Baza danych TrUMBLjcsl: J\. J\11101na1ycl'.11i<' 1worl'.011<\ wti'm1ą bai.ą tlanyl'i1 sek wc11cji hi a lek

Il. 1\u10111:1lycz11ic tworzo11y111 uzupclnic· 11il'1n ha1.y danych l·:MB(,

C' J\ui nic1n h:11.y d:111ych l11lcrl';„,

ll. Baz:\ da11~ych ;awi,:rajqt«\ tr:111slaL·jc S>" kwcncji 1.gro111ad1.011vch w hazi~~ da11yl'11 l~!Vll\J,

,

o odd1.ialywa11iach llli\~dzy hialka111i

·

1. po11i~.cj poda11ych w1.ord>w sekwcncyj11ych, wyniki pr1.csl.llkiwa11ia ha„ 1,y danych sekwencji h\~th\ najprawdopodohlllCJ zaw1er:1t' 11ajwiększ:1 licl'.h\: tralicil'I i\. D--/\-V-·I- D 11. IDE]-/\-VI IDE] C. r1m1·-l/\VILJVI]-X-l': D. Jl·- /\--V -1•:

7. Dla ktt'H'cgo

S. Które '/. poni;i,cj podanych wyra)',c(1

rcgu~

larnych nic odpowiada motywowi sek wcncyjncrnu '/.ad:mc111u n:1st,:puj:1cy111 (lopasowa11ic111 wielosckwcncy.JBYin: l'l l"Ml Pl\FYF'J'WIEMQC!3

11. Kt6ra 1. ponii.ej pndanych sckwc1 nic odpowiada wyr:l:i.cniu regularnemu 11-[VJl,M\··C('.') ;; 11mQN\-'I'--Ą„ l.\TJI,M I 'I /\. !IMGGSQ'J'AM C. HIGG:3S'J1AI I

Pll"MVPAFYFSWIQMAAS PLMJ\L.P/\FY l.".'::wwst.V'l'f: PLMJ\l, Pi\YYFSWWHJ,H'l'c:: 1'1.V'l'JGAFFL''S\/111 DLSY ,<;

D. !ll(:;c;,c;1•:•1•A1,

12. O podohic1istwit• sekwencji lllilwimy, niid;ci się w strefie 1moku (ang. 111id11ig/11 ;:011e),jc.~li J\. ldcnlyc1.nuś('

/\. P··IIL]·\l"r1Vl-X-llVI.I \l'C:I i\- I l"Y l ( 7.) . )..'- I 'L'S I -w l IW J . X [ML,]

X('.::)

),L'j

!:;

li_ PIIVL\·[FMV\·l.MNI'\

/\ X

9. Który '/. poniżej podanego podzialu an1i-· nokwas1\w nic '/.gad'/.a się z tradycyp1yn1 diagramem Vcnna obrazującym z.wi:v.k 1 między wla:kiwościan:i lizyko::ti;m1c:r,nymi poszc'!.cgólnych anunokwasow ! _ ;\ l"YWH, i\\/IT,M!', DE:QN, KR, S'l'CG B. l."M YW!l i'\VIL.P, DE, KP, ::'l'QN, CG FY~, i\V'l\,M, Dl•:, rm1r, S'l'NQ, C, PG D. l"YW. /\VILl'S'I', DF:QN, lZHH, MCC:

c:

IO. Na podstawie znajrnności wl:.1ściwoś~.i li:':J'.kochc111ic1.nych arnrnokwasow w1;Lu: niv poprawn:1 sckwcnc_k rcs1.t upor1.<1dk~1~va11ych według malc_F\CCJ hytlrolohowosu. /\.

l."Jl.VW/\MG'l'SYQCNPllKl,:UI~

Il. lF\/LWMI\GCYL"l'SHJ,:NQDJ\l!

c_ !VI ,KCMJ\G'J'f3\/llYPllllNl!:Ql."l\ I). i"Y JT,M\l\/llC'L'/\ p:;F ! IC:K()f
.

2()%

„

-·-··-----·

ne statystyc1.11ic hknlyo.noś( sckWL'.llCj i wynosi ponii.cj 20% Il. Nic 1noi.na go wykryć 11:1wc1 z :r.astosowanic111 najhardziej c1.11lych mc!ml po~ r(iwnywania sekwencji

;.::;...;.;.~·-

( '.

-xi:.n -s

D. l.'··i.JVL\··XU)-[ 1\lL)·- \l'G\ I l"Y] (2) I''. ['l.'f; \··W· I LI/Ili \.ML,\ ···X('.') -S

„

sek wcnc_p wynosi p\l\vy,.<

I\. Dopasowanie sckwl'llcp nic jcs! istot-

l.lVL]· 1·1.·::\ -\/li

[PGl-1\··l.l"Y\ (;l} ·l" [lW]-X-[ML\-X(7.)-S ('_ F'·[IL.\ i.l"MV]-X-\JV\,]- \PC:] A·ll"Y\(1l)-\T::\-W· \Jl/li\ X

tM1,i

Metody 11n1babiiistyczme i nauczanie maszyncnA1e

B. HVGGc;1•:'l'/\\I

p I FMT P i\F'YFSWI EL,QC;c;

U.

o

W ty111 ro1.d1.iall' 0111awi:l)ny 111odek prohahilis1yu.11c slui.qcc do ru1.pon1awani:1 w1orctiw w danych sekwc11cyj11ych i du klasyfikacji Sl'kwcncji. Pr1cdstawi:uny za1-~ad11i,·11ia /. zakre:a1 statystyki haycsowski,:j, w ly111 rnzklady prawdoprnluhic1i.\IWa :1 priori ora1. a poskriori. f\1:1 sli;pnic pn·1.cnl11j<'n1y idc,, n:u1t·1.ania 11ias1.yuowego. gdzie optyni:lii1.:wja :;ku1cc·1.110:'.ci progr:inn1 jest pruwad1.011:1 popr1.c1. doh1'ir wartości wcw11,·1r1.nych paran1ctrt'llv :ligoryt11111 1:1 prn11oc:\ otlp~llVicdnio zaprnjcktowauej 111etudy uc1.:1ccj. Pr1,,,dsiawi:u11y lak·i.L· ukryte 111odclt- Markmva h('.d;it:c'. 111mlclan1i prnhahilislyc1.11yllli u.c;slu stosow:111y111i do cl111r:11dcry1.ow:111ia md1.i11 hiakk. jak równil'i. 111udl'il' sieci 11t·11rn11owych. 11.11. 111c1od\· 11:111cza11ia 1naszy11owcgo polr:lfi:w:i wy kryć wznrce w 1.hior1.c sckwcm:ji. Na ko11icc opisujcn1y przykladowc 1.;1slo::mv:111ia tvch 111udcli w hioinl'orniatycc.

podobiciistwic sekwencji mówimy, .ż~ si\' w strclil' 1.n11crzchu (ang. tw1l1-

nikści

g/11 ;~one), jeśli

„

.

J\. Idcntyc1.ność sckwc11c_11 wynrn;1 i.c:j 50% „ . .

powy,•

-·--~_,:.·

Streszczenie

•·

IL Dopasowanie sckwcncp rnc .1est istot·

ne stalys1yc1.11ic ldcntyc1.11ość sekwencji wynosi poni:: ;i.ej 50'!.· ~· 1). Nic moi,na go wykryć nawet'/, 1.astosowanicm najhardi.il'j czulych metod poniwnywania sekwencji

( :.

·1 O. ·1. ZashHwwan~a nam::nmia 1m11sz\,mmnn~[ll[l do rnz~ozmnwani«ll wzm·r,«Jw w b~(!Jl~ff]f1rm1rniy~;(! Poprzedni rnzd1.i;il 1.awicral diara\...1c~ryslylw metod l'll!,po1.11awania w1.oru)\\' 11:1 pod analizy dupasuw:ui sd:.we11cji bialek. Kai.da 1. tyc:lt llll'irnl „slar:il:1 si(;" IJ:;ialilWzorzcc konserwatywnych l'ragmentt'iw (od lll!lt)'Wll\\I :1i. do ko1nplci11ycii do111c11). '/,;1kiada11u pr1,y ty111, i.c poi.woli Io ustali( i'.L:staw cech ru1.p1m1awu.y1·1l (:ing. iliug11os1i,.1ig11u11m'.1·) dnpasowa11l:j rnd1.iny hialck. ( 'zlO\viek rad:-:i SDhil' \l'Zgl<;d11ie dolirzc /. wy krywanicm WZ!ll'L'(1w w danych wydajl' t;i\:. i.t' jest Io ccclta 1.wiq1.an:1 /.L' spu:;olK'111 pracy naszego Il Hizgu. Gdy wi\-'l' p;1trzy111y na dopasowa11 ie wic· losck wc11cyj 11c, .ks!t'\\'stanic slosu11kow1l s1.vllko us!alil'. c1.v 1.awicr:1 01l•1 krn1st·rw:tl\'w11v l'r:i:•1111·111. Pewne typy wzorn·iw .<>:1 jnl1;ak znacznie 11· wvkrvt·i11. /.:l10).11;y dl:; 1w1v kladu, i.c pewien otki11l'k 11i1·i Di'IA, skl:1daj:1cy si<; 1. 1v::iqc:1 1.:1:::1d. 1.:111in:i '.'i:i'; p:11 (iC. Natomiast odci1lt'k 1.;1wicr:1 jcdv11il' ·15<,:{. p:1r 0111i1·d:.1 '"I :inka111i. 'lego typu nii.nin· 111og:1111ic1: 1.11;1l·1.c11ic liiul<1;,il"!.11,._ 1\.lu.1.'. I• 1. ;·,·

sławie

ś111y

tj~

lru~l11icj.c;1.c

sąo.;il'lhti

n:1111:zanin rnnszynowono do rozpomawania wzo1TóW · , w li· 1'111'11( orrna lycn

I O. Me\ot\y prn\la\li\i:;\ycll1e i nauczanin

j,·tkn 1. <1tki11kow ·1.osl:d ws1:1wirn1y do gc1m1rn1 ·1. innego gcnOJHtl. .Jest lo przykład t'il. l.1t1rv 111t1/11;1 udkryć 1.:1 prn11<>C<\ 111,•t()(I prnb:1hilislyL·1.nyci1. 11:1 pmlslawic •.1:1tv:;1vo.11ycli l>adanych st•kwcJK'.ji. W picrws1.1;j c1.\:Ści 11i11icjs1.cgo rn1.d1.ialu di.:11ny pn1h;1hilislyc1.m: 111odl'i<' sckwc·11cji. kltirc 111ui.11a 1.aslosowaC: vV 1.agadnicniach lq"u 1yp11. I )fa pP.yk l:tth1 pr1.cdslawiom:go w powyi.s1.y111 akapicie slosunkowo lal wo 11api:;;w lli\\ "11it·lvpmvy111 :;kl;1d1.i<'. '/,;111i111 jednak 1.dccydowalihyśrny się napisać' laki prograi])'.'• 11111:.il'lil>.\'S111\' wic"l1in'. ·i.t· l\\ Ylll. t 't> jt:dnak 1. w1rn\-;1111i. klt.llych natury nic .icslcśrny świado111i'' .l:1L 1nt1i.11:111api:,;1t pr<1.:·1«1111 pu1.w:daj:1cy wykry•" IH.:w11:1 wl:1~:ciwość.jcśli nic wiemy c1.yrn jc::I 01i;1 w istucit:? · Wl:1;:i1il' '' 1:1kit:l1 1a;•.:1d11iL·11i:wh wai.11:1 rolt; rnlp.rywaj:\ mdody mmczania maszy. »HW«go. I )wit· 111ctrnly dy::ktllmvanc w 11i11icjs1.yrn ro1.d1.ialc, k11i1't: 111oi.na 1.aklasyliko·s:1<' j:1 Lo 111clt H.ly n:HJC/.all ia 111:1s1y11owcgo. Io ukryll' 111mlełe Markowa (I IM M) oraz sieci nc:urntH l\Vl' ( a11g. 11e11ml 11<'f11•orL. 1'11'! ). ( )hydwic lc 111c.1otly 1Hoi.;ia zastosować do przy-. pi:: 1111«111i:1 calycll sckwc1wji l11b i'rng111c111"1w scLwcm:ji do nii.11yd1 klas (np. wysoka albo 11i::ka /.:1w:1rlnsl' (i(· w I 11sJ,1\. czy lei. helisa o· :dllO nic fi. alim p1;tla w białkach). Mają ol:1u.c11 w N l'i oraz prnwdopt1dobic1isl wa l'tnisji w 11MlV1 . '/,miana wartości tych p:1ra11H·ir">w po1wala pr1.ystosować 111ctod~· do wykrywa11ia n'>i.nycłl w1.orców. Zwykle 11ic potrnli111y l1L:/.p<1Śrt:d11io dohrn1" wartości parnrnl'.lniw z.apcwniaj:1cych moi.liwc najb:1rd1.ic·j sk11tcc1.l\L' rn1.po111a11ic· i11tcn:sui:1cq~o 11as w·;.orca. Metoda rnusi sarna „nm1czyć :;i<:" <11>1y1rnil11ycli wartośt·i parnrnt:lniw. i'~:1jprn::ts1.y111 1.agad11i<'llicrn dla algorytn1u na11c1.ania 1n:1s1.y11owcgo jest problem utln\i.11i1:11i;1 sl'!\\\'l'llCji pt·w1H:go typu. dla ki(lrych algorytm udziela odpowiedzi .,tak" ( pr1.vkl:1dy 1Hr1.y1ywlll: ). ml ws1.ystkich \H11.oslałych sekwencji, dla których algorytm 11tl!.icl:1 rnlp"wicd·1.i „nie" ( pr1.yklady nega1yw11L'). Proces 11W ic·d1.i ,.I ;1 k" m;ll. .,11i1.·" dla wejściowych sek wc11cj i, popełniając w dcLt·it' wiek po111ykk. l'-l:t :m:1.1~ścic dyspo11uje1ny tnclodarni uc1.enia algorytmu, klt.1rL' s1op11im1•0 1.wit.·k:;1.ają :-:t;111i<' li:mll.it'j ::1L'i.<'::•\lnwL1 pr1.cdsU1wirn1y w dals1.L'.i c1.t;ści niniejsi.ego rozdzialu. '1'11 pm1i<'111v tvlkll. i.c: lllw.:vdma ttl'l.:\«a sprnwad1.:1 si1: do doktlliywania niewielkich ,1.111ia11 ,,. \1<'11•111·1u.11yt·l1 par:1111ctral'i1 al).,myt11111 w taki spos1'1b, ahy ud/.ielil on wivccj

1.\I:"" 11111 i'"/" d.11<\'lt1i 11•T·'·i""v1<1i 111<>i<' dy:.1 '"11"""'" I'""'I/Villi wc\\'ll\'lr111y111i pan1111etrarni, k1t\rt' \\ plywajq 11;1

o..:po~,nh jl·;•J) d;,1;i\;1ni;1

ural. Lo1lcowL'

n·1.ultaty.

\Vt1rtD~~ci

tydi para1Hl'lfl.)\V

111ngq

być ustalone

l\\'ll\lT :tl,!«>rv111111 alim 1110;!'1 :n:;lc«' dohram· \\' \ll'tll'l'Si<' doslosowvwania al;u>ry111Ht do problenlll li;1d:tw<'lt'J"'· I lal· 1<« 11u.yLlad :tlgmytrny 11auu:111ia «1a:;1.v11"W"I'." dyspo1111i:t s1.cr1:gil'in wcwnt;trznych

\l\/1'1

p;1r
\\';\l\t)~,ci

:-:\ dohi1·ra11c \V

pro1:csic lłC'/l'lli:1 (Jir:'.\'f). r/u111. ).

335

,prawidłowych odpowiedzi w kolL:jnc „ . ·. lJ C/l'111C . JCSl . , I I . .1· rnnd;i', 'c UC/.Cllld I o kro ;11 to 1nrn11e11lt1. <~dy ;,oslall'\ ust· 11 , . I" · , : · · . · prowac zone krok . . ' ' · • one. I.i de w:trlosc1 w. , 't „ P •tl"orytnrn.. klon.: po1.wol·i' 111'J· vsl"ic' .. . · · C\\ 11\. 11.11ych parametrów 1u.i. 1,syma ,, c " 1ną l1c1.h · 1„ . ·li .

„ · · \:

, utooryt111 .icst dobrze dopracowail" . . ·, " P :tWil owych odpow1cd1.i. Jeśli c . . . „ _,, 1..ipcw1l1<1J,\C odpow1ed1ii'1 'I· ·t „ '" dcJlllOW' p01. po11,:c1:t czułości Zbiór znanych pr1.vkladów . 1 ,. ·I J uczymy „ · · 11 '.1 1'rnyc ·lloor 'i 111 · uczącym. llll wi\:.ccj pri.vklmlmv z .. 11 ... · · . ' t:> ) • .1est nazywany zbion.·m . · .lid.JL 1.JL s11,: w 1.h1orzc ucz· ·, .. dopodn Irnc. 1.1: :tł!!,orvint wyuciv ". .· · · „\C) tli, ly1ll 1);mlz1c1 praw. , , ' · „ . ·.r SI\ lll)'ll'.C/,l)ych Ct:ch . , . , " . . · , cc1 nas kl.isy SL:kwc11c 11 01 „ 11 tviii 1 . ..I .. · · lll!.poi.ndwc1.ych llltcresui:i. · '· J ( ( )1 , 1d< llll'IS'/.ych 1„, ·1 · · 1 1 wprzys1.lo.~ci. Moi.c sii· wii:c W" hw1c dohr1.e rn
'

•

C•

L

•

· Zanim Jll'Z\'St'\I · . " · ' lllllY l1o opisu poszc/eo " 'J ' ,2,0I Y lllOW ll'lllCZ'I · , „ t:> uczący w oczywisty spost5h W\'!·01·1" ·1 . , ' . "111.1 n1.is1.ynowc.go. Dohicraj;1c 1.hi(\r l''f · ncgal ywm: \Yic,l·,·1· '\· „Sl1Jlll1YWICdZ\'Olyn te, .t \lore . ·I . I . . . l, f·1·,, ' rn c fH'1,yklady są poz"lywI . - · · c '" d poc lOl I. 1 z reo u! y · I . I · I J o wc1qi. inoi.crnv niL~ wietłz1"'c" "I". 0 t·. „ "' • • I. ld< an e \.spcryment:ilnych. Mimo I · · c Jd ,1c 0 ,onkret111, · · · c1qc. przcwid1.icc fl<>''l't'J.l' Na fll'l"!,·!·1lł '·. · · 11"1·1 c s.' cY w t.'1. 11·1 li "leli . .c · wzrnca poszuktlJcmy. · ·J ' , 1am1 I ' " . 11101.cmy dy~;ponować wielom:1 j)l'J"l·l·1„ I sckwrncji bi·d ·I ., . . ''·' < .11.i11c1 sl1t1
prawidłowości dot"Cl'\l'"c·l1 ·1!• . ł

i; . ,· , .

10. Molorly prohallili:;lycz11e i :137

10.2. Prnbabiiistya::rne nmdele sekwencji -- pojęcia 1mdstaw 10.2.1. Ilorazy wiarygodności W podrozdziałach I 0.2-10.4 przcdstawian1y modele I IM M ··· skutcc1.ll<\ metodę 01 statyslycwych cech pojedynczych sekwencji ora1. rmł1.ill sekwellcji. Zanim jednak: d1.ic111y mogli zdefiniować HMM, warto osobno przedstawić kilka elementów ich te Ro1.poc1.nicmy od bardzo prostego pr1.ykladu. i'.: . Zalói.my, i.c obiektem badm\ są białka błonowe. l.h\i.ymy do identyfikacji odcink:ói~'· SL'.kwencji stanowiących helisy trallshłonowc. w skrócie helisy TM, ora1. odcinków PQtll: po kai.dej 1.c stron błony . .Jcdnq z istotnych cech helis jest dui.a zawartość hydrofobi>~· wych res1.t aminokwasowych. lnl'orrnacj\'. t\'. 111oi.na wykorrystać do identyfikacji potcnl cjałnych l'ragrnentów hdikałllych w sekwencji o 11iezllancj struktm1.L'. Niech /!a orazq;, h\'(ł;\ C/.\'St0Ścia111i występowallia a111inokwasl1 il, odpowiednio, WC f'ragrnentach hclikal: 11ych i \V pęt łach. C'Z\'.StOŚCi le moi.Ila oszacować na podstawie /.hioru białek O znanej strukturze. Rozwai.mv teraz odcinek sekwencji 11iczlla11ego białka o długości N amino: kwasów. Niech .r; 0;1iao.a amillokwas na i-tej pozycji w sekwencji. Wartości wiary: godności L 1 i /, 0 odpmviadaj;\cc 1.dar1.elliu połegajqcc111u 11<1 wyst;1picniu tego odcinka sekwencji WC 1'rag111cncic, odpowiednio. hcłikalnylll l11h niehclikal11y11r' S<\ l'
r1 ('". N

N

rI11,;,

1·11 ==

i

i· I

I

( >hydwic te wartości wiarygodności S<\ stosullkowo rnalymi łiczha1ni wyst\~powania hyly równe dla wszystkich a111inokwas1·iw. 111.yskalihyś111y wiarygodność n'1wn<\ /, = ( 1/20)N. Wartości /, 1 i /, 0 rm.wai.anc osobno nios<\ niewicie informacji. I lora z wiarygodności /, 1/ /. 0 jest ju;i, hard1.icj informatywny: określa o.y wysl<\pienic SC· k we lic ji jest bardziej prnwdopodolrnc wc frag111c11cic he I ika I nym, c1.y td niehelikalnym. (';.\'.~tu 1.arniast .posługiwać si\'. iłorn1.a111i wiarygod11ości, kurzysta111y 1. logarytmów iłorn1.ów, który111i wygod11icj jest opcrmvaL: w kornputcr1.e (ze· wzgł\:d11 na mniejsze'?" 1.yko hł„~d!iw pr1.cpcłnicnia łuh nicdollliaru). Ponadto. d1.i\'.ki lllgaryt111om ilorazów wia· rygod11ości n1o;i.c111y u1.yskać addytywny system punktacji. 1\spckt ten hyl ju;i. dyskulo· wany w podrozdz. 4.:1, dotyczącym pullktacji podslawicfi :1111inokw;1sllwych za porno~:\ 111;icicrzy rM.nic łogarytrnicznych. \V niniejszym 1.agad11icniu punktncja rM.nicą łogary,t· 111iczw1 jest r6w11a N i

I

(I0.2)

I ( /'") li '/"

1 · \\1 hi:dkad1 ist11it·jl· kilLa typ1.1w 11id1vlil,
d;ialr

\H11tisi.i>11<1 prnl;k111 wyk1yw;111ia lwb w h1alkad111·;111C,hlo11ll\\'Vdt. W \\'i<:ll1 pr1yp:1dkm:h hialkal'.''.:~ . <·o ;;i 1Ylll .HIzie w postaci tr:.111shlo11uwych lic I.is po I:\c1.u11yc I1 1c ,\U Ii~\ p~·I I:11n1. , ,, w ob1,bt.

1111t~;111ilnwa1w

11i11.il'jsz.cg" nmlz.i:tlu rnki11l'L 11il'lll'l1k:il11v w \\'l.wl'1wji hi;ill,;1 i/11111.).

i"'''

111>iis:i111ia11v

Il'

1

:.111il.111r:1 pęlti (prZ)'/·

podatni a wartrnk' S D1.11acza. :i.c ~ekwcncj:i jest 1. wi\:kszy111 prawdopodohieiisl we in elcJUClltcm Jrag1~1cntu h~łikalncgo 1:1i. lrag111entu 11ichcłikal11cgo. J\hy zastosować to podcj'cicdo przew1dywa111a lragnwntow hchkal11ycl1, 111oolihyśm" iiodiiełić seh\'''łl . ·. I-. li„ . r . J , • , \. ...._, L 1~, 1ld \d onieznane.~ stn'.ldurze rn'. odcinki o zadanej długości (np. N :IO aininokwas
10.2.2. Prml\lclo1mdobit:H1siwa a 1niori ornz a 1msieriori statystyce hayesowskicj ro1.klady a priori dotyc1.q pr;1wdopodol1it:1is1w. kl(Jrc· przy pisujemy alternatywnym h1pote1.om na podstawie dotyclic1.asowyd1 eh iświ;idci.t:ii z podoh11ym1 p~·ohl~111a1111. Op1sui;1 one 11<1s1.e 11c1.ckiwm1ia n1 do pr;1wdopodohil'iistwa prawdz1wosc1. ro1.llych lnpolc1. dla 1H1wego pr1.ypadk11. zalli111 jL's1.ci.c· 1.apo 1.11 ;1111 y sir konkretnymi da1.1~1111 dotyct.ącymi tego przyp;idku. f\la pr1.ykf;1d w 1.;igadnicniu jir/.L'· widywa111a helis 11\il rnamy do czy11ic11ia z dwonw 111()(lda111i danydi. 111 odclclli o ora:- modcl~łll I, zdcli11iowa11yrni za po111oc;1 dw()d1 1.l1ior
szą liczbą 111odcl1. OfllSllflL')'Ch pewien typ danych. 01.1wcz111y IL' 1 11udl'łc prze;. 111,,. gdi.ic == O, I. 2, ·:. 1tcl. Dyspo11u1c111y taki.c 11owy111, dotychczas 11icz11a11y111 przyp:id~icni danych rm.wa1.a11cgo typ11 (01.11ac1.my go prze1. !>). J\las1.yrn celem jest okrcśłciiic dł;i z modeli prmvdop()(:ohic1\stwa, i.c to wlaśnie rn1 opisuje pr1.;1padck n. Na pod. , dotych~1.asowych doswrndo.e1i kai.dcm11 111odclowi pr1.ypisnjellly prawdopodo b1cnstwo a pnon /' 1""''( /\11,). Su111a tych prnwd(lpodohie1\stw pu \VSl.y:;lkich ntodclacli

cll~ll~i być n»:v11a I. Nil' istniL-jc teoria. kll'ira opisyw:dahy spos(1h 11stal(„11ia prawdopod1l · h1cnstw a pnon. M11s11ny tu poslui.yć si~· 1.drowy111 ro1.s;1dkicm . .kśli 11ic nie wiciny 0 da· nym problen11e, ,moh·111y przypisac' równe wari ości prawdop()dol1ic1ist w a priori kai.tk· mu z modeli. .lesb Wł.Clił)', i.c .1cdc11 1. modeli dotyo.y 111al(l prnwdopodoł111cj alternatywy (np. n,1;1dcl tc11 op1su1c rzadko wys11·p11j<1cy lyp sek WL:ncji, kt(irq,o nic spud1.icwatl!V si~· znał.cze w nowych da11ych), 111oi.c111y 11111 pr1.ypisać 11ii.s1.q wartuŚL: prnwdopod1ihic1\;;twa apnon. N;'.slqlllic wy1.11ac1.amy wiarygodności danych w kai.dy1111. 111()(kli. Warto:;c·i wi; 1ry-

godn'.JSCI '.:1.11;'.~:za111y pr1.~1'. /.(I>/ /\-ft,), u1 ct.yta111y „wiarygodIHJŚc; d;111yd1 przy 1.:ilui.c11.i11 modelu k : Vv 1arygodl1osc 1 te s;1 1.deli 11iow;111L' jako rn;.k Lidy p1«11l'd„pudol 1ic11,<;I w; 1 11; 1d

Wsz"stl· · 1· · I · • · ·1· '11111 lllO/. 1wy11111 a11.y1111. ktorc 111og;1 hyc opi:;;111c· pr;.c;.-, cla11v 111rnl(·I. lll;1 kai.d('!'O llludelu su111· " · I : " I· · · ·. ··· • ', . d w1c11 Y/,'.O< nosc 1 po wszyst '1Ch llHl!.l 1wycli da11yd1 ysl n'iw 11; 1 I ( 11.11. wi:ir?godnnsc1 s;11.11or111;dizowa11c). f'rzvkladuwo w niw11. (IO. I) /, 0 lu w isl(J<'i" f ( /J/Mol. gdzie· I>.· to ·sehvc11 "1·1 · 1· 11 ' t J I I · · _, '.·.' .\ 1 · ... ,v. 1- o zas o llłlH c Zl t'/1111ow;111y 1.a /H111Hw;1 1·;.>,'.':111.\ci

'.~;'. ~ozna ~prawdzie. i.c'. s11111;1

l-,11 po ws1.ystkicli moi.liwyd1 sek wc11cj;1cl1 „ dlw•.o:;(·i I: Ro1.wa1.apic okresłony model. 1.aklada111v 11<1 O)'.()I. i.1' po11:1li111y wv:„11:1w 111111 w1·11"'"()tl11<1s't: · Io wy111ag;1c· :-:Ln111p/ikow:111v<'li " · ' -' „_ · (l
c· ·~\si Z)c

IOIVl!d

I O. IVlulody prnlln!Jilistyezno i nauczanie m

rnoilolo sokwrn1cji

r;1«IHiiiLll\v ,."/.)' 1iawc·t 11;q,i.\:111ia odpnwicd11icgo prngrnrnu ko111pu1;-rowcgo. Niemniej j,·diiak 1.:ikladainy. i.t.· wi,·111y w jaki ';po;:<\h wy1.11ac1.yć wi<1rygmlno.c;cL 1''.·ohlemjednak" tkwi w 1yin. i.L' to, co lak 11aprawd\· diccrny 1.11ać. Io prawdopochlh1c11stwo '/, jakin :> 1 LJIJ;;,·rwoi~·:uw da 11 c s:\ opi::anL~ 'I.a 1m111ocq nHHJel11 C 11ie '/.aś prawdopodohie11stwo wy., st:ipi,·1 1ia tych danych pr1.y ;,;doi.L~niu. i.L'. 111rnlcl. k .iesl \V .tym pr'l.ypadlrn prawdzi\vy:. ( 'lwcn 1\' wi\'L.' wy'/.nao.y,; prawdopmlohic11sl wo a postermn mod du k, pod warunkiein.'.· wvst:1pi1.·11 i:1 ol 1sL:1wowanvch da11ych. l'rawdopodohie11sl wo to oz11ac'/.:tllly f'PllS 1(/Vft ID). k··;I Jt\lt,)

~:1.

uf)\ !111.) /'l"illl( t\11,)

>pos! -~ / I ·-

(l 0.3)

l)()(l::t:iwmv: 1 /:1s:HJq1m:tod s1a1ystyki haycsmvskiL:j jest wnioskowanie na podstawie prawdupudul >ie 1\:;t 1v ;1 p< 1:;IL'.riori. Jcśl i prawdopodohic1ist wo a posteriori jednego ;- 1110' d<:li jest '/.naL·1.nic wi,:Ls!.<.' od pr:1wdopodoiJiL>1islw a poslcnon po1.oslalych modeli, mo: iA:n 1y by,: pr1.ckrn1:11li. i.c spośnid dm:ti,;pnych 1rnH.leli właśnie .tc11 jest najbard~ic.( od-. powicdni do opisu uhsnwowanych danych. Jeśli prawdopodoh1ens1wa a postenon po; s1.o.c;.>,
f'i

l'la !Hllr1.l'ily m.'<.'11y l"1szo.c;•.ólnycl1 lllodcli warlo tak"i.e 1.ddiniować system punkla· ,·.ii wyrai.011v r!1i.nic:1111i 1<1g:iryllllic'l.11y111i. podnhnic jak w niwn. (HL'.): .',"

t 1.1 1·t"") ·· •

In \

I

•

J> 11 11or

'(I

I)

. (. ,,rn„, ·) . · .·

,\ I In

(10.s)

J>p11or

.

i)

l\o"i.11i<«I 11n111icd1.v S' i S spmwadza si\' do dodania stalego ,·1.y1111ika. równego logaryl· · . . w a 11rnm. · · ./.atc111.1,,s . · ·i·1 rozwa1.yrny · ..1. I1 ·IOI · · 110 tcncjalnych llluwi 1. i lorn1.11· prawdopodoh1L1nsl ·. ." I IIL' 1·IS 'l'l\I ·I··· s·1111 1·m)w11n na 11odsl,i ;.d,\\l'.llCJI·· \\" 11;1s1.v111 lll
()

339

hvdą rnniejszc do wari ości S. Co za lyrn idzie. aby S 1 hylo dodatnie. czyli by mo:i.na uznać sckwL111c1~: 1,;1 helisę, i lora'/. wiarygodności w równ. ( 10.2) musi być odpowiednio wii;kszy . .lcśl i pr:iwdopodohiL'.1\st wa a priori b\:d<\ sobie n\wnc, drugi człon n'iw 11. (I 0.5) bcdzic r
1•111ior(i\fi.).

/,;q 1 i;:; 111 " w ,,. 11 sposoh pr:1wdopod\ll1ie1is1wo a posteriori uic jt:sl prawidlmvo znor, 111:ili;.I Alt, l /'I"'"'( M1, l !'""'" (i\ ft. I/))

pojęcia podstawowo

( I 0.(i)

I I /.1

() . I o 1•1'"·" 1

jedności. Jeśli .\'

1

lll
1

I I)-·.es I T 1 ,)'' llla l I ui.:\ t Ioda111ią war1m:ć, to /'1'"' 1 jcsl hl isk ie

du:i.<\ lljc111nq WilrloŚL;,

[O

1\11°"1jcsl

bliskie

1

'/.Cni.

'Do1ychc1.as ro1.wai.aliśn1y 1.agadnicnie wyboru jednego wariantu spo.~ród dyskretnego zbioru alternatywnych rnodl'ii. C''!.\~slo jednak modele 1.awicraj:\ para111ctry ciqgle. Parametry le należy wycs1y111ow:K' na podslawie doslq1nyeh danych. Na pr1.yklad model fragmentów heliknlnych jesl 1,adany pr1.c1. zbilir cz.;slości wyst.;powania aminokwasów Pa· W jaki sposób nH>i.na dobrać wari ości dla la kich częslośei wyst\:powania? Niech 1111 określa obserwowaną liczb\: wys1qpie1\ aminokwasu a w dosłt,:pnym zbiorze helis TM. Ponadto niech 11 101 określa calkowit:\ liczb\: aminokwasliw w tym '/.hiorzc. Wiarygodność zaobserwowania 11 11 wyslqpie11 aminokwasu a w sekwencji jesl równa '.~O

/,

rI<1 "

111 )'"'·

110.7)

I

. Cz\~~lnści wysl\~pllwania aminokwasów najprościej dobrać, slosujqc kryterium rn~j1V1Qksze.1 wiarygodności. Zgodnie z lym kryterium. warlo.~ci para1Helrów dobieramy tak, '.1by. w1arygodnośt; obserwowanych danych była rnnżl iwie 1rnjwi<;ksz:1. Moi.na pokazać, ze funke_pi /, osiqga 1naksimum. gdy wart oś<.' !'u jest równa obserwowanej cz.;stości wys1~powa111a a1rnnokw;1su u w zbiorze danych:

'"' Wynik tenjcsl zgodny/.<.' 'l.drowy111 J"()/.sqdkicrn, a dowód IL~go raklu jesl lc:lllalcn1 wdania

(I 0.8)

Il to!

10.2 na ko1icu niniejsi.ego nml'!ialu.

Powyżs1.y

.

ro.ullal llloi.c1ny tl<\L',lilnić na prnhahilistycwy model profilu (lj. 1.iliorn dopnsow·1n\ ·.· ·· · I · · · I I · · . ' . (·l1 · 1,1··11(·1· ' · '·.l '/.·11 " ozmy, 1.c t ysponu.1c111y l.'1<\g yrn t opasow:u11cn1 111olywu h1alkowe"o () dlli"l'ćt"i 1\1 1z ·· · · /' I ·· ('I · , . '° "" ". p< .ycJI. z:1w1craJ<1cy1u \ se ..:wenc11. . JCcrny opracować pozy'YJny systelll punktacji, l)lJ;.'/.C'l.L~L.'L.)lnych m~·.. . . który oddajG . !"akt.. i.e c:t.\:stości wvst''1mwania . ' ,. . z.i1ow arn1Jwkwasow s:\ n\i.nc na nii.nych po1.ycjach. Najhard'!.icj wiarygodne war· 1

I o. Mnlody prohallilislyGrno i

340

rnodolo sokwo111;ji ··- pojęcia po
tości dla c1.c,:stości występowania na pozycp / sq równe /i;u = /1 ;„ I t< · gdzie n;" j~ obscrwowanq liczb:\ wysl:\pic(1 aminokwasu tt 11a pozycji i. Tak jak (Jl;~r1.~dnio, nic .r; bt,~di.ic aminokwasem na pozycji i w 11owej sekwcnc.11. Wiarygodnosc te.1 sekwenc. 1.g.ml11ic z modelem prolilu. jest równa N

n

/li1;·

i· I

Jak 1.wyklc wartość wiarygodności dostarc1.a nowych i111'orn1acji -!'-'.dynie poprze?, porównanie jej do wartości innych wiarygodności .. Moi.cm~ zdcl1111owac lllodcl Oz wia'.,' rygudnością /, 0 dan:\ /.a pon1oq rów n. (I O. I).• gdz1.e c1.\'.slo~c1 wysH;powan1a, ą„, należy rn:1.urnicc: jako średnic częstości wysl<,:powa111a arn111okwasow w b1alk
~V.,

0111 i

I

(' /!;_,, ')

.

11

na 1.ad:im.'._j pn1.yc_p 1 .Jl'SI n'1w11a 11 ;„ I 1\
'''"

K I ;\

Prawdopodobicilslwo a posteriori 1. n'>w11. ( 10.3) 11m:i.11a lab.L' 1.:1pi:;ać dla 111rnlcli cii.L' f() liyL· 1.an»w 110 pojnly 11 cza zmienna, jak i kilka 1.lllie11nych.jcd11ak dla prosloly \\' 1.apisi,: posli1:i.y11 1y si\' _jcd 11 y 111 symbolem). Prawdopodobic1istwo a posteriori dla IJ pri'.yj111UjL' w:1rlo:;,·:

J''"''·'w1n) ---

. 1/ ,,

Mo'i.crnv lak:i.L' nll,patri.yć powy:i,s1.y 1nodcl. slosuj;1c podejście haycsnwskic, tzn: wprnwadi.a.(<\C, podobnie jak to 1.robiliśrny w równ. ( 10.5). C1.lo11 prawdo~)odohic11::\;li a priori. /\nalizowany model rna pcw11<\ dodatkową ccclw. :1. powodu klor~.1 podc.1sc1e baycsowskiL'. jest przydatne. Wiąi.c si\.: ona ze sposobem esly111ac.11 par:1111clrow f'i"'. ~O· :i.c si\' okazać, i.e w trakcie budowy 111odclu profilu dysp011UJL'111y .1edywc kilku:lz1c.s1ę· cionia sckwcnejallli w dopasowaniu. \V rc;.ullacil:.. ponicwa:i. 111a111y prob\~ 1.aw1~r'.1.ll\cą nicwielk<\ lici.b~ sekwencji, wystąpią znaezne fluktuacje obsc1wowanycl: c~<;stosc1 :vY,' st;\pici] poszci.ególnycl 1all!inok wasl'iw 1rn kai.dcj 1. pw.ycji. W s1.c1.cg<)l11os~1.1cst całkiem prawdopodobne, ;i,e pcwiL'.11 ;m1inokwas u nic wysl<\pi na i,ad11q 1. p~11.yc.11 naszego.do· . · . ·. Ies ''I'I 11 1.„ --warlość dla CZ\'.Stosc1 występowanrna p.1sowa111,1.. - () . 11 ·11·h·1rd1ic1· '. • · .. wiaryoodna b „ . , .. " . "„ I'". je.st równa /I;„ c.c: O. 01.nacza to. :i.L' wwrygod11osc Lprol byłaby rown,1 1.uu dl,1 k.v.t c.11.oz.wai,ancj vv prryszlości sckweneji, która miałaby a111inokwas 11 na pw.ye,111.. W ocz.yw1i,ty sposdstawic 11as1.ycl1 oc;r.ek1wan a 11;·1:111 · Be.~ ll\.v;.okd 11 ienia j 11 1'onnacji :;, dopasowania. najkps1.y1u os1.:1eowa111c111 c1.0~osc1 wystę pow~ 11 ia amiuok was(>w jest śrcd11ia u.t;sluŚL: icli wysl<;pnw:111ia w in11ych b1alkacl,1 (!Ja): · · · / \ lIo< I·,1t I·,owyc.·I 1 se' ·I wu1c · ·1i /O( Jeśli wprnwmlz1111y do dupasuwa111a ·ie id11ych · / · c1.ęsloscrnn11 . . . . .„ 1 · · • an111rn · I\Wast 1 11 1n' hzde1 a priori 10 oc/.ekiwana lici.ba dodalkowycl1 wys1:1p1c11 '' · •. pozYCJn . · rnwna · ·." , ·' I01.· 1·1c1.L „ ·11i·1 CZQStosc dopasowa11ia h(;d:1.1e 1\11 0 • l Iw1.g I(,'< I111,q.\L_psull , . ·s1·1cunkowa ·' · wysl\'.powani:1 arni11okwas11

.• Gdy K jcsl niewielkie w porównaniu z 1\, to estymowane czt,:stości wystniowania s; 1 ·'ilnie zależne od c1.1:stości a priori
uo.I Il

/,( n10 J ,,,„;"' (li l ./ f.(1>10) /'Prior(ll)dll

( I O. I >)

rozwa:i.:1111y parametry ci:1glc, su11H; 1.as1:uiiuno 111 L-:dk:\. N:1jil'p.,1.y111 cs1y111al<1 r~m pararncln'>w n1oddu. i.godnie z a1iali1.:1 hayl:sowsk:1. jcsl w;1rlosc: śrl'd11i:1 par:1111,·1rn po rozkładzie a posl< 'l'i< >ri. W 1·a1nn: I O. f pr/.cds1:11vio110 wy pn >w:1w a priori i a posteriori. 1'011:1dto 1.;1dc111rn1strow:111o. i.<' · czi;sln~ci wysl~:pow:111ia 1.adane pr!.L'./. pscudo1.liL·1.e11ia rnlpowiadajq ::rcd11i111 war1ościo111 uzyskanym z rozklad11 prnwdopodobic1is1 w:i ;1 posil'riori. W og<>lnym przypadku w 111odelu 111o:i.c wyst1'pow:1L' wiek p:11-.1111c·trnw, po klra ll!;1ksy111;ili1.ujc /.( f>IOl/'l"i"'(ll) . Jcsl lu tzw. ro1.wiq1.a11iL' 1naksy1nal11cgo prmvdoprnlohic1blw;1 a postni(>ri. Mo:i11a je po· równać do rozwi;1za11i;1 111aksy111alnej wi:irygod110.\L·i. gd1.ic IJ 111:1k.<;y111:ili1.11jL' .wdyni<' L(IJIOJ z pu111i11i\'cil'111 prawduprnlohic1\stwa :1 priuri. l1111c podc'_j:i1:il· polega 11a \\')'kil rzystaniu mel ody Mo11tc Carlo dla la1icud1(iw IVlarkowa (MCI\!!('). Ml'lod; 1 la po;.;vala napn\hkowrn1ic 111o:i.liwych w;1rtości cią~lydi para111l'lniw 1uodl'lu 1.1~od11ic z rozkladc·1 11 prnwdopodobiL'1is1wa a poslcriori w sytuacjach, gdy calb w r(>w11. (IO. I.'.') ni(' 111oi.l' li\'<: wyznaczone duklad11ic. l\lkluda M< 'M(' była 011u'l\vio11:1 w rn1.dziail' i\\\' konl<'kści<' .li logenclyki 111olek1ilarnL:j. /'.ach\:ca111y c1.ylełllik:i do powtr lopolop,ii. Lllin· ,·lin·111v l'l>l'roi.11i('. 1\.J(· loda MC'M<' 111o:i.L' być 1.:1s!osowa11:1 do do\\'ol11\'i',1> prol>lc11111. 11' ki1ir);111 dy::11t>1111j,·11i\' l11nkc1·1 w1 'li'\' ' I ' . '/ I . . . . . . „ .' ' . (.,O< nos\·1. . n·g11y111li1·r:1 1·nil:Li ".1111,· ilozkladem pr:1wd<1podohic1islwa a pw;lcrimi. 11111::i111y jldv11iL· 1\·v1.11:1c/.V<' :;r,·d11i: 1. , i11 ~~· . . . . . „ .1<1cc.1 nas w:1rlo.<,·i po wyhr:111ych 1m'ihk;1d1. \:dy j<'::t do:;l1,·p11:1 d11i:1 ilu,;,· d:(li.\'t·l1.

I o. Metody prolJallilistyczno i

Prollahllislycz11u mo
„„

pojęcia po1Mawowo

343

1'1111kcja 1via1 ygodnuści ma osti)' pik pr/.y oplymalnej wartrnki paran1ctrów. Oznacza i.v śrcd11ia wmloś<:' p:1ra1nclrn :1. ro:1.kladu a posteriori, wartość rnaksymali/.ująca dopodohi•·11s1wo a posteriori nr:r1. wartość najwi~'ks1.ej wiarygodności powinny l)Vć sivhi<'. h:ird1.o 1.hlii.one. ,

11\\iUVHrn ·~[U " HoZlicklc111 nas'!.ego 1.ai111cresmva11i:L Iły hyc' bardziej prccy: 1.yjnylll. JH>Wi1111iś111y 1.dcli11iowat'· rm.klad prawdopodohie1istwa a priori f'l'nt"'(011) nad częsloiiciami W) ;,1<1pit·1i ;111li11ul\ was{')w n11 . dla LHlrt.«gn śrl'dnia cz\:slośt: wyst~~p()wania a1ui11okwas11 u tJr1 (/u· !'bjc;i,·~;cicj !,tos11\\';111ym nr1lladc1n a priuri .i«sl r111,ldad Dirichlcta:

Sprowadzajqc I\' /.:ilei.ność do poslaci prawidli , . . . >11«1wrn1ual1zowa11egu rnzk ladu, olrzy1rn1jemy

I

/,

.~U

(!

11 I 1\11 n I :\11 I A' 11 -I ;\ (I

11

I A( I


J

(IO. 16)

n I 1\11 1/)

/{ + ;\ .

( 10.17)

Jcsl to Ddpowi1·d11ik n iw n. (I o· I I) li'\'- P1.O\\,..it 1./,one po pwrwol . n. , 1 · .1 10. J(b) przcdsla\\'i;i ksztali ro;i·hd<\I\'. . " <.' : ie " JHHlllll':( pscmlo/.lkzc1\ J. :1 l''l.\'SloŚl' oi>st·1wm1"111·1 w I· ·I . >). 11 jll'l)pddk11, !~dv dla 1ozlddd11 '

I.\I o"""

f})h.

,i!dZll' /' to 110\Vd st,11.1 llOllll'ill/llJ'll' ' ' ' I n I IZ) ' 111.ina po ohl1cz, "li ()bcclllc w1dz1my dl.1c1e1!0 Io whs111, 11· 11 llllll ld '' w lllld11ow111k11 1mv11. (IO I 1) , ' c 101' dl )111chlc1a wvh1d110 , I 11 . . .„ wybo111 1ozLlad a pos1c 11011 Jest l"llr , , . · Id ,n II l / ' ad a p1llli1 -- dla lakicoo , lll 1\ll'lli Il J S,lllll'J 1od1111y kiZ)'IV, 'i , JJ , " iown (IO.J(1)1c'Jlll'/l'lllllJ<'1illkladll ··li·· , )ll,ln1oz,,1dap11011.1'011iewa~ , . . , . . 111c 1 et.i, 111ozc1ny si· or'/ '·t· ~ . . , , srcdrnq wartusc1 a poslniori dla i!; · · ' ys dl'/. imv11. 1 lll.!.'.I) do określenia

11

1

I I!" I ,1,, I ( I . 7.'

/•I""'' (I} J11)

'

( ,11\)'l l Jl'~1l l'OWlla

0,).

(IO. 13)

a.

\V powyi.s1.y111 n)w11a11iu ru11kl'ja ddta wyrai.a warrn1ck, 'i,l' częstości wyslqlnwania muszq sunmwać :;i1,: d().it•d 11 o
(a)

( 10. 14).

L,1°·11·

l'rzy,in111j<\C n'o t\tr1.y111ujt:rny ro:ćklad prawdopndohie1istwa dla którego i)" --~ q 11 • Rozkład I >irichlcta jc'.Sl przytlatny j;1kll rm.klad a prillri wszi;d1.ie 1a111, gd/.ic 11w111y do c1.y11ienia ze zbiorem ' p;,1ra11H~lr(lW z nar1.uco11y111 warunkiell\ s11111ow1111ia si1,,~ do jedności, np. prawdopodobic1lslwa cmi~ sji :;y111holi w 1llVIM czy prawdopodohic1islwa pr1.ejść prn11i1,dzy sla11a111i. 1'ara1m:tr ;\ nie zmienia ,,rcdnich u.1·sto:ici wysl1:pmva11ia. Wplywa Oli jcdy11ie na ks1.1ah rozkladu. Im wii;ksza wartość A, 1y111 l>ard1.it:j ro1Jl:idjl'sl sL11pio11y wt1kr'il warlo:ici śred11il'j. /\by lo 'l.ih1slrować, 1u1.w:ri.rnyjcdcn łyp ;11ni11ok \\';1.-.;11 z l''/.\'StuScia111i wys11.,·pnwa11ia O i średniq c1.ęstości~\ wys1tl·powa11ia '/ (dla uproszczenia pt>111ini1·1" i11
11

0,'.'0 (b)

0,:25

o,:;o

.'O

()

:-:

(I0.15)

czt,·slośc: wyst1.,·powa11ia ws1,ystkich pozostalych typów amino~ Lw;is1 }\V, ·1. wyj:\tkic1n ro1,wai.anq~n aminokwasu. Śn~dnia :t. surnaryc1,11cj czę.stoSci ich wysti;powania j1·:,1 rnwna I li. '/,alfri.n1y, i.e 1w'.;ze uL·zckiwania a priori n) do średniej CZ\'Slo.~ci wystypowania roz~ wai.anl'go a111i11nl, wasu tHlpowiadajq 11 c tl,tl'.i. Rysunl'k I Il. I (a) pro.cutujc ks/.lall ro1.kladu a priori dla l.ilL11 n·ri.11vd1 wartllsl'i .\:dla ,\ .~tlll rnzklad 111a wyraźny pik w pohlii.11 wartości O == q; < '1.y11niL

I

O !Il :·;11111arycn1a

dla , \ ·IO pil; slajt• sit,' /.11an.11il' s1.ers/.)''. dla ,\ .20 rnzklad staje sit; 111trno1011icznie rnalcj1\· cy. \V~,1.ystLil' IL~ n11ll:1dv 1Jl;1j<\ lakq ~a111q wartośL'. ~;n:dniq. llll wi~'.ksz:\ warlość "\ dobieramy, tym wit;ks1.c wyr;ii.amy pr1,cl· n11ank, i.L' f) musi hy1..: bliskie ą. Rtrt.\\ 1 :1'i111~/ ll'J':11. n);,klady a poslcriori, czyli prawdupodobie11stwa po /,aohscrwowa11iu danych. /.;i!Pillly, ·il' 1.:1hnSl'l"\VOW:\IHl /\ <1lllillok\\'t1S<)W, /. kl{)J'yt:\J li IO a111i11okw:.tsy intc'l\'Slljqcego llH~ ty"· 11 1>11. \Vi:11·y1•tHl11ticic' iaLi<'i'" 1.dar1.l'llia okrc<śl:1 rw.klad tl\\11111ia11ll1V)' /,(nJlll ( ','.'. 0 (I ·-· IJ)K"", 1-~o:d.Ltd a pu.',lcridri iest propDll·.jn11:il11y do wiarygod11o;~ci pollHlO'i.rnll'j j>r"/l'i'. prawdopodohie1lstWO ;1 pri111 i: 1•l'"" 11ilJnl,

11

I rJ

/

\1 1

!/

.~ ,l> 1:1

·9 r:~. '.•

·~j

;·;

c,

() (I

0„1

OJ•

IJ,N

li

Rys, .IO.' I 'la) l{o'l.klad a priori Diridllcla Ju.cd, .„". . , :„ . . , Sitd111l'J 1/ () ()'' .. -„ . . I .I ,111c...q z1111urnc·1 {! rpor. rnwn (I O I 'l )) li· . . . •·. ,·„ . .' :'' 1owyd1 war1osc1 .\. Wi1:ks1.c warloś" ,\ I·"· . . . . . . '.. ' d w:11losc1 \ldilosll srcd111c·.1. rh) Wplvw zwi\'l·st·111" ·1 '" I li. ll>'l.ki.1dy hartbq sk11pio11e woki'il no·· Ili · " ' '" 1 osu r anych N ll'I . J·J· 1 .11 · a l'O'lkl:1d11 a priDri przvil:lo , () fh . \ li>!.' "' prnwdopodDhic1\s1wa a posil" 1 O,:i.
» , '

'"l
Wprowaclzunio do uk1ylycl1 mocloli l\llarlmwa (Hl\llM)

344

345

różnicy Joga1ytn1ic1.ne1 . I

prnwdo1ioll(ll1·1 c,1'1 s I \V \\l'IS('j(ll 'Ili' I •I' I Hill do lll()( clu rzędu /L'IO\Vl'"U lll\l(l"I . .» ' l d ll IS)' 11h (lt,'111. llOJ()\\IJl'I .. ,, ' ~ pll'I \VS/l'O() rl\' I 11 . . . ' 1 11 aci·i 0 si· kWCllC.fl, a zatem !akie podci'scii· . „ , . llll'SJL' IVl\'Cl'.J 111f"un · ' • ( ' . . . 1,, 111 ~ 11 ne /WJ<;' 1(S/y skul'' . . . blonowyclL W r1eo.yw1slyl'!1 sek wen.,·. ·I I" I ·I . . lL/.llOSL wyk1ywa111a helis trans . ·" ·I . "I· ,- . c .!Cl lid l \ illlllllOk\N'IS)' Il' . " I . JOZYlJ·lc l z l .i •I p1·wnosc1·1 nic s·1 . . I . '. .i s.\c.J.11 llJqcych Il' soh·1 · ' · • 111e1.a c;,nc kdtl' I . , · · · • I .. . łac.Jl pierwszego r:;.c,·du (jak niw11icż I·( . ·I· .·· .. . . .i' 11.111 cl po wprowad1.cni11 kon;..

10.3. Wprowadzm1ie do ulcrytych modeli Markmllfa (HMM) 10.3.1. Modele Markowa i korelacje w seln111encjach Nas1.c dotychczasowe rn1.wa:i.a11ia byly poświc,'.conc częstościom wystc,:powania g<'ilnych arninokwas6w w sekwencjach. Obecnie skupimy się 11<1 nin:i.liwości

.

w:111ia k'.)rclacji po_mic,:d1.y ~qsiadującyn'.i res1.la111i. lZm.w<_t:irny h:ml1.(:. dl11g:1 ;ekwcncję ·1.aw1cr:l_lqcą11,, anunokwasow 1yp11 (/. N1L:cl111 0 /i 01.nacza l!c-1.hc,: p(l't.yc.11. na klorych ami~ nok was /J wyslc,;puje he1.pośred11io po arni nok w asie 11. I 'on ad Io 11 i ech r„1; bt,:dzie prawdo'. , podohiei'islwem warunkowym wystąpienia aminokwasu /J na pm.ycji i, pod warunkiem :i.e na pozycji i I znajduje się aminokwas(/. Na podstawie dostępnych danych najhar'. d1.icj wiarygodna

wartość

r, 11; jest n'Jwna

·

"I \i

llu/J

( 10.18)

(/)

I

Modd Markowa pierwszego r:r.ędu jesl 1.dcli11imvany 1.a pu1noc;i alfabetu (np. 20-rnakowy alfabet arninokwasów l11b 4-znakowy alfahel DNA). macierzy prawdopodohic1\s1w warunkowych r01 , oraz 1.biorn c1.t,;s1ości wyslc,;powania pos1.c1.cg( Jl11ych znaków w sla11ie poc1.:11kowyrn
pr!.l'/. 111udel pierwsi.ego rzc,:du jesl n'iw11e

1-1„\i

{, ""' (/,I

(I 0.19)

!\i•

i-----~

Stan początkowy jesl wybierany w sposób niczalc:i.ny, 1.godniL: z rn1.kladem czę•, stości wyst(,'powania ami11okwas(iw w sekwencji. Ka:i.dy kolejny sla11 jcsl dobierany na

podstawie popr1.ednicgo sianu. 1.godnic 1. macierzą prawdopodobicilc;tw warnnkowych. W pr1.ypadk11 braku korelacji porni(,'d1.y s;1siedni111i stanami ma111y r"1' lfh· czyli praw' dopodohie1i:;lwo 1.aistnil'.nia stanu h jcsl r(iwnc średniej c1.<;slości wysh;pmv:mia /J, nicza· lei.nic od wartości sta11t1 poprzedzaj;\CTgo. W ty111 przypadku 1.:ilc;i.11oś(· (I O.\\)) redukuje si<,: do proslego iloc1.ynu c1.ęslości wystc,:powa11i;1 aminokwas(·lw, tak jak 111a Io miejsce w niwn. (I O. I). Model 1. niezalci.nymi czt,~slościa111i wyslqpie1'1 dla kai.dej pm·.ycji nazy· wa111y modelem Markowa zerowego rzędu. Oczywiście w sckwc1wja\·h 1110'.i.emy mo·

delowaC: korelacje o wi~'.ks1.yrn zasit,:gu. W ogólnym przypadku 111ówi111y, i.e modcljcsl r1.ę.d11 k. gdy prawdopodohic11stwo wyst;1pienia danego sianu na hie:i.ącej pm.ycji zależy od sl;111ów wyslępuj:1eych na k poprzcdt.aj:1cycll jq po1.ycjach. I )la pr1.ykladu. kicruj<\C si<,' analogi<\ do rów n. \I O. I})). dla 111ollclu drngicgn u.~·du 11:1h·:i.:tlohy 1.ddiniować praw· doprnlohie1łslwa w:iru11koWL' p()sll!ci

1·Jx;

i

/1, .\'; '·

{/

)

l'own'icin1y !L'rni'. du prolJlc111t1 ide11lylikac,ii po1.ycji lidis lr:u1shl()l1owych \V hial· k:1cl1. '/.a111i:1sl 111()d\'k 1.cruwl:!.!.O r1.edu dla Il<' lis tJr:11. \Hki11k(.J\V 11id1dikal11ych 111(1i.c111y. 11a p()(lsl:tWil' rt JWl1. (.I O. I 'J J. 111udcll' Na: sl<;pnil' 1ia p(HlslaWi\' utwu1"1.011ycl1 llHJdcli 1m1Ż.('ll1Y nkrc:;lić svslc111 p1111k1acji w postaci

slusow:i~·

0

.

w

..

\ li l

dCJI W)'/S/\/

„:.

·li

„

'

I.

probll'lllll pozostai:\ nie11w/.}!.lc,~dnioll' f) : „ 'Jl li'.\( ow) pcwnl' i::lol11c cccliv ·I · · " c · ol )'l 11c1.is sek\.\'\'! . . . . .> wsposu1 111qawny d1.iclom1 na od.· k' I".· ·. . . . . . .1ci.1 101.wa1.:11H.'/~() hi:ilk:i hyla . I I . u11 I. \..11.dy I odc111hJ 11'I1 I 1· . · · · ' 111e OL pozosla ycli f r:1t'lłll'llll.l\\I sl·l·i „ Y ana 11.ow:111y ni<'i''tl\''/. • 1' ' • ·'Vl'llCfl JHH 1 l·i· 11 ·' ·" · nia s1r11kl11ry helisy. J>oi':iwia si" ., ·I·· · . ,,,_u pr:iwdup()(lohie1łslw:1 pri.vJ.liluw·l· , · · ' .1u 1n.1' pyta111c 1·i1·· · „ · · • Wogol11y111 przypadku pos/.l'/L''•('il11t• I.-· 1·· , . ',.i_ pow11111:1 hyc dli1gośl"
i{·„:

10.3.2. Prnsty mmiei ~~MM z dwoma staniami ~~!{!'lfłJrmi W .n1o
zalet.CL' od 1.11;1k(l\V \V\IS(•'llllJ"\ '\ ·I . - . ' I( !lid /.d( ;l/l(',l'.\J /.11:1k11 \\' .\l'kWc11c1'i ·· ' ' l /C l 11.i pojlr1ed1· . · I · lym lllmIcłu 1Vlarkow:1 IH"1wdo1i J I ·, . . . . .dJ.\t yc _1 )'.O po1.yL·jach. W ul !'"„ ' ( (o 11c11slwo wysl'\I ·, ·. . . - · ' -' od pozycp poprzcdz_aj:\cych lecz z· I·" . I·" . ' J1c111.i /.llak11 llll' tylku llHli.c· l.:tlci.cc .I . . . . , . . ..i czv I.i ,/l' od si. I ZllllJl UJC SI\'. model. S1a11y llludcl11 11'1"" - . . I . .11111 li ,,:rytego, w kt(ll')'lll olJcc11ic . ',„ W,lllly li \1')'1"1111 . . . , I . , ll\ll!IL'\Vaz lllL' s:1 one widoc·111, Iiczposrcc 1110 w sekwencji. Mo I ·I 1·1 :. . . . . . .1 . · l () . · l c · '01y 101.waza111v w, . . 1 , s.inu (pc,:lla) ora1. sianu I (helis·1J I' . I . , .\ 111.ig.i ( wud1 s1:11l
N

/'Li;

I

;.dcli1;iuw:ić (l\~«1

rzędu.

\v

T< „ i:o«IJ l/u. <'1 (OJ /!<1. /'.'.1 s'.rn1y1n t.akladallly, :i.c a111i11okwasy w 'Sl' 11 ·. . „ . „· . . ( 10 ..'0) c,}l 11.1·d11) dop(1ly do11(Jl·i Jl()/() ·1· .. )_ \I 1.1•\ 111u„1kz111c od .\!\'hi\' (li1t)(k·I /('I(» H„ ,·'" . ., ' . s dfL 111y w JL'.d11v . I . . . . . . P(lllll<:dzv s1·111·1111· I·. . . . . . . 111 /. ( 11·mli sla11u11· () 1111> I ·;I I,· IPr·ZC.Jsua I ' - . ' ' I li d)'ly1111 (lp!S/l'lll'.. . .. d l \ I ';1\h s·1 I Olli. I . " . , i \ u \OllL'
„

„,.

:l:lli

\0.:3. Wprowadz()nio tlo 11krylycl1 tnorloli Markowa (HMM)

347

w schvcncji prawdopodohic1\stwa pr1.y11alcżności do stanu O i prawdopodohielistwa przynalei.ności do sianu I. Oc1:~kujcmy, ik~ dla pewnych po;-ycji w sek w.encji 1:ra:vdopo-

sln11 I "1(A I

/1.1 ,.,(('i

dobie1lslwo /'\n; ""' I) .wsi hl1sk1e ,1cdnosc1, dla 11rnych zas /'(n; = I) Jest bl1sk1c zeru. pozyeje le moi.e111y z. dui.q pewności11 przypisać do, odpowiednio, l'ragrncnt<'iw helis lub p~:lli. Dla poz~isudych pozycji w sekwencji powyi.s.zc prav'.'dopo.dohie1istwa ht;dq .1:r1.yj1110wac war1osc1 porn1\~d:t.y lyn11 dwiema skrap1yrn1 wartosc1a1111. Dla łych pozyc.11 rnodcl nic potrafi w sposób pewny przewidzieć konkrcl111,;go sla11u. 'Hikic niejednoznacwc po:r.yejc rnogq wysl\~powac' na prl'.yklad na granicach l'rng1nent1!w jednoznacznie pr;,ypisanyeh do helis luh pt,~lli h<1dź lei. w kn\1kin1 l'ragmencic sekwencji pt,~lli. kl(ircgo sklad :uni11okwasowy jl'sl hardz.i,',j typowy dl11 llL'lisy. Wspornniane powyi.cj metody dekodowania ukrytych llHHicli Markowa sq 1.n:rnc jako algorylm Vitc1·hicgo oraz algorytmy sufiksowy i prefiksowy (ang. ji>nl'llrd ml(/ b11d1Fmd alg11ri1/1111s). Opisy tych algorylnHiW znajdujq si\' w ramkach I 0.2 i I (U.

hclisn I'<. ,·,(Il)

/'n itd. „lh'

koniec

:;\:rn O

i'pl«ll

~lys.

/I.I

('o((')

pi;lln /I(' t'u(/})

/'p itd.

IO.!.. l'r"stv lll
w l1ialkal'li

1, ·tli. Warlu:;ci wyilliciiiollych prnwdopndohinislw krn11roluj<\ w1.gl,~d11;'. czt;sloś.ć ~".YS'.Q.· \ . nra1. w1.g· 1.\'l 1Il.I. 1Ił 11 1.'.osc : .
St·ic/.La

n;

t

Dla konkretnej sekwencji najhardziej prawdopodobna ścic:żka przejścia przez model 1.alcży od prmvdopodohit'1islw c·rnisji oraz prawdopodohie1\s1w przejść pomit;dzy slanallli. l'aranll'lry IL: mo'i.na dobrać 1ia podslawic ini(irnrncji dosl\:pnych w sekwencjach o 1.nancj struklur1.L'. Mo:i.11<1 11a pr1.yklad 1.apisać ścicżk1,: (ci:1g zer i jedynek) dla kai.dego doslt;pncgo pr1.ykladu. hy 11;1 lej podslawic ohliuyć 1rnjharclziej wiarygodne· wartości prawdupudohic1is1w. l'odohnic jak w rilw11. (I
;;·t ~ ;1 .

:I JM\•:::: ;/\C: l•:<,1 L,l ,l\(ll :Y'l'l l•J:;J U!•:Vvl ILNI\'

Jl(}()

(rm 1t· 1i((i)) ·
·

(r111c1(t\1)) ·

· (1'1111<'11 ({')) • ror:·

(I 0.22)

"

Poclolrnic,jeśli ohsnwujellly 1111.j pm.ycji, 11a klórych stan ukryły j wystt;pujc po sia-

I Jl 11 I I 00()0000011 I lllOOOOOE

· Ic1· po._;. ;ycji w ·':' "l'hvc11cji Praw/.111ienill: w uh1vhic ści1:i.ki Jl, opis11j;1 siany u I\ryle 11<1 I;af.< „ . '_,\dodop()(loh11·11s111·1i wy 1·irnimv:11 1ia pmvy1.s1,·j ścieżki rnof.na rozp1sac 1ako tlo0'.~·n.pi.1v J>lldtihii·il'>IW L'tllls\i 1 piawdop01li1h1c11slw przejść dla ł,aiLk1 pozyc,11 sckwe11c.11. /.

10.3.3. IJobór 1nuametrów w modelu HMIVI

nie ukrytym k, to 11ajhanlz.icj wiarygodna tymi sta11an1i j1·s1 n)w1w

warlo~;ć prawdopodohie1\stwa przejścia rnięd1.y Ili /,j

I ·1 en1<1 " 11.i.1 . ·1 )dit.. . - lzicj. pnwdopodob· ' . , . '" l'ri.l'd::l;iwionv ll1tHkl 111oi.11a wykorz.yslac. 1Io o,rcs · . hd1:: . ()!';]/. P\. l1.I w St. ,,.s\\l, ,llLJI. .·· w lVlll n.'lt1 nakzv piocc lll'!'I) rt>/.llllCS/L'/L'lll 11 " · /\ltcmalywne· po< ., vnyn11 poh'!.•;i 11 , 1 roiw:i·;.l'niu \\'si.yslkich rnoi.liwych ściei.ek w t\HH.ll'iu (1. wag'.1'.111 . 10 ~ozycji tHlpt,iwiad:i,i:icyiii ini prawdopodohie1islw11111) w ct'l11 wy1.11au.1~111:1 dl.i k.i1.dc,1 I

?

( 10.2.'I)

11);"1 ,

(10.21)

Odpowi:ida to n)w11. ( J 0.18) dla 11HHlelu IVl:1rkowa pic1ws/.cgo

r1.ędu. Jeśli

w 1.1rnnych

'l przykładach pewne pr1.ejścia wys11,~p11j;1 bardzo r1.adko luh nie wysł\~Jlltjq w ogc\łc\ Io j cz~slości 11ajkpiej jest dohrać 11a podstawie i111'onnacji a priori. Najprnslszym sposohclll

t'/\'Slości hylohy ,,. 1y111 pr1.ypadku doda11ie pse11dozlic;.e1i do ohscrwow:mej lil'f.'łl. dobont hy pr1.eh1:_ podoh11ic' jak niw11. (I O. 11) dodaliśmy psc11dozlic1.c~nia do ohsenvmvanej liczby :t1ni1mkwas1'>w kai.dego 1yp11. l N;i poc;,qt ku 11i11icjs1.l:gll ro1.d1.ialt1 0111tiwiliś1ny idq' 11a11c1,a11ia 111as1.ynowego. Na w

11cza11ie l\l;1s1.y1Hiwc Lorzyst;1 z algoryln1<)w, k11irL: uc;,q si1: rn1.po1.1wwać w1.orcc· w danych, tak sk11lec;.11ic. jak Io tylko rnożliw,~. popr1.ez dobranie odpowied11ich warlości dla Wolnych para111t:tniw n1odelt1. l'rocedma opis;111a w poprzednim parngralie na pierwsz.y

.Wprowadzonio do ui
34ll

r;r,ut oka nie pr1,ypo!llina metody uczącej si<;, gdy:i, 111odcl, którym dysponujemy, jest wy. starezająco prosty, by można bylo wywac1,yć analitycznie najbard;r,iej wiarygodne Wat. lości para!lletrów, Dzic;ki temu w algorytmie rno:i,na od razu ustawić oply!llalne wartości'!' parametrów. W b:mbej skrnnplikowanyn1 przypadku analityczne obliczenie oply1nat~·)~·i nycl1 wartości par:unelrów może być nien1o:iJiwe. Moż,emy wtedy zastosovvać odpowieh podzialu sekwencji na dwa r(1:i.nc typy podsckwcncji. Tym san1yrn zostanie uwidoo.nio11y fakt, ;f,c wlaściwo­ ści sekwencji nic s<\ idcnlycwc na calej jej dlugości i znstan<\ poka1.a11e rói.nice w tych wlaściwościacl1.

Najprostszym sposobem imple111e11l;1cji 11auc1,ania 11icnadzormv:incgo w 1IMM jest algurylnt uct«\CY Yilerhiego. l'oc1.:1tkowo S<\ proponnwallL'. pierwotne wartości paramctn'>w 111rnlL'iu. Nasl\~pnic,· 1.a po111oc:1 :dgoryl11H1 \litcrhiego (ra111ka 10.2) dla k;ri.dcj ~;ckwcncji w zhior1.l' 11ct.;1cy111 S<\ wy1.nact.ailL'. wartości stantiw ukrytych w obn;hic 11ajh:tnl1.iej prawdopodol>11c.i ścil'i.ki. 1'1:1 tej pudslawie wy1.11aci'a si\' 111c 0 , ct.yli licz·;Wcklor. k1órcgu wsp<1lr1.1'
\\art<1~ci

pochod11.yd1

określa

n:u· 11ajwięblY

prnsl:1. w1.dl11i k1<'1rcj 1.achodzi

wi1;ks1.y lokalny wl.ruSt {gdy pon1s/,:illly si1; w kier1111ku /.gud11y111 ·; kkru11Lie111 \veklora) lub

1

luk:ilny spadek 1'u11kcji (gdy pon1s1.a111y si1· w kicninLn pr1.c'<·iw11y111 do kici 1111lrn wektora) (/1r:·y1 . t/Jl/11.).

b~ wyst:1pie1\ poszczególnych arninokwas(>w (tut·.

. . . 349 dJ r1 ), gdy na1lrnrdz1c.1 prawdopodoh11· . I '. ' . Ołl )ICnslw L'llli .·· „. . ., . ' stananll w - JM, co pozwala rn1110 .,, 'I· ł . . . . s.11 o1.i1, p1'!.c.Jsc pollli~~di'.V . · c „\c ,o L'p1;1 1leraq\' c-il , . : · · · ' Lgo procesu tylll razcll! ju:i z nowynu paralllelrn111i lllodl'lu Po 1..111 . , ., , · · · ' \li ta 1<1ch rn11dal'11 1·cst .·. „. · . · · w ktoi) m warlosc1 ohscrwow·tm· 11 . , . .. I· . . . · osi,bdll)' sta11 ,•;laqon;irny 1 ., . . ' . d 11<11ldi(1.1e11w1wdo11 I • . . . .. 0 I I z we.1sc1owy1111 parn11ictrallli lllodelt : . , · ' . . <0 111 YC I sc1c1.kacli s;1 zhic:i.nc ' I, d L o I.a I \'lll 1Clz1c . . . . · · są la Ioc same, Jak wartości ' 1101Jr1, l . . . . . nowl~ wnrtosl'! parnlllclr(Jw . . . · · · · .Cl n1c1 rundv. Mod<'! 1·, 1 .1 1 1ak to mozl1wc na f)odsf'l~\'l.L' ll1v11a '

~c1czlw .1cst w zad;1nvm sianie (tut ·11· i) 1•

·

„.„.

I

'.·

\'

li /,11

L-.i

k ),

I' Ur 1

( I O. 2.1)

Prawdopodohic1\slwo, i.e . ·st \\st.inie , " . , k, pork;,; s" I, ·, · · „ . .·, . . , , llOZ)'c1'a · i Je. 1 . ,,,t .I pozyr,1.1' I I 1cst w sla Ol'/d'I\\' 11 I' I . · ··' " 1:1 Il'/. ia pr'l.cj:;(: 1.1' sta1111 k do

me .J, ,1cst t1.lllc p1'!.c1. rown (I() ')() 'I" I· . . . ' . „ ) . d \ Wl\'l' stanu J .1csl rów11a

2= ''ur,

"·

7 1,

11

.j).

, Szacowanie oc1.ckiwanych warlośl·i para1m·tr!Jw lt1 . . ... l~t·11i 111·1l·sy , 1·· 11.w. i·.tap w;1rtust·1 iH:1d,iw;111l·1· „ , · · ' ' '·. m,i 11,aq1 (ano 111 · ·.„ · . czemu nowyl'i1 para111clniw I I 'I ,,„ .. i1.111111,.r111u11 slefJ) pol1"~a i1a wy111:1· ·(IO 1~ nor L li P11.c1. pudst;11v1c11·1 · ., . '. · · 1 ·-») . .lak wspo11111icli:;lll" w· 1. , " .• · . tn1,„ llld/. 1111.; do rnwn. ( 10.,l;!) d· . · .1, " 1osu (li dWdopodoh1cw·t , · zys 1a11am1 zada11l· prze1. IL' r(Jwn·1111··1 Il. I·. 1· . ." \\ c1111s11 or;11. l\J'/.cj:;c prnni1· w · . ' ' 1<1 ,sy111a 11111· 1 wi· . I ·· owanc.1 1iczhy arni11okwas1iw i Jll" ,·:' . , . ' . dlY)!,O( 11osc wyst:11lie11i;1 ohscr. Oln fl . , ZLJSL pu11111~dzy s1ana111i . . , ·' ' owyzszc etapy s:1 powlarzatlL· wicie ra·,' , .· .. ·, „ .· mct1ow h\'.(h\ po111ijalnic lll'llc '/, . . I .), dl. \I-Il S/.( lt' 1.1111any w:1rlo:;ci 11:1r;i. IV'l ·1 · . . . . ' .. /,d1owno a L',oryl111 V I. 'I',, ·... .cc1.1 zh1egap1 do lokal11vch lll'li's1'111 · . , . I. . I li >1c;.o . .1.ik ':Ilgoryl111 1~:111111:1 111e • ' '· O\v, IV dorvch dt li · ,. •. ·. " , · . . . . l.1 .• 1111.1111.1 i11odcl11 d11 d:1111·<'11 1nozn.i JUZ poprawi<' Nil' I·" lrów I . . t dJ•I Olll' IL'dnak o11"11··11w" I I .. . . O( IHiw1ada1':\LTl'O 111·1l,·s·111111111 I I .I ,.. ' ' .I' !H na <'/.11·111;1 1.l•ior11 11;1r:111i.· 1. I · ··· ' · " o 1·1 11c111u Dl t · vie okrot11ic, /.a ka:i.d\'lll 1"1''1'111 i·ci'/'",) .'. . . ;1 ego :il1'.oryt111.1· h· lu.<'ii:1 111 t1<'11;1111i·w lil'I. · ''· '!llZ\'11'11'1' I I ' I c row, l:1k aby uniknqt' t1lkni1:ci·1 :v ··1;i '. 't ml i1111y,· i po1·/:11k"11·v,·li iv:111<1.„, i p:11':1 iach 11auc1.a11ia nad1.orowa111·"1'1 11,1·lil.>l,:111Ht1.pty1na n.n:lt 111:1Lsi111:1t'li l
.„

„

•

.

„

„

,

·

10. IVlnlody prolialJili:;tycznn i naućzanio 1rnuizy1

:Hill

··~

yvprowadrnnio tlo 111
ff.1\.LGOflYnVI \JllHlBIEGO

. . . . . . ·1 .. I111. " 1r:1wdopodolin:1 seid.kę sla11<'i\\' ukry1yd1 dla zadanej sc,\l:•"1 y1111 \'1tl'rl>1c)' 11 wyi.1 1.1' i ..1 n.1.1>.11< .1, 1 . 1.. 1 , 1 imdobici'islWL'lll emisji znaku 11 w stanic k I' 1 w·iirnv 111mkl I i"'111 V 1. P · '"" N' 1 . li do sianu k dany111 pr·1.c1. L \\'l'll<'.JI 'I· · · · N· '" · ' · · . . l'ii/« icch I 1HHioh1t·11slwc1n pi /C\Sl 1.1 /.c „ 1• 11111 . • 1 d:1nv111 J'l'll'/. <'/, " 1P .t\ll" · . . · . " , .· ,. · i dh i>il'.iws1.ycil 1 wakow w . . I •' ·" 1 ,1·1„ . lztc'.I pr:1w< 1"i'"l 1o 1>llCJ se 1 1.1' ' 111 „

„

(

)

•

"

. , ·"

.

,

,

I

IHbt 1.1 . 1. .1 .tH .· . . . • p hni'-· jak alt'JHVlllty stosowane w 1 „. 1·· i·1„tvz11;1\.:.. wst w~.l.Ulll 1\, O(n · ' \\'.llllll dl 111 .. l - . : I,, . , . . or·11w1wa11i11 dy11a!lliczny111 (pnr. rozd·1.. fi). ~,1i\\'\'\\'il!lit1 :;d\wcllt'.ii. ;dFnry1111 \/1ll:rh1cun ).I/li.JL 11.t pto(,' -

, (i) \.H:dI1t' w1arygnt

· L\\'v1H'p.

I

\HH

\\1 c:·lu inicjali·1.:w.Ji :ilgoryt11n1 pr1.yj11111je111y

l'/,111

r111J1,(.q).

. I "łll ',!:11111 ukrvtcgo k istnieje tyJLo jl·dna ścic·/:k;i do pi1.·r:vs1:ego \\\ni La tu / l:1Ltu, i.t dl.i dt1\\0 IK, · , . · > y ·iy·-;lalll\' I '/.ak/.noŚt'I rek11rcncy.1ncJ 5 /ll·;1L11 '' '.>c\\\\Tllcji·I. I )\a ktdcj11yd1 ;,11:1kow. r ·" <1tl I • 1\Ol ,_. . .

,,

,

l'/,ti)

llla\(l'/1(i /1

·

t)l'/1/.1'/,l.I;)).

· : «·il.\ i ;·unl ni~·tej ·' \ .

·

~.\i\IH'lll

\V1\·~,/l'iL' i1r. l·1.yli wi:11)'i'lHlun~:c łi
' i•r:

•

.

•

koncowylll Jest rownu. ·

'

(10.28)

111a,;(1•11 tN)1'ft1·:). h

. se\1\Vl'lll.„p, lll winiv . n ; ,1ać 1ahlic\' wskaźników . . I Il u do11·1' owvw;1111;i ·' ~ 1" 11 ' 111 1 J'odlllll1tc ,FI'" pr1yp:1<"' ' '1"11 '". . . . .1.1111< ". n1H.. I'>/, li) I' ll'irc 1 i:uni 1·tają 11 . . . .. \\'l\'l'· tlt'.lt111u1c1nv · .sian .ukryty . dla p111».111l-iw:1111a 1.11tlllt1<,.•» : ·. " ·111 ;„1) \V 1. 1 simsi'ih inni.enty przcskdz1c wstecz .

'

I .

'.l'il'.'Ll,'

, /l1l/tH1t1~:v

uLry'l!'c:li ',· 1111\\1_1.

'\Ttl('\ll'I I

10\\'ll. (

„..

'

LI

'

111;1\~.1 11 11 1111 \\. •··· ' I -.. ·iidusl'l!H1pnc1.:\tknw1.·go. .. . I ·I l)l)l' 11"\\\'~/\' nd •-;tallll ,01H.owq!,U • · · ' , pr!.l'J>'CI;! pu1:1 !lltH l ' ·' •• . • . ' ' .. 't (}(,,.N) odzil' /\' to lic'!.ha Sl::lllOW . . . I I.,. , · „ , \11 1r)11lllll \IJIL'.rhlt'!_!,(l JL'SI 11.\t U 't:' , . .

1.Hlptl\\·1;1d;q:\1.')'

I

H

"rnn it·

lllll

„ .. · i° ·c ·duurviin i.lo:i,oi10Sc1 w1elonna~ . . 0 1 1 10 \\ 1\ ' ,„ · "li il'h I rnl ach rckmsp. ·es . ·N '. .: •. · ·I· . ,·: ·h pr:!L'"/. !llOdcl ro~;l\il~ w lcmpie !<. •

o) 1t 1t J\lil\\,! ":_-J

..

„, ·

po \v.•:I}" \ . \. \. . licl.h:1 \\':./.VSll.ic\J IHO/.llwyd1

Slll\Jt\\\ :111;1

Sl Il /.l \ Jlll.lJSC

.

<

--·-·

•

--·'"··v,-'>~-~-

351

kici kostce nic ws·1.ystki(.'. lic1.hy wypadaj:\ z jednakowym prawdopodobie1istwcm). Kasyio«id c1.asu do c1.as11 1.arnicnia kostki. Zadaniem IIMM jesl wskazanie na podslawie se~wcncji wylosowrn1ych nurner()\v, w ktlirych 11mme111ach dochodzi Io do podmiany kości. Poniewa:i. nic tcstowalismy mocklu MI-MO dla helis TM, nie rnoi.erny osobiście occlliĆ jego sk11lccJ.11ości w praktyce. Model ten hyl jednak stosowany w prawdziwL~j analizie sekwencji hiologicwycl1. W jednym 1. picrws1.ych zastosowai\ HMM w hioinfornialyee ( 'hurchill (I l)8l)) skor1.ystal '/. modelu zawicrajqcego dwa sy111h11le () (reprezcntuj:1cy /\ li1h TJ oraz I (reprezentujący (i luh C). do poswkiwania heterngcnicz11ości w sekwencjach DN/\. Stany ukryte tego mmklu rcprc1.entujq fragmenty i» wysokim alho 11iski111 prawdopodohic1\stwie wys1<111icnia (i lub C. Model ten pozwoli! wykryć lielerogc11io.1mść w ge1m111<1ch miloclrnndrialnych oraz w sekwencji haklcrio11rn~ólnienicm 11u>dclu fVI I -MO sq niodclc l\ll J MI orni. l\ll I --l\ll2. l"t;„,1 le ).. Naturalnym . ' a wivc !akie. w kt). J\nali1.ujqc sekwcncjr.~ genornu /li1cil/11s s11h1i/is, Nicolas i i11. ('2002) odkryli, że model MI-MO nic wykrywa w niej ;i.ad11cj i11lercsujqccj struktury. l\lli1Ho to w 111odclu M l-M2 pcwn:1 struktura jest widoczna. /\utor1.y kor'f.ystali 1. czlcroznakowcgo alfabetu (!\. C, w w zalcż11ości od pozycji w genomie. Przedstawiony fragment zawiera odcinki o dużym dopasowaniu do poszc1.egl\l11ych starn'>w ukrytych. Ponadto prawdopodohic1istwa przynalc:i.ności do stanów ukrytych ulcgaj:1 11aglym Zlllianom 11:1 granicach miedzy odcinkami.

.. I Y 111' '·11··1· Bialka le wy. ·· 't" 1ir1yl hdy ! ·Iotyu.y v'. tnnshlonowych. ' .· . 1'u.cdst;1w1lHH'. l Io1yc·I lLJ," ·. ' ' · ty ·li hinc 01„ 11 pętle zaw1c" . . . " .. w ich struktur1.c 1rag.men . 1lL ' ' ' · . . hr;1110 dlatego. 1.L wyst(,pllJ<\U . . ·'/.. rcic:ntowany model 1c:st,1cdnak . . 1 · „ · „ .-. ·l·hdc111 ·111111HHwasowyrn. "111 · · · 1 rapt udc111" ro1.111<1cc. sil, s ' ' · ' . . .. . · \\' ''L'l'\"t:llC.Ji. Mo:i.crny go ' „ ' " I ·t 'J'()OClllC/llY(' 1l Ol 1Cli 11 \( 1 ' " . ' ' . ' hard'!.o ogólnq nll'trnlq JH1.ro1.1w1111<1 ll c "": ... « . 1111'.-tl''Y vt·111·.1111i ukrytymi Si\. IO . . Tt /(' pr1!·1sc1a pl 1.,. . ,, ·' ' • oLrl'ślil' jako 111odel MI IV · co 01.11llHll':\ ko:;tLi llL'/.clWl'J c1.y I a,1,_. , '·" .. :.: ·, "· y;11oix·i<\i.enie111(nata· ./i;( I) r11/,1'1;(.q }. ( 10.2')) pr:l\\'( l()pudoh ie I isl we m). a 1110 '/.a p1 >1 IH lC:\ Losik I I. 111 u O\\ 1101 im 111 Krok l'l'k11rL'IH'yj11y jl'~.1 d;111y pr1.e1. 1.akżnośc'

I

rJ.:].

1.·dc:i.ą

·1· lll<"/'lll'I I do,·sianu/, i/Ili/{.). iI ,, .• .. I (/'l':'.1'/'· „ ·1l"c·l1111tr1·liwychsta!lac1»1 I\ o . '! t po \V\1.ys \I , , "l'11>'''lqd:11nv n:ijh:mlzici pra\\': Sl'll"/.\I n' u":"" I ·1· 1·" L'1111s'1i i·l\'"" z.naku uzyskll)t ' 1 ,· . ·1 11·1stc·1rnie . . Ido1.1 '., p11y '" 1)1"/l'ISCIU { {} s dlll! \ I . . "1' I wvhwra111\' I\'. . " . llł 1/.)'t . , •· . . · I

·

fi. (i)

.

1·1, L1 i I

!·11J1.:,l·ici.ka1.l':-,1;11H1 /j(1Hla11)'.. l(',1;111,t1.y li

\I

n;1

naj\\'!'is1;1 wi:iry,!!tHli1nśt: (Jir:y1 1•

1/u111.)

2_: jj

"

, . ·· 1 .

1-

6

1'nr.

przypis do n>w11. I Io.:!lil

(/>I

'.I'/'· 1/11111.

1.

1 (i

I

11111„

(10 ..l())

352

clo ul
co jest analogiu.m'. do algorytmu Vitcrhicgo (n'>wn. ( 10.T/)). z 1yn1 wyj;1tkien1. i.e s1n1H1je1ny szczególne wklady zallliasl wybierać wyraz niaksynialny. Krok ko1icmvy to

oia domen . .

' '/ I . 'Iii<'< --f'l11/ du111, · ) I) Il)' ·I . i 111 . o111c11y lt· L I Wl'IJl'llllll' 1-, I . I , w l"lll \V 11'<)1' . . . "._ , I L wo dl sic i1c. · , _, ,0111101.vlllc win·ioluty 111111 · ·, . wirusa grypy) oraz domenach wiąi·ic"eh DNi\ \V „ . L (;, · ' · 'b 1 1 lranskrypcyjnv ·I N· „ .· . " -' · c1,y11111;ac1 dy skręt helisy un01 IO l(·1) 1w· , I sJaWJOllO se icmalyczny diagram la kich hel is 11·111·1·1 . . li .· ._ „ „ , . zet. -. · · ·· ' "c \\11.t u1. osi sy111cln1 / ., „ 1· · oznaao11ym1 l1tera111i ml 11 dog. Dwie hclisv priv.-. w 1cs1. .11111 ~ci hydrofobowych res1.1 na 1101.yc1"1ch I i.--, (, "·L11.\7'.1.1.1 s11 w1„1.1c11rn1l' d1.11·k1 obcc110-. . , .• < ( · l.\S osu wvs1q1owan1·1 11 Js1 „ · , ·1 I am111okwasow ro;i.niq si\~ pollliędzy sicdrniom·i w . „.. „. . '. ( · .ri.qco nyc 1 I .I . . - . . ' s 1,.i1„111y11n pozyqann co s1·urnwi sil ny sygm~ Il e111yl1kacy.1ny dla dornen o slnrk1urzc s11k•t:i01p1ch lll'iis (l: I· : , „ I . . 111·1 , · I· · · · · ) '\ ·, „ 1 I· · I · -' · '· .i' 11.1111.iwt ,.' 1rn sklv·1·t l1•'l1S)' u • .) p.ic .i nieco Wl\'CCJ 111ż · ·· · · · ·· ics;, y. t I.I\' \i c1.c1nu helis\' 11i · J:I· I·" ", równolegle, lecz splalaj; 1 woklJI sich ie J. - c u · .1c .IJ.! SI\

L Jj,(N)rfil'.·

l.101

"

"'N·

.

'

)

s

L

l1c'l.1s ,

'

d!lt~.

''l'l'~c1'

,,

,

L

(}

„ .·, . , . ·· . · : '.

/11,
Rekurencja biegnie w kiernnku 7 od N do I 'i:,r1;1ie1i(.1; 11Jli1i(i I- Il.

,,

Krok k01lcowy to

f.101

.

•

W powy'l.szy111 równaniu /. 101 jL'.St .suniaryczną wiarygodnością ws1.ystkich śció.ek przejścia lila za" danej sekwencji. W algorytmie preliksmvy1n pr1.yjmujrn1y /11; (i) jako stlili\' wiarygodności ws;.ystkich pr1.ejścia dla odcinka SL'.kwencji od x; l·l do pod warunkiclll, i.1· ·'i jest w sianie k. Algorytm prefiksowy inicjalizujcn1y w stanic ko11cowyn1

/J1;
bialck o Slruklllr/,C s11lcciou)'Ch l1 'l1'' ('

składa.I'\ się z dw(ich lub wi,~kszc1· lic1ll" Występuj<\ one w wielu rt!i.uych hialkacl;

· Lr1111<'1i(.r1)/J1i(I).

"

Za111v:1i.n1y, i.e r(llvn. (I O„\ I) i ( IO.:H) powinny dat' 11·11 san1 wynik. W pr1.cciwnyn1 razie w illl" plc1ncntacji algoryl1n<>w 11111si być bl:1d! '/. powyi.szyd1 wyrażc1\ 1noi.emy obecnie wyznaczyć prawdopodohie1istwo, i.c pm.ycja i w sekwencji 1.najduje sic; w sianie k. ksi to su111a wimygodno.~ci ws1.yslkicl1 ściei.ek, dla kt
d

i / d

.hUJb1;\il

/;)

)!

(l 0.35)

L1u1

Warto zauwai.yć, i.c prawdopodobie1\stwo cn1isji. <'1;(.r; ), wstalo wslawio1w do delinicji Ji,(i), al<~ ju;i, nie du definicji /J1; (i). Ta niewielka asy1ndrye1.11ość powoduje, i.1· wyra;. ten nil'. jest liczony dwukrotnie w lic1.nik11 równ. (IO.J5). I )rug:\ wielkością. klór:\ n10"i:nn oblic1.yć w analogio.ny spos(ih. jest prawdopodobic1\slwo, 'l.c poz_ycja i jcsl w siani!'. k. pozycja i ·I I 1.aś w sianie j: l'(llj Wielkość

CCC

k,

J/'i

11

\a jest przydalna w algory11nic

j)

.l/.;
uc1.ącylll

Oczywiście rno;i.na lakż.e zbudować

(l(J.36)

l.101 lk1111na- Weld1a.

l!lodel HMM o zdecydowanie hardziej skom·

HMM będzie rn6gł ro1.po1.nawać bard1.ic~j wyralinowanc typy w1.orców \V danych sekwencyjnych. Architektura I !MM (tj. lio.ha stanów i sposób, w jaki sq one ze sob<\ poląc1.rn1c) będzie w każdym :;.aslosowaniu inna. Jako przykład hard1.o speeylie1.nej architektury HMM rnzwa;i.my model zaprojd:.lowrniy do odkrywa· plikowanej arehilcklurze. Taki

1 !Vl11u'i,y1ny s1mwrycz11:\ wiarygudnu:::L: :~civi.L·k !H1LT~cia

od .\i 1 d11 .\N ( IH ,pr1.cd1011ycli slam·,m li) przez prawdopodobid1sl wo wyc1nitmv:111ia .1; 1 1 w stanic li ora1. przejścia /t· :.1a1111 k do sianu li (jaku i.c wyznacltl· 111y warlo<ć· li 1. i11dl'.ksc111 odp\l\viadaj;1cy111 si anowi k). llonyny takie sun111jL·n1y po \\'szystkich 11w'l.liwych \Ianach /i, tak ;1hy u;,ysk:il· su111aryczną wi:1ry,Eod110:~{: udci11k:1 :.;ckwcih:ji \ 1 1 1 do r,v \ff/,y 1.:ihri.eniu, ),cna i lej IHll.)'L'ji wysl\'jlUjc sian I< (pr:·\'/I. 1/11111. I. i: Jl_ (i) Io wiarygodność: l'rag1m:11tu od pw.ycji I do I" 11.yc:.ji i. 11alo111iasl />1, (i I Io wi:11·)'grnl11ość i'rng111cnlt1 ml pm.ycji i I I do pD;.y,:ji N. '/, dclinicji oliil' wi:iry;.~od11n
,.„

Rys. Hl.3. (a) Rcprczc11tal'ja kola hdika! 11 0 1lomc11y o strukturze splcci<;ll)'l'h hl'iis zawie,'.~,. j:1ccj dwil'. helisy ( za1.11 aL·zo 110 pozycje od u do g), (b) Model zawi1:ra d1.icwi\1ć grup slaiHiw oraz jl<~czątkową/krnkowq J'.l'llP\' O. (cl Kai.da/. tlzic w~ęcrn gn~p 1.mvicra sit·de111 stan(lW rcpn.~zeii·· l~Jących s1cdclll llH>żliwyd1 pu1.ycji \\' helisie. Kazdy it· si' · · . · · · · · ·
' ·

'I

(c I

d

„,(w.u Ylll w ..::ok.111c.1 gn1p1e. Zaczt'rp-

h

Prnsl;1 llll'loda tkldcji wskT"lll '"

:"s··

j',

,!'.l tq1;1

I

\,

lll(lll z lklorc111.i i Speed L'OO:~J

.i

(J

.

·

d

.

J'lt1p;1

:•

.

1 1 w pracy L u1ns·1 \/: -.I I' '.., L"'o syg11a li ll l'11lyi1L:wy.111l·1·0 i.11::i;il;1 pr1.<·tl1.l:1\\'i11 . • • · •, .llH y,c .i 1, locka ( l1\'\' sy•;f1·11 1 ' ·1 ..i li.Il)' Ot 1 \1'1°11·d11yl·h l'/ 'si '" · · -'

11:1

Zpozyl.'ji (por r'v

gości '.'.X

(IO;)": ,- - . ·\· I'.'..

usci \V\'sl\'11ow;1111;1 :1111i11()kw:1„;m1

11:1 l,;1).tl"I

l'L'S/; (u„' „·,) '. ( O. I OJJ. Nasl\:p111t· \V\'l.ll:tl'/.111H> p111il.1;i,:_jt.' 11· 11k11it· '' dli1 problen111 ; . . lc1'.ILI)' SHHJu11kl) przt·suw;qw·yni ,';i\1 w·11ll11:i St'k11'L'11cji. i' ?( , wy ,011.ys1<1n1t'111 111\tll\tl /.oslal11 OIH"l '()\\"li , „ . I) I . . (.)()7) l\tl( I I I ,, ' l t p11.t:1 "iirc11>·w1.•(l i ')pt'1'
Profilnwn 11l1ryle 1110duln Marlwwa

IO. Metody pro\Ji11lilislyczne i nauczanie

lr;1)'Jll<'lliCIC/. "1 p1'!.c.1sc1a pr1.e1. l!Hll e 111oh' pozostawtic·; w sl:111i,· tl dow\ll11:1 liul": r:11.y. hy 11aslqrnic rn1.pm·1.:1ć heli;;1;. wchndz:ic w jeden ze: :;1:11l<>W grupy I ..Lik poL:11.a110 11:1 rys. I O.~\( cl. ka;i'.dy s1a11 jest powi;11.any (z du:i.ym pr:1\\'llo1Jodoliic·1is1w1:111) 1•· sliillL'l11 rnlpowiadaj:1cy1n nastqrncj pozycji w helisie i przy, nak/nv111 d1> 11i1s11,:111H'j gnipy s1:111(iw. czyli 111 211 .\c ... lub lf 2g -'r 3a.· ( l'l.11iw·.1;1 to. /,· po rn1.p1H"1.1,:ciu helisy ścici.ka pr1.ehieg:1 1. rq~uly p1'1.l'.Z poszczególne l"'/.y1·j·· lwi 11 p1.1111dl•>ll'l'I LllleJIH>'.l'I 1'111·1ścia. kllH<' lm1,q por1;1d~k helisy, są du1w11l1>1w. ll'l'i / 111,·11wlk1111 p1:1wdoplldol11c11stw1·111 tnp. 111 2cl. Scici.ka musi 11ucjs1· pr;,,·; L;1i.1L1 / :•.rnp od I do <) pr1.cd pmvrntc111 do stanu O. Jednakże stany w ;•r1q•i1· 'i. Lim:i rl'pn·1.l·1111iji: :;rodklllV)' frag1m·11t helisy, sq plll:1c1.onc 1. odpowiednimi :;i:111;1111i 11 kokjm·j grupi1· :i (511 '.-i/1, ')/J • 'le itd.). 01.11al'/.a to, i.c l'ragrncnt helikalny 111oi.c w 111-:1LtyL·1: rn1.cią1'.;i(· si<; 11a dmvl1ln;1 lic1.h(; sla1H'1w. l lpn>s1.c1.011a wersja modelu 111"!' li1hv 1.:1wicra1' j<:dv11 i<· !'.rllJl<.' st :1ndkt>\Vi\ :1 PIH li Ila krn\c:1111i. l'owlld11j:11>11\' takir. i.c k:ii.d:1 lielisH 11111si składać sic; z co naj11111i1·j d1.icwi<;cit1 n·s1.1. l'ar:1111l'lry rnodelt1wy1.1iac1.rn101.a \Hlinoc:\ wariantu algoryt111u 111·z;\t'<')',O l\au111:1 vV<·kha 11:1 prnlst:1wic z11:111ych pr1.ykladmv białek /.awierających ::trnklmy :;pk1·irn1ych ht'ii:;. l'11dro1.d1.i:li o 111rnlclach lllVllVI 1.ako(1c1.y111y prohle111c111. kt(1ry1111.aj111owaliśrnysi~ na IHH.·1.ąllw:111ia :1!1li1mkwas(i1V 1rn1g,:1 hy0 i1111c dla mkink<'lw czapeczko· wvcli. ;1 i111ll' dl:1rdzc11i:111,·lisy. ł\tk 1.:1wil'raj:1n: do '.20 a111inokwast'1w s:1 „obsługiwane" pr1.1·z 11·ysp«c_j:dizmva1w :;tany Ill()(lclu. V\li1;ks1.e t'rag111L:n1y niel1elikalnc są 111odclowanc 1.:1 pul:1rny". ktc\ry n1a pnl:1u.1:11ie do sa111cgo sil'hie. 11rno7.liwiając tym -,a111v111 011i:;yw;111ic· Jll'l.<'Z 111od«I hi:ild. 1> dowoln<:j dlugllści. IVlodd rozrói.nia pomiędzy .-y1opla1111:11v1·111i\ i p1>/i1 ,·ytopla/.lllaly1·,1:11:1 stron:\ hl()ny. lhi1·ki tc111t1 opnicz przewidy1\·:111i:1 \l11y 1111Hkl jest dohry1;1 pr1.ykliidem s11osohu. w jaki 1110).11:11.aprojeklować IllVIM tak, hv 111\ 1.)'l1·d11i:il r/l'L'J.ywi::lc cccl1y prohil'l1l(l\V hiologic1.11ych. Pomimo i.L' architektur)' i llvll\I 1110!''1 < 11:1c wysoki :;topi«1i 1.loi.011osci. pod;;tawo11'l' algorytmy dekodll\vania 1 11,·1.<·111:1 ll<>/u:;1:1_i:111ic:1.111i,·11irn1c. ('o /il 1y111 idl'ic, I IMM sq l>:1rd1.o elastyc1.11e. Skutecz· ·-1

"·1·,11. 1:'<>
1,c

,,,cd11ill1i ,„„,„,,1"''"i"<11i

wlwlibh" .1, '1 •1 11• 1l11m 1.

\1\·:

11·1«>\\ ' <1>11I""1, ' ' Z<'"<>i11\'< I< ' t111111ul ' \\ '1smv W<' l1,1um1·n1ach ·" .

355 błona

stronn po:tn cytoplazrnntyczna

czapeczlrn ~ poza cyt.

glohularny

1

~

p<;lla cyt.

I'

'

-v.

J{·d;t,1~~ 1 pl;tla poza cyt,

><

\ i' 1npcczk:1

czapeczka

cyL

dluga p<;lla

poza cvL

poza cyL

globularny

glohnlarny !

(li)

(c)

Rys. Hl.-1. Euzh11dowi111y i11rnlcl I lfVIM sh1ż:1cv do przcwid 'I" 1 111"

I „' " , .. , . . · . . . ) " " po m.cni.i helis I fvl w hialkacli hlono. · · .' · ' · s1.i11y 1cp1czc111up1cc rdzt·n I ·I'., 0 1 · 1. cach helis, odcinki Pl'ili l:ic;,:IL'C helis" 01 .. 11 1.. 1.. ·.· ie IS),
y

0

1[].4. PnJfi~({}Wie [Ukryte mmlieh~ Marimwa W Wrozdziale pod,::,·

<) pr1eds1· v· . I, , .i\ i ono lllL~tm 1y rozpoi.nawania wzorc()w wykor1.ystuj:1ce profile c1su11 ty1n l opasmv:llK' rod1111y s ·hv 'Il .„ I. I I . . . . . .. eji zalei.11cj O(j po1vcji W·1 I·. I ·I . . c '. L cf! 1ta e' _oJHSUJL'. się i.a po11H1cq pu11ika·· p11nktac1'i . ·1, l·I·· · ... 1' (. '\ yc i ml'lo'.l .fL'St kor1.ys1w11c· z he11rys1yc1,11ych syste1rniw 0 1 · sehv · Il opracowano sp11wa11ic 111 .· . 'LJI ; .... ". ·sckwc11c1i · · : · 1.liioru · iia Ic I'· ]' l'/.l'l Istawione pon ii.ej dopa·· 1 • "'·"" "Y •"" '" I'""""'! pml tlnw1gll Jl MM '·"l""'''t>lowmwg" "" i·yi I OS

„

J

Profilowc1 ukryte 111otloln Markowa

356

:J.

3

\Al

Il

w w

li

F.. y

('

Il

F

fJ'

Jl H

'"

\A/

n

E y

(~·=~

c:

1·

\•:

,.., \ll"t'' I \\' 11 owyisl)'lll doiiasmva11i11 lo dohr1.c dopasowane pozycje, , 1 I\.\) li I I \Il Y 1, -'"' · ' " ' , , ., . , , I , " „ ." : · . · I",· 1•· st'l'\\'l'llC.li wysl"llllJC I 1~t z1c w p1aw1e ,<11.tcJ .. ,. · . · ' · ·1ak1s a111111okw,1s. Kolu111111 , le ··1·s.\ 1cp1c1.cnI"·· . ··(UW'llll' pr1.e/, stany \up.ISO I .. \"ltl"\cc l\111 M'J i MI (ani!. 1111111'/1 s1111e). l om1t,t 1.y "1zdym1 ' . . (;lllg. dwrnn;1 sta1ia1n1· t ,·op.isowu, · " 1t1u1'c . ·sit,• sla11 wslaw1:q:1cy , . . 111sl'r/ s/11fe) ozna1·.\C)'Illi zin· "st·iiitt lltii wyst<;ptIJL' slan 11suwa_p1cy (ang. delete stastiwu'i·iceoo ' "' 1· c1ony prze1. I . I on11.e1. ' '·1 . ' · .,, · · . . . „ 1 , , • •. „ •. I:) St· y doi asowuj; cc oraz wslawiaj:1cc e1111lllfl do se (Wcnc.11 sym1 11 11') o1.11.ic1.011y p11.c1. . • <1 · 1 „ · 11 · , · I li , 'tlili nok ~vasów. J>rawdopodohie1\sl wa c:111isj i s:\ za lei.nc: od pozycp 1m l <\Pl czicstosc1 H t.' · l .,. . , w doi1·1sow·111iu dla kltircgo llHHkl 1.oslal wyuczony. wyslt;powa111a reszt o 1su wow, 111 c · '· , " · . . ". . ..· , ~" .„ „ · · Clllt(UJ·I · " S)'lll . 1-J\ 11·1. f'il'll .. . w do11asmva11111 wsk,11.11.Jc, ze• sc1czk,1 Sl:111y llSllW
• '

•

-

"

.

•

•

•

•

„,„

„

„

"

,

•

",.

,„"

11

IO

j)Ol"/;jll'k

'

IVll

lvł ~·

Il I

I>.:

. I"". l !tys. I 0.5. J{epre1.c111acj<1 dopas1>wa11ia se I"w11cp.. 111a

w.in110 siany dopasowuj:\Cl' ( rv1 ), wstawiajt\ł...'t' (I) i

Il.I /.a 1)0111oc;\

profilowego

ł!HH Il' Ili

11 ,t\'J f\'1. l'r1.cdsl:l·

llSllWtl.Ji\Cl' (I))

. . . prawt Itiput I\> 11·1 t·1·1"l\\I'\ I · ·„ " 11·tlciy 1dcl111Hiw:1c " ' crnis'1i · ·. dla, 1 I ·I i\hy w pe 111 opis.ie llll l L , , . " , „ .. . " " • , ·i "I• r(1w11i1'.Ż. wyz11aczyt: wszystkich stamiw dopasowui;1cych I s1:11H>W \'.•st.1w1.i.J.\C)Cl, .1,1. .I ·twa te · ·. . . ,·:" ·, \·'\' stam l'rnwdoptll o 11cns w•;1.ys1kic 1m1wduprnlolm·11slwa pr1.c.1sc pu1n1v ".· , . 11111 . . · 1 ·.I . ·111rikwa· lllt. ,;1w dohr:1l' 11;1 podstawie uhscrwow;111e.1. 1·1c·1. I1y wys (:1p1c1 \ jl u,S/\'/CO(l · · '" 11\'l . I dl\\

I.:·

357

sÓW w kai.dcj z kolumn orn:r. obserwowanej lici.by przejść każ.dcgo typu, i.godnie 1. r(iwn. (I0.22) i (I 0.23 ). l'onicwai. ko11it'.cz11c jest wyeslymowa11ie du i.ej lici.by parn1nclrów, , choć w dopasowaniu moi.c być stosunkowo 11icwide sekwencji, w para1ndrnch warlo uwzgli,:dnić inł'onnacji,~ a priori. Jak wyjaśniono w p. IO.:>..), inl'on11acjt,: a priori moi.cmy wprmvmlzić za pomocą pscudozlie1.e1\ lub rozklad(1w a priori Dirichku1. Dyspo11uj;1c ko111plctcm parn111ctn'iw 111odd11. 111oi.c111y dopasow;ić Lill niego nowe sekwencje. Najhanl:;.icj prawdopodobne dopasow;1nic sekwencji dll 111odcl11 111oi.1w wy„ znaczyt' 1.a IJlllllOG\ algnryln1u Vilcrbicgo (ra111ka IO.:>). W len spos1ih 111.yskujc1ny wygod11<1 111clodt; konslrukcji dui.ycli dnpa:mwa11, rozpm·1.y11aj:1c ml stosunkowo nic wielkiego 1.bioru sekwencji w dopasowaniu zalq:i.kowyn1. Algorytm Vilnhil')~ti 11H>ż.n;1 taki.l' wykor1.yslal' do uczenia 111odcl11. W ly111 pr1.ypadk11 rn1.poo.y11a1ny od 111odcl11 wvz11aczo11cgo na podslawic dopasowania zal<\ż.kuwego i za jq~ll jH>llllll'<\ wvz11:1c1.;1111y 11 ;;jhanl1.icj wiarygud11:1 ścież.k\· pr1.cjścia dla k:ti.dcj 'i. sckwe11cji w ly111 dopasowa niu. W len sposc'ih 111.yskujc1ny 11ow;1 wersji,'. do1wsowa11ia, 1.a po111oc1 kttirej 111oi.e1nv utworzyć 11owy lllodcl. l'roc1;d111v lę powlar1.a111y doptily, dopciki kolcj1w dopaso\\la11i:1 rMnią sit; llli\'.dzy Sl>hq. Jak \\lsprn1111ia110 \\I p. IO..\.:l, uo.cnic 111ui.11a lak że pr1.cprowa dzić 1.a po1llcK:q llll'lody B:ttlllla---Wt'.lcha. w kll\rcj oc1.ckiwalll' wartości para111cll'li\\I s<\ wy1.11ac1.a11c 11<1 podstawie ws1.ys1kich ścici.ek, a 11il· lylkosl\'p11yd1 jest _jui. kilk:i pakiclów oprn,;!rn mowania 1.aprojcklmvanych do budowy profilowych 111\tlM orni. ich 110.cnia 1.a po111ocq dopasowa1i zadanych prl.l~/. 11i.ylkow11ika. 111.in. I IM Ml m (l ·'.ddy. '.WO I) i SJ\M ( J l11glwy. Karplus i l(rugh, 200 I). l'rawdopodohic1is1wa prt.cYl" do sl:11Hiw wsl:twiajql·ych i 11suwaj:1cyl'11 s:1 / 1·1.·,i,uily nmicjszc od prnwdopodohic1islw pr1.ejś{: do slatllllV dopasmvuj;1cycl1. ( >1.11;11'/.a Io, i.c· wstawianie przerw \\I dupasmva11i11 wi<\Ż.c sit; 1. pcw11y1n krnwdopodohie1islwo ws1:1wic11i:1 rcs1.ly jt~sl rfri.11e dl:1 rt1/11)'t·l1 pozycji i inl'onnacja l;1 jcsl wyd()bywa11;1 11· prnu'sic· 11t·1,:11i;1 l ll\-JIVI. W trakcie 11c1.c11ia 1t1oi.c· 1.ajść lrn11il'L·1.11uśL" 1.111i:111y lit"t.11_1· s1;11H1w d1q1:1::<>11·11 ·1·„11 Na pr1.yklad,_jcśli prn1;1d poluw;1 Sc\kllT11cji w d\lp:t:,t1wa11i11 111;111<11:1d:lllc',\ p11.'\ "ii l\ "il<,' wycrnilowa11:1 pr!.ci. ::la11 11·s1awi:1j;1c·y, Io n11.s:1d11y111 jc:;I 11·s1:1wi«11il· d 11s1111;11.· ()(lpu11·i:1d:ij:1n· ti-1 l'"I_\'\ 11 ·:1:111 dopasmvuj:1cy. :1 l'\\'1.·11l11al!lt' n·s1.1y 11:1 lt'j pu1.ycji t1:tL!o11 :wj:il.1• '"'' .-11· 11 :.1:111 i•>;il. '" 1, na 1.aprujd:luwać pruc\'dury 111.:zw"" l..ltirc 11· l..:1/.rk.i i1n:1cji duk111H11:1 1:1Li1·l1 , 1111:111 11:1 pozycjach. 11<1 kltirvcli Io ko11icL·z11c. J\.olcj11q 111mlvfik:1c·i:1 prucT::11 1w/1·11i:t I" I · l"111
1o. Molodv prollaililislycznn i

Sieci 1w11ronowo

. · .. 1 111,·s1·(l SJltkl llH>!.'. >y wyspc·q.i · ' · '. : .„ 1 . 1i1 Iiionych Bardziej przydatny jest „ ·J· i1 "lll OjllSIC SL'k\VellCJI ()(OSI . . . · ' •. s,·Lwc1w,11._ a zm"<1zcm s " J • . · · . : ,„ brze wszystkie sekwencje. Mo~• • '. '. • 1 \V 1111'\l'i' lllO'/. 1IWOSCl-l 1() ··• ' · · 1n1idl'i llgol111c,1s1.y. op1su1•\l )_,. . ' ·· .. J· , .. . SJl<>l· rL;wnionych (szc1.cgóly 11107.na . I .. ' '/'\J'\C \V'l"l SC ,W(.l\C I ' ' . .„. dc~I laki 11H>i.11;1 111.ys u1c, 1..1111 "" 'b · · ·1 .. J!JC)'') . 1 i.11ak"1.0 I\' ksiąi.n; I >urliiua llL, · '' · . ·l . , . . , niodclu iirolii 11. Model p17.edstawio;' · ·· 1 1 11 1 111 1'!11·1u·c1a1L11G,111\ \.Yarl<> 1.w_1·01·1c 1wa!-'.<.'. ; ' '_'. · · · . i· ·t· .1;11 i wst·iwiaj: cy 1ni i usuwający_ mi. Nic ' ' . 1. · I ) li ) i Jll'I Jml'\C/L'n Jl!lllll\'.( /.y S'111 ' 11y 11:1 ' .' · . . , „ :. , ,„ 1.1,.viylv 11\V'f"i<·t 1111om„ w ptc \ . „ . 11p.l. "<\L"/.L"111:i a ,1, . . "" .,.. . 1.11 ich Jlri.cjść: pll\vi1111y hyc .1ctlnak •' · 11 I . · 1 J<)<) I\ p 1„ 1wdopountcnstw.i w prncy l<.rng 1 1 111. · · ' . . .1 , 1 ·IL' obol· 111 „1.vrwy, lo 1. reguły bardziej . · · T I1 ·, J li · ' . . 1 111 ··t·111 w"iaw1:q:1cy wy:," 111,:w1,.·Jk1,: ..1c.-; 1 ow L· " · . ". · . · .· . , ..' 11 Io sianu dopasoWUF\cego, co cit. tHlpowiednim hylohy lll"/.L'lll'SIClllC WSl:tW."lllCJ ICS/. '> ( ' . ·rwi· j·tlc i ··1·111 ws1aw1ap1cv. „ ł „ llllllllJL' /.a\'O\Vlll) JH /,l . ',.. . ,, • . . ·„ . . . Jllll"l'\lht i Ila konni SC \WC11Cjl . I1 . 11 \'li lll'I "I '11\Y WSUl\Vt:q.\Cl n.i ." ' ' I•1„1.cd:;1:1wm11y sc < ·. ' :· ' ·. · _„ • . Jll'Jl'd orai. po dopasowanym ,„ . I ." . 1111 •;ekwt:ncp <" „ 1 ntol1c. 111 . s1:111l>w. Lil; w11,·c Jl" Lop.i_,ow.ii · · . „ . . ·sil i,·dop:isow:111ych. Utworzone . . . . · I >W'IL' Sil' dowo 1na 1IL.I. 11.i t c. · 11 · „ • lr:ą•11w11c:ll.' 1mi·1.L' z11.i,1c' • - .· · . „ 'ill wi<>l«dcrn sckwencp (pomc. I . . h •d/il' dDJl'lS01Van1e111 1() 1'" 111) .,. ' . . . d<>pasme 11 y w sckwcnCJI . . : · ·I 0 I 10 . l 11 · wyst:1p1c111a pO,IG .r '·': , 111cHlel 11Hl/.c rcprc1.c11lov1«il. WIL ' " . , ł'' ic· yrn clcmcntcrn, ktory . . .' .. I 'Il "/CO() O('J\ll w !~Cl\011\ll.. \. 0 .111 . . l>1:ilka luli powtor1.c111,1 poJlL) L · te .": . "· 'J'\lhlweoo t1elu do kazdcgo 1110 l'I· . . I „ „/ejSG1a ze sla1111 poc " ' /:" . I • 111 111111.11:1 Li< id ac do rnm1L111 ,\Il · "•\ · · . " .•. . H">w doi1asowu1ących (O . I . . vu ·1·1cvch orni. po 1:1c1.e111.i i.c s 1' 11 . . , '!. w,·wnctrz1w,·h sla11ow <<>p.isoi . ' . · . . „ · , ·ić Jlr/l'/ ("iły nlzen 1110· , . I I ()' . 'l'l to ż,· <-ci,·ik1 1.a1111ast p1 /.c 1i1cg, ... " . krniL.·owt:).'. <> :;t;u111111m <'. 11. 'I.n.ie " . · ·. :· ·. „ „ „ ,<; . •on obszaru dopasoWUJl\CC· · · I I „ , · „ 1 'ille"'IC 1cdynw pt /.l. 1. ci., se 1 c.,„ 11 dt·l 111":„•lybyni\1'111c(oi11.cpi .L ,_„. · . .• .,,,. c·ii · akirnotell. · 11 . •". . . I I . '')\VJlll W'/"''( 1 L- 11 '·1 1 1l'.l\l SL.,, :«1. ( )diimviada to dopasowa 11111 Io ':t lll'lllll 1" 11 < ."" . '.. nmiin ~rnwadzić prze· . . li ł . , .... 11 111·1·1cv111 1:Hla11c L1opasow.rn1L. . ' I· llv:;l"'1111p1c lllV V ILJHLl" .' „ .'.. . .„ .. ·. cychdoteno111mc· " . · .1 .. ·I 11 ·i' ivlil 'H'll 111 nyl'i1 scLwe.nc..JI p.1su 1•. · "'. 1 :-„· 11L1w;i111:1 li;1/, d:111yL. 1 li l L. li Lil. ,, ·. . • „ . 11·11 110 W\l/Jl;\C/.ellla OlpO· 1 I . . . . " 11·1 SI\' w I \'111 pl ;,yp.t< ' J ' \11. ivln:li:111i1.111 pr1.cs1.uLlivmu<1 :"1 1tm\.it " · · „ .· .. · l·t· - .l. s . .,,,eiic'..Jl' w hazie danyci · I ·eshl'\L'l'I ' n 1 · 1.'1 ll'i,·dni,-,j Jll111k1acji r<1i.11ic-:1 lo;.!:iryt11110.11:1 o ,1 ·, '1'1rv1·rv'1 ";· ··1·1 1m11HJL.';1 O'?.<'ilncgo modc· · · · „ · „ 111 ·1rnw 111ode li 111 · .". t . , , .„" 1 ki11"I 01i1s;11H· 1.a p<>11lPL.\ p,u.i '· . i·<> uccirnuic 1noz11, 1 . . . I " lw;uwą ';ck wcnqc wvso' . 111 ;_,·1 "W")'U„ 1·1·11n'/.L'J1l11flL'C)'O :-:,:;w,:rnw . 1' . J· I<. r1vsl·1·1·1c ·1. powiększonego . tl"1i:1.~"w;1,· . · 1'I 1 111\H'I ·iii · hv w kolcp1v111 ,,o,u. .' ' "·" •'.' , • sposoh, „ 11 ;i:,tqin><'. • · · rno ż'· -~ ' . i'o:,tęp1q.1c \\ 1c 11 · 1 IO\\""Il' miwv· „rrnidl'i ilopa„."w;111ia :-:cL w<:1wy_1i1t:go. /.HIL . : " „ ·h~rnc"ii i przclrnd:!/.<,' 1Ianyc·lt I '1'1111 '

gdv

li

'I"\ "I Ili Y •' · ' · · • wyk(lr/.y~;trnw dopa~;mvalllC' /'llVI " · c ' '"i· ") C'dvh)' sek wcncjc n1ialy niwnc wagi_•

I

„

I

(„;,

.

•

.

'

.

"

.

"

1

„

1

35!)

knlekGj<\ profilowyclt I !MM. Ba1.ę I\~ llloi.na wykorzystać w celu klasylikacji nowych, do1ychc1.as niL?.nanyeh bialek do p1>s1.czeg(1lnych rod1.in poprzez określenie profilowego llMIVI, dl:1 ki<.>rcgo sekwencja zostala najlepiej oceniona. Ukryte.' modck: Markowa s;1 hard1.o sk11lecznym 11:11'1.ęd1.icm ro1.róż11iania rodzin białek. Mimo lo, jak w przypadku każdej metody, mają one pGwne ograniczenia. Prawdopodobnie najhard'!.icj nicpokojqcy111 jest !'akt, że I !MM wykonuje dokładnie to. do czego został wyuczony. W Pfom modele s:1 11c1.011e za ponmcq r\:cznie dopracowanych dopasowm\ zal:1ikowych. Dopnsow:rnia 1,: slanowi:1 stosunkowo wiarygodne źn5dlo danych . .Jeśli jednak proces 11111delmvani;i obejmie pewne 11ic:pr1.ystające sekwencjc 111 , lo parametry 1110dcl11 11legn:1 odpowiedniej adaptacji, lak hy nadać wi1~ks1.:1wiarygodność1<1kim nicpri.ystający 111 sekwencjom. Roś11 ie /.<\IL'.111 prnwdopodobielist wo, i.c w pr1.ys1.mści model bvdzie pasowa! do kolejnych nieprzyslnjqcyl'11 sekwencji. Dodaj:1c nowe sekwencje do modelu, należy wi1·c 1„achować ostrni.ność. hy 1111iknqL' posl~:pujqcej degradacji modelu i utraty i111'orrnacji. ktro/ile r/i/111i1111i. Podobn:1 uwagę sl(mnulow:rno w odniesieniu dP PSl-HL!\ST w p. 7.1 ..'l.

10.5:1. !1lea sieci mmrnm1wych Naukowcy 1.aj11111j:wy si~· hada11iami ukladu nerwowego odkryli sko111plikowa11y system wzajemnie powi:va11ych ko1rnirt~k nerwowych w 1rn)1.gu. Obec11ie wiadomo jui„ i.e 1.dolność 11H)1.gu do pr1.eclrnwyw:mia i przctwar1.ania inl'orrnacji jcsl roi.proszona po sieci komórek, kl(irc sa111e w sobie charakleryzuj:1 sit; stosunkowo prostym zachowaniem. Struklury hiologic1.11c lego lyp11 1.ai11spirow:ily i111'ormalyk<'lw do utworzenia sztucznych sieci neuronowych (ang. 11rtifi<'io/ 11c11m/ 111·111·orks. 1\NN), które moi.na nauc1.yć rlll.wi:11.ywania r6ż11orodnych prnhll'1rniw. w lym wiciu zagadnie1i zwi:\f.anych 1. rozpoznawa11ie111 wzorc15w. ;\NN zastosowano z duiy111 powodzeniem w wiciu rM.nych dyscyplinach naukowych. Ternalyce lej poświęcono bardzo dui.o miejsca w literalur1.e. W praklyce wiciu naukowców pomija przymiolnik „sz111cz11c". Sieci neuronowe (ang. 11c11m! 11ct11'orks, NN) są przez nich lrakttiwan,~jako prnktycz11a metoda ro1.wi:vywania proble1rn\w napo„ tykanych w ich d1.ied1.inie hada11. Nic jcsl przy tym istotne czy stosowane llHHil'łe sieci majqjakikolwick 1.wi:vck 1. r1.cczywisty111i systl'111ami 11euronowy111i. Celem ninic~js1.ego punktu jesl pr1.cdyskt1tow:111ic 111ożliWrych kai.dy ma kilka wej:;c' i jcd110 wyjście. Sygnałem wyjściowy111 neuronu je.si Iicl.ha r1.ec1.ywis1:1 1. pr1.ed1.ialu od O do I. Cldy sygnał wyjściowy 11c11ronujcs1 bliski I. 1wuro11 okrL'.~la111y jako aktywny. Natomiasl gdy syg11al wyjściowy jest bliski O, Io 1111\11·i111.v. i'.c 11c11m11 jL'.SI 1lie:1k1ywny. Sygnał wyjściowy 11eurnnu .iest f'u11kc_j:1 jego sygnalów wejściowych. W si<·ci 1. rys. I 0.(1 sygnal wyjściowy ne11ro11
Sinci nuuronowu

:160

wan;twa wyjści11wa

warstwa war~;\

ukrytn

wu

\\'L~jściown

. · · · . 1' ·c· lll'llrDllOWl-'i 1.loi.rnwj z w:1rstwy Rys. IO.<•. 1\rclliieLt11ra typowc·.1 .1ednok1C·11111 """.1 Sil I . . . stwy ukrytej i warstwy wyjścioWCJ 1 ,·

••

Wt'.jśl'iowL~j, war~

. ·' .· lll lll'ltrOIHiw w warslwi1· kolejnej. (cu . ·, ·t .. "l'/ ·m S""llalc111 wqsuowy I/'zostalo warstwic.ws '/..11,Il .c ..· J'"M, 'llllY . ".. t .·(, i't•(!ll(>l·'it•i·imlrnwa (a11e,. /<'<'( or.1v11n/ '/C ll'Sl ()SI ~l . ' . '·· . . 1.a1.11<1c1.onL> slrza rnnu ). 0 " •. • (\l''ll'Stw·i iaiitac'/.011a na o.arno) jest • .' · · . , .· , , 'k S onal w warstw11· we1suow1.1 ·' · ' · · . . · 11<'11/'l/I 111. /11 o1 ). ' y"" . . ,· .. l\"''L·l1 '/'llll'L''/L „ l·l· 1l y 111 1a<>aL1n11.:ntclll ' • ·; '' '. · · l'.lllltlljl' . ·1: 11·tle1y c . . . olrL·ślonc·1 klasy sckwcn-, . O luli. l. 11.y' I " . ow. , .. <''IY ntc n.i. lL·'f·.y tlll . ' .. . CZ" sc.k we nep prz.c.'.l staWHHl.t siec . , . '. .. .' " . l ,,,·y.1s'L"11' ·"1"1·i rno:i.<.'. l1r1.yjmowac J • • • vy 1sc1owy1111 o · · · · ·' ' ·· cji. Jeśli dysponu.1cmy /1 neuirni.tllll ' · · . ~. ', . ;. ·enic w" ·ścic sieci czc;slo re.11 , , .1 1...· 1. łll >:iln przyp1sac 11111c 111 . •1v 1• · .1. . • • ·2 stanow, z ktoryc i ,,ii.tcniu < ·' . . . . „ ,, sL·[·, , .nc'ii (·n i. wy1śc1e mozc 1 ·· · 1· . '< i1c·dync1.q pu1.ycp ' · ·' 1 1 . , lH·c1.e11tujc przcwtdywan<\ w ,isnosc P\" ., „ t ,· I ·tn;l tltr" helisy u·). fVlo:i.1: to hyc np. ' · · • [lr'l"ll'lic'/.llllSCI ll.S'/.) ( \l S · ' .I · , . · ' rcil!'c'/.1:11lowac pn.ig110'/.\ ·; ' . l . . \l . \l'i"i·'ciu. ,,. odro1.n1en1u , , • , · . , „ l , 0 [·na 1apre/.L'n ow,mcg 11 ' 1 ·." pewna wlasnosc srodkowt,1 ILS'/.) ' . .' ·. „ " . . , .·• w ohiit'. l'u.y tym, przesu, . I I.·· 1„1 s +wcncp n11cs1.u.• \1l go s1i; ' . . ml wlasnosc1 ca ego ot u11,.„. c' . . I I· . ' .. I llll\l\''I sieci 11e11ro110\Vl'j prognnzy w:tj<\c' okno w1.dlu:i. sekwcncp'. t!Hl'/.Clll); t u ,\l\l.IL 1·• 1 H · • · 1 /.<11.l:111cj wlasno~;ci dl:1 ws1.ystk1ch rcs'l.l .

1

." •·1 • ·l<'"I ti11raniczona. ;.„,:k \\'t'.!Hji pt )d;\\\';l!H'.1. łJ:l \\ , LJ~l \.' . „, I' . ' I ' . I I . i„ „ i I /, I. I 1 /,, lj ( j"l'i. I I h'! \)O/\'l'\1 I\ ()\\ l!ll\ \ l I „. . ' ·_ l . k+

li

11 I .1c1h.1 w1·1 '' Sll'c I 111'lllt1lll>\\'c'\." \\I\'< I I li"<"'< \V

pi .ikl\'l l' '

li.I \\IL'J:-il

li) jl'l1() IHHhld\\'ll' pt/{'\\ H /Il l

\ '

t

oLno.

k\UH'i11) ;,1w,ulo\t 1.1p1t'/1'11to\\,t1H: '.ll'L\1

I I, „ .• i I ,, , i ll.·11·.· 111·0,1_q11iz.\' wl:1s11ości · '

„.

i

1

I ,,' \ I .

.

Loll'.Jll)'L'

i

I

I, I

-.

/

P1 /i.'!-.11\\

'

·11·\l .

'' .I " · · · · / I

l /·1\1\\"l/lll,· l l\?s1., " . •. . :' ·. i. li!/_\ 11\llll

w!a:-.IHl~·;l·i ~;c-L \\"t'łlt:.ii. I/Il. sirl: łlt'll\illlll\\':I

n.·st.t'it·. kt1\rcj duty1.._·;.y1 pn1g1101.a tpr.-y/'· t/11111. ).

I

!!U

\"/

' .\

1111·1'. '('\ \''•'IH'l'i u ' .. ' .

"

l

.

'I

k.

i!/, l I, il/, ! :~itd.I, llHl'.1.l'lllYdo o · · · · 1v1n 11r1.1.•11adl.11 w1·k,ir1y:.111,11~ . . · lok'llne ' ,

'l

'

i.t' proi_:llli/.a \\' .I 11it"SielL! rnlciill' \

,·,·1l1·.·1 . .,,•1.·,,·t'llc.·11 \\'\'Śrudkuw:uiy

111

'

31i1

Zachowanie sieci 11euro111>wcj jest 1.dc1en11i11owanc pr1.cz 1.hi(>r wcw111'łrz11ych paran1ctrów kontrolujących syg11al wyjściowy ka:i.dcgo m:11ro1n1. '/, reg11ly N i'J stos11je111y wramach nauczania nadzorowanego. Dysponujc111y Wll'dy 1.biorcrn un·.qcy111 1.lo:i.011y111 z przykladowych da11ych wejściowych. przy c1.y111 dla ka:i.dcgo pr1.ykl:1d11 jest 1.11a11y sy "naL którego oc1.ckujc111y 11a wyjściu sieci. lJc1.c11il' sieci polega na odpowicd11i111 doho· ~ze parn111ctr(iw Wl'Wll\:lr1.11ych, tak aby sieć dawala prnwidlowy sygnal wyjściowy dla każ.dcgo przykładu llC'!.<\cego (lub t;ik wiciu przykladów uczl11ll.~L: uo,1~L)l11i:111i;1 u1110żliwiaj:1q wiarygodne prognozy dl;1 nowych sekwencji . CiL:kawy pr'l.L>gl<1d we1.cs11ych zaslosowa1\ f'li'-1 w hioi11f'orn1alyn· 1.<1w<1rlo w pr:1cy llirsta i Sternberga (I 1! 1>:2). l'on1szu11c !<1111 prohll'111y Io 111.i11. przcwidyw:111il' :;trnkt11rv prolllotora w DN;\ i 111icjsc skl;1dania 111lw sygnalowych ora'/. idL·11lylikacja ele111c11l
10.5.2. Kodmmmie cl
o o o

() u u

()

() o

(J

()

u

(I

()

l)

II

()

()

W podolrny sposób 111o:i.11a 1.akudować sek wc11cj1· l1ia i ka. V/ ty 111 pr1.yp<1d k11 k <1i.d;1 rcsztajcst kudowann za ponmq 20 syg11al(\w wvja upty111;ili1.m1·:1L' d11:i.:\ lic1.IH; p<1r:11111.'.l1r11v. I .i< 1.lh: wejść 111o:i.11a '/.nrni1',js1.yć. 1.asl<;puj:1c kod binarny 111in1.:tl11y111i wl:1:.L·iw()ŚL·i:1111i :1111i111• kwasów (llp. Scl!11cidcr i \:Vrnk· ( l 1)::t·i /.111i1·11 noprzccink<>1V 11i1· lylko uprns/.l''/.<1 si1:1'. leci. laki.c: ulalwia sieL·i idc111ylik:wj1; i:;lol11ycli 11·11in·(l11' 11· d:111y<'ii ~-. :1111i11okwasy o puduh11ycil wlaściwościacil l1\:d:1 11· ly111 pr1.yp;idkt1 d:i\\':il1· i""l11li11<·

Sioci 110111'011own

:.y;.•iialy 1wj:;l'i()\Vl'. l"l:tl(lllli:t.';l kmlnwa11ic hi11arnc powoduje, ;i.c ~vs1.ystkic . wydaj; 1 si1,· l1y(' niw11il: odlllit.·11nc od siebie. ('o za tyn1 1d'.l.ll', s1<.:c na podstmvw ""'~"·:n.··· 11 ycli d;111ycli 1rn1si się sa111;1 wy11c1.yć istotnych dla problemu podoh1cnstw ;1111i nok w;1s;1111 i. w powy-i.szycli lll"l.ykladacli kai.da rL:s1.ta w sck"Y'.'11cji jcs.t reprezentowana p17:ez najinniej _jnkn odjHlwiadaj:wy jej 11c11nrn. Jako wc,1sc1e moz1ia takz;-' 1.astoso\:ac h:ilnc ,·,·cliv :·;ckwc·ncji, takit· jak C'.1.\'Slośt·i wys1,,powan1a JHlS'.l.c1.egol11ych am1nokwac „,,iw w nlir„:hil' wt·jC:L·i;l\Vt'go 11l;11a u.y lt'i. C'.l.\:stości wy:;1,·pown11ia ko~lo11ów w sekwencji I >l'i;\. w 11 i,:k1tlrych 1.ngnd11ic11iacli hioinl'ori11atyc1.nycli sygn;dy we,1sc1owe nic są nawet c,·,·ii:iiiii ,;,·l.wcn~·ji. 1q1.· w prm:y IVlurav;1i'cgo i in. ('2001) siec: 11e11ro11ow~\ '.l.astoso_wano w ldasvlil„acji hiakk do pos1.c1.eg1il11ych rod/.in, pr1.y c1.ym syg11alrn111 we.1sc1owyn11 były iwri·H.;>11<' pr·z,··; 1\1 J\ST on·11v d11p:is11wa1\ mi,·d1.y sckwencjq w 1.apylan1u a sckwcncja111i 1Hisi<·i.<';-•/11 11 ych rrnl1.in lii;ilck ora1. powiq1.anc 1. ni1ni para1nctry statystyc1.11e. Dal•;;" iiil"min:icjc dotyu.:icc kodowa11ia danych w sygnalach we1sc1mvych NN sq dosti;pnc w ksiąi.<·,· 'Nt1 i IV!cl .art:{ ego ('2000).

sygnału wejści111wg11. W praktyce jednak czi;ścicj stosuje~ si\~ funkcji; sig111oidal11ą prl'.edstawiorn111a rys. I 0.7. Najc1.i;ściej stosowany wariant tej funkcji ma posłać g(.lj)

+ cxp( ·-.1·1 )

Funkcja la w sposób ciqgly /.lllienia wartość w pr1.edziałe od O do I, gdy jej argument zn1ienia 1.11<1k '.I. 11jc11111cgo 1w dodatni. Co 1.a ty111 id1.ie, pochodna dg/d.1 1 jest w prl'.ypadku f111lkcji sigrnoidal11ej dobrze zdeliniowana. '/,pochodnej lej kor1.ysta algorytm uczą­ cy Nf\I. W olwcnyn1 uj<;eiu ncurn11 ulega aktywacji, gdy wypadkowy sygnał wejściowy jcsł wi\~ks1.y od l.L'ra. \\/pewnych sytuacjach warto jednak uwzgli;dnić w neuronie pcwrn1 nie1.erowq warl1lś1.: granic·1.n;101 . lak ahy ne11ron 11legal aktywacji, gdy sygnal wejściowy wartość I\~ \H"1.c:kroc1.y. \V tym edu wystarc1.y odjqć (}i od wypadkmvcgo syg11alt1 WL'j~ciowcgo i zadac: n·1i.niL\~ j;1ko par:1111clr funkcji aktywacji. Wartość progmvq ;1ktywacji ncuron11 moi.11a lei. 1.dcli11imv;1c" w h;1rd1,iej wygodny s1Hls11h. kor1.ysłaj;1c 1. zalci.ności li

.I j

J

Pojedym;:r.v

mmnm

w<:_i:;c·ia l'l'jll'l'/.c11luj; 1 da1ll: przcds1:1wio11,: sieci. (Idy 11e11ro111.11aJdll.Jl: St\~ wewnątr':;'>tee1, j•'!'.,() wcj:;<·i:i s;\ 1.adanc p1I<·1 syg11;ily wyjściowe innych m:'.11·01mw. '/. ka1.dyrn we.!se1cm ncuroilll j jest 1.wi:v.a11a wag;1 111, 1. \Vagi le 1110)!,ą być 1.arowno dodat111c, pk t u.1emnc. Wypadkmi;y sygnal wcjści()wy 1w11101111 j .\i jest n\wny wa:i.oncj sumie wszystkich sv,!!_n;il
--, L li

~'111·-v· L.., I}. I i

l'ia 1 vs 1111 !; 11 IO./ lll'l.cdstawi11110 11\()dl'.I pojedync1.ego 11ct1ro11u ..\,Ycjścia ncuron'.1 o'.'.tH:" I< lil; 111 r;.c;. r; (!:'.di.ie i I ..... 111. (;dy nc111« lil 1.11ajdujc s11" w p1nws1.c.1 warstwie s~ee~,

( 1o.:rn)

I

O;~~'

I

W;;,\'j· ..

( 10.J\))

i li

Jak wid1.irny. warło.~ć progow;i zo.>;lala wpn>wadzona pod surni; jako dodatkowy syg1rnl wejściowy . ."11. Syg11al len st;ilc p1'!.yj111uj<..: wartość I. waga jego poląu.cnia do neuronu zaś jest równa w 0 i ,,, Iii. 'l11k 1.;1dany dodatkowy sygnal wejściowy okrL~ślamy mianem składowej siak.i (a11g. bi11s).

11

.\j

, , ll'ijl';.

f_,

i

(10.37)

I

_1· 1 jL:st 1'11nkcj<\ wypadkowego sygnału wejściowe11 ,-m01111 .i l'iajprosl:,/;\ f1111i;c_j;\ aktywacji nL:lll"Onll, g(·), jl'.S[ funkcja Schodko1 · · · •• ·w;irt11.<<' ()
.'-;vg 11 ;ii wyjśL·iowv ;•,;,:\'

:•(1·). 1

••ygual \\yj(,cinW)' \'/ 11

11

,!!{\/)

Sieć pr1,<:ds1mvio11;1 1rn rys. I 0.7, skladaj<\C<\ się 1. pojedync1.cgo neuronu wyj:;ciowego zaopatrzonego w wicie wejść, nazywamy perccplro11cm. Perceptron można zastosować do ro1.wi;11.ywania pewnej klasy !Jinarnycl1 prohlcrnów klasyfikacyjnych, W lakirn przyp;1dku dla ka7.dl'go '.l.L'Sław11 danych Wl'.jściowych sieć odpowiada sygnalc111 wyjścio­ wyrn niwnylll I 11111 O (w przypadku sig111oidal11cj l"u11keji aktywacji sygnal wyjściowy Yi l/2jest traklow;111yjako ł.11ato111iasł sygnal wyjściowy -".i < ł/2jako0). Rm.wai.111y perceptron 1. dwoma wej~ci;1111i. /\hy wyuc1.yć I~'. sieć, 111usi111y dysprnH1wa(" 1.biorcrn uczqcy111, 1.mvicraj;1cym pr1.ykladowe dane wejściowe, co do kt(>rych wierny c1.y nale~.<\ do kl;1sy I. czy do klasy O. D;myrni wejściowymi h\'.ll<\ pary lic1.h (v~'. /: ), gd1,ic /1 jest in
Na podstawiL' n)w1i. ( 10 ..\<)) wypadkowy sygnal wejściowy, po uwzgl<;dnieniu :;klatlowej stałej, jest r(1w11y .r 11 = 11•0 I· w 1v~' I . Ponicw;1i. w sieci 1.najdujc sii; tylko jeden neuron. dla 11prns1.u.c11i;1 prnni11i~·t11 jego indeks (j ). Sygnal wyjściowy dla kai.dL'go '/. pr/.yk lado w t1L'z;1cych jest n\wny 1' 11 g (r" ). ( 'eletn procesu uc1.e11ia jest taki dohC!r Wag, hy (jeśli to tylko llH>i.liwcl dla k;ri.dcgo /1 sygnal wyjściowy 1' 11 111 • Rm.wai.111y nasl\'.puj;1cy 1.hi<\r uo.:1cy:

Sioci nouronowc

l_O. Metody prollabilistycz110 i 11a11cz.a11io

364

(y~'' /;) ~' t" I. (0,1/2)

2. (!,I)

3. (l.1/2)

o

4. (0, O)

O

Na poc1.:1tek rm.ważmy pc1.ypadek schodkowej l'unkcji aktywacji, w której sygnał wyjściowy zależy tylko od waku wypadkowego sygnału WL'.jściowego. Aby sygnał wyj11 ściowy byl prawidłowy, i.wlamy hy .r" > O dla pr1.ykladów, dla których 1 I 7, 11 .1 11 () dla przykladów, dla kt(irych / O. Warunki le prowad1.:1 do c1.tcrcch nic-'

= or,;

równości:

+

l l1)1

O,

wo ·I !01 +Ili:'.

O,

wo+ W1 I 2 111,,.

O,

IJl(J

2

Wo

( .\'1

Rys. 10.8.. Iluslracja prnhlrn1u 11ncc111ru1111 ., 1,1· , . , 1.t t 1111ow:uic1~
O.

.\'J..

=.co

4

I \·

2·\'\,

(I 0.42)

Dla punk!(iw (y 1, v.d powy'i.ej linii 1.achod1.i nit.:równość

(I 0.43) 4 uatomias! dla puukl(lW poni'i.ej linii lewa strona powy'i.szej 11ierów1mści pr1.yjmujc wartości nrniejs1.e od O. Rm.wi:11.anien1 prohlcinu są więc nastt;puj<1cc wartoś<.:i wag: (I 0.44) I. 4' Dobór wartości wag jest r
poillu"

.

., ,

1 1 f O.- OJ. I lw<1111 c1.:m1v111 punk 1..is m 1pow11'd1. o 1'·\H.lllllll. I . ·, . . . . . · ne1.wyz11acze111e111 li11ii r1ml1.iclaj:wc1' 1ll 11 11·1' ... , I . . . ",1 u11l 1w.wi:11a111a_w:,1 r1'llv11w.11ao · · '.\ Lidli!< O< pu11l,1nw h1alycli .

Wartości wag w nalci.y dobrać tak. by ws1.ystkie powy'i.s1.c nicn\wności hyly spełnione, Diagram pu.cdstawiony na rys. 10.8 pm·.wała natychmiast zidcntylikować rozwiąz.anic. R(>vmanic linii przerywanej na diagramit.:, reprezcnlującL·.i rn1.wią1.anie, ma posiać

I

<'

·

•

.i 1y111

uwzględnienia w sieci skladowcj siaki' w . ['"1 t '. ··l·I· I ,· .. ·, · ·, „ li, >v · lf· "'dl · I I przec1m1.1cpr1.c1.śrndl'kul·hduw·i . . illll'l' lll'/L'\'''\\' · J -;111;1111us1aa1y . O\\llf I I

' ' zaprczc11!owa11cgo prohlt.'.lllll.

, sio 1i I.\ l 1nyc 1i co nic ll'St 1w1wi li . . · ' · , ' ' l owy111 ro1.w1
W ogl'llnyrn zagad11icniu pnccp!rnnu, l',d1.ic w ,.,t , i

, •

'

"

'

,

.

. ..

przykłady lll'.!.<\Cc 1110/.<.'.lllY idl'lll"lil· , '. , I >.· ~I llJL /\ .,yt,11,dow Wt'JSClowych, , . , .• ,ow.iL 1. pun '1;11111 w N-w -. . · .

1111 bor wag odpowiada w tym lll'l.)'lladku . 1, t ł'I„ . „ Y .1iowc1 pr1.L'.Slr1.c111. I lo. 1 . · llLll)'\,dlp(J\i l)W)'l11 · , roztz1c airn takich wartości Wal' alw si<.'Ć lhw·d· „ )I.I " Ili llll' _1111m1a w lym przyp:1dk11 duhr:1c , '"'' 1 ' · tł· I ' · ' .i (lldWll OW:\ ud11uw1t'dź lh w. zl11. or1.L'. ucz:1cy111 lcśli istni,· 1· · ( , . ·' ' WSl.)'S 1 pr;.ykladów · ·· · · c.1e lilia czv tez (N I ) W"I -, . „ 1 . · PI1\HJ.1ll·1l11·1 ,,11 • \ .11 ' v 'u1y111 :," l · 1· · M, < .1 ) o c . „linku I I I · <,l 11 ' 11 s ,,i;.i1_1,1c:u:ik llii:-J 11 · !·«\ 1V:1r1u::.«i 11:1 wv1·::1·i11 w :,i•1 l tl l Ol'l' owych odpmvi•·dzi sieci:

'w

1ii''

1 11 li

).

I I (l_. 1 ·,I

1ll.

\li)lif'OllllWO

Mutody p101Jabilislycmo i naucwnio

. I)L'1111 Ii ll)(ll'tl W't" · .s1 takie iclt ustawicnic. ;1by .warlo.'ić I h>l11·v111 ·;1l11:,u , 1:·. 11 „ . • li I .1~· była l . wil' 111:il:1. ;\l~v ;111i11i111ali1.ować 1'1111kcj,· {•,', rnusirny z11alc1:c .w:1g1.' I. ado.r~~ 1/)„ o' I .1 1 11rz1:dstawio11y1n po.yklml!.ll' war!OSCI 11\llllllldllZl_lJc\CL /,Sc\ () 1 li .i' 1. · · • , .„ . I I , luua riiw11. (I O.· l·I ). \Vy11ika to w prosty sposoh z sy1net111 p10„)_um1 . . " . . . . , . I(),, 1ir1 ·hieoa lli'ZC/. środek ohs1.aru prn1n1,'.dzy l /.cll llYllll I b1.1ly11u Il.I Il.I I \S. ,<) .L. '" I' „' I ' 'lC/l1L'0() ' ' ' '"' ' 'b • . l\lticii>WYlll w1110:,k1un /. 11 'O,.. o I)I"1.y kładu. .'1cst llHl'i. !WOSC ,IC( 1101.11,. ' . ,-, . ," 1 1 . ·· I·· .. 1·li 111ri·id·inc ro1.wi:11.a11ic w pr1.ypmlkl!, gdy lun,
w

367

metoda największego spadku grndicnl.11 (ang. gmdic111 dcscenl). Poczynając od pewnego pocz;.i. PochodnL: IL: wskazuj;\ ki;:,runck spadku mi11imali1.owa1wj funkcji. /\hy odszukać 111inin111m, „pr1.csuwamy" wagi w tym kierunku. W tyrn celu wyinaczmny kolcjn:1 cslylllat\' wa,L'., 1 . postaci

w;

(I 0.48)

„

. · . I ." , · , " ·iirnnowcj JHicdstawirnwj 11;1 ry:;. I 0.(l można ·;" l">llHH'<\ l"d11ok11·11111 '-ow1.J „11L I 11 L . . . . .. ·I " I· .-, .. · . . · . · . 11 · ·' ni ·sci l1rnmvo, ktrnyL 1· l/\\'l'\'''11' \"ll'k łVjll\\V tJlll l 1.llH>\\ L... 1arowalnyclt • 1·1 i 111c . ( ,\ S!Q lOZ· \ ,, prohk111v. klasy 1. 'acypw C7.t;slo u11ą wi· 1/'li' f wykllr1.vst:llllL'lll \ll.:rcqlt1011 1i. l'r·il·tyl"/llC , ' . . .. ' " · · . · . „ „·. ·i / 1uj•·dvnc1.;\ warstw;\ ukrył:\. !Vl11no to w pewnych • i·· j'()/\\11:\/ill' /Ollllll·\ .>Il.I. . 1 . • .' . . t ' ' ' '1 1 '1 · ·, . \, w·ir"l\I"\ wcjściow<\ a warstw:\ wy.1~;,:1ow:1 11101.t:. wys Qpowac \:Il' 1 po11u11 11. , ·' · · · „ · · N'. ·I u l •rivi1·1t · • . · .· • c / I iii /.\Vil/lllY Sill . \ \ ' . .. . , . . 1cc..i yk 11 l \VdlS \ \. . . . . .' . . ' ," o lv ll'l we1sne SICCI 1csl . ·, . . I., · · 1 1 / -l "'O llL'llrllllll WYISL'll1Wq.~o w .,ylILllJI. ::J · ' lwd1.11. sy;.'11.1 1. • L,.... . . .·: . "' l'rnndto nicdi tj' ht;di.ic· docdową otlpo1 1·' 1i tv puvkl:1d l.l' i.11ll1u m1„1u .•„1.1 ' , . . 1·; 1Hll .tll/ · „ " „ , hd uc'/'\CV Dllcelowc odpow1cd1.1 mogą 1yc .·, \·i· /. lt:oo 111:urn1H1 na 11„1 V Ili!.) 1' ' " ·. . 1 · lk \\lu'·.\ ' ,„ . . .· "I Dl· 1w;yl·hdu pr1.cwidywarnc struktury 11a ·a i·11h111' w tlowolll\', t'0'1.s;id11y sposo l. ,1 . ' ' . . . " . '. . ." ·" ' . ' l/y ll"/Clll'\ I· 'lil'"Oi'l:lllll. · ·.I Il..·I·IS.I(\' „ , ii1.'. /·l 01 „' 1z. [l\~tla ' 11101.11<11.1cali1.ow,1c I.cl pomoc,\ I . . ' 11rn1ll\." '.. , '. 1', i~·, ·i'."''mi Duc1clowy111i odpowiedziami rep1«:1.cnluj;1cy1111 wym1e111(:nc 1 · :-:11:c1 /. 111.L lllcl ' ).JSI. ' „ • (O ) (O I.()) i (I. o.()). Prohkm len moz.na 1 0 1 11 :;tnil<111rv 11mp:1 hyc w tym P' I) p.i< ,u ' · ' ·; · · Iii, helis·1 1v i nić fJ br;dą . · ·· „ vi ·ci / dwolll'\ \VV\SCl:lllll, L',l · l. · · ' tak·i.•· 1u1.w1ą1.:ic i.a prntllll.\ ·· L · ' ·· ' l· .. : „ „ (0 O) Pierw· . I . . (0 I) ora; (I 0), Jl\'.t ,1 1.<1s p1 I.LI. , . n'p1".'/.<'11tow:111t'. ()(I pow we iuo. pi /.LI. . , '. .„ "" 1~r1yp·Hlku !!dy ;;y1~1ialy wyjściowe ,. ,
'

•

'

'

·

'

•

•

•

1

\\

„

•

Wp01vyi„'>zym rc\wn:llli11 11 jest stal:\ okrcślajqc<\ wiclknść pojedynczego kroku wykonywanego w przcstr1.c11i parnmcln.lw. Konkretna wartość parametru 11 nic jest s1.c1.cgólnic istotna . .kśli jednak h~'ll1.ic rn1a 1.hyt dui.a, algorytm nic h1~d1.ic 1.hiei.ny. Jeśli natomiast warlość 11 IH:d1.ic /.hyt 111ala. algorytlll 1i,·d1.iL' niepolrzchnie powolny. Po wy1.1iac1.eni11 nmvych wa,t! 111oż.L'lllY przelic1.yt: wartości pochodnych, aby nasl,'.p11ic powt naló.y powtlir1.yć dla kilku rM.nych punl\l(,lW poc1.:1tkowych, upewniaj:1c sic; pr1.y tyrn, że wagi 1.hiegaj:\ do tych samych wari ości. Metoda najwit,,ks1.cgo spadku gradientu to ogt'lllla metml:i minirnalizacji funkcji. kj zastosowa11ic w sieciach 11c11rnnowych wi:\że się 1. wyznaczeniem pochodnych c1.;1stkowych. Zadanie to r1;ali1.11je tzw. algorytm wsleezncj propagacji hl~d<)w (ang. h{/dJlro1111guri1111). /\lgory1111 len, opracowany pr1.ez Rumelharla, Ili ni ona i Vv'illia1nsa (I
10.5.6. Wyma~Jana liczba neurnnów

„

w:1rl~::i\;1zvpadL11 s11•11m1daltH'l kl.1dt1

.

\Vl'IS('lll\\'l''.'0

i1111kcji aktywacji hl;1d s1cc1 popelnion(, dla, 11::1cgo przy· .\l,;, t; ' 11!·111" i>lll'/ s1111w' hlt;dilw po ne111rn1ach wy1sc1m\y ' J /·.'"

./'/,

1,'.' ):'.

(I 0.46)

11:1ltlll1i;1:;I <.::dl.owity l>lqd tll:1 ;.\1i1iru m·1.:1n'go jl'sl niw11y /·.'

/·,'".

(I 0.47)

· . · . . . „ ,. " ktt'1ry 111inirnali1.ujc war· I ·„1i-1n 11rncc.·s11 11c1.c·11ia .11·s1 1d,:111y11 1;ac1a /. 1i1rn11 \\, 1b' 111 't' . „. „, /{ '1csl · · · · · I· . l'\ W'l"I,' ( )111.1cz,1 to. ;,;:, · \\).;,: !-' '/.:1ll\V:1ż111y, 'i.l' k:ri.lk pol;\l.'/.l'lllC Sl\'CI ma w c1s_1' . '1." „ . \ /'\.S[\lSllW'lniaod· · · „ · · · ·i · · ,· ·11innl1!'1c1:1 wyrn:w< "· · ' sk111nplikmv:11I<\ runkcp\ w1\'lu 1.1llll'lll\Vl I, .l.\tJllll ' " :l ._ . ··I". ·ji funkcji jest !H>Wit'dniei llll.'lody nu11wryL"/.lll'j. Jednq !. o:<,oli1yeh tcclllll' 11111\1111.1 11.c1c. .

Liczba neuronów niczht,~dnych w każdej warstwic sieci zależy od skali trudności rozwi;1„ zywancgo prohlcn111. Zwi9ks1.aj;1c lic1.ht,~ ncurom)\v, poprawiamy elastyczność systc1nu, zwii;kszaj:ic tym samym si.anse u1.yskanin prawidłowych odpowiedzi sieci dla przykła­ dów ze zhioni testowego. Z dnigiej strony. ze w1.rostem liczby neuron(lw rośnie lici.ha wolnych paranictrilw. kt1irc tr1..~ha wycstymować 1. danych uc1.ących (tj. wag 1/1;1). Zastosowanie zbyt wiciu m·11ro1u'1w rnoi.c wywolać problemy zwi;11.anc z pr1.c11c1.c11icn1 sieci. Sieć nc11ronowa jest pr;.ydatna tylko wtedy, gdy jL~SI w sianie uog{1l11iać. lnnymi słowy. sieć musi wyuc1.yć si\: w:t.on:ciw wyst1:p11j;1cych w danych uczących ora1. hyć w sianie zidcntylikowat' IL~ w:t.orce. gdy wyst:\piq one w nowych dotycl1c1.as nic1.anych, przykła­ dach. Siec' \H"1,cuczona potrafi doskon:ilc roznii.niać wszystkie przykłady ze zbioru UC/1\ccgo, lecz jej progno;.y dla nowych danych sq bardzo mało doklad11c. '/. tego powodu bardzo istotnajest ocena sk11t,·c1.11ości sieci neuronowej dla zbioru testowego, innego nii. Zbiór 11czw·y. I )ohra sk111L'c1.1wść dla zl1ior11 nc:t.qcego nie jest how iem wy1.11ac1.nikic111

1o. Mulocly prohabi\i~;tyr;zne i

nouronowo

:J68

.·

. ., N'i.c 111 '.1 dohre1·· teorii, kt(Jra po1.walalaby za~ . . . , .- li· 11. I1 IOru testowego. • . wysok1e.1 skutecznosci t • · . l I, . liezhi:dna liczba 11c11ro11ow _Jest z rcgt ' . ' li 1· nl'rctncoo p101 emu, ,1 I . ' . projektowac s1cc l a <.O ' L~ . • lzonc testy / . wykor1.ystan1cm nic>11a11a dop(ily, dopóki nic /.osi am\ przcp1 OWdl . , slych danych.

io n uul\Ml(I\ ·Hll uIUl.'t.

nLGOfWTM WSTECZNEJ PROPAGACJI BŁĘDÓW n.

,,. nwlrnlzi<: największego I. '/)•Sl"W'tnych . ·I 1 I eh lT\slkowyc Ii wy'"' · · -' ' D:\i."niy do wy1.nac1.cnrn pm. "' ny · ·' .· . . . Jlisać w imslaci su111y pu pr1.ykladach ze _, . . • ( IO 4 '\) l l'ochodrn' \e 1nurn.1 lll/. · spadkn gradientu (1own. · ' · /.biont uc:t.;\cegu:

-, i! 1,·tt

i!!·.'

Lnw

(') 11 1·· I/

Jl

ill;

· 1·,,,q1 .„.'/,o,( I i 111cj. '/, n'1\v11ani:1 n<1 pochod11;\ 11111

il!Pij

( 10.51)

ilx;

·-- 2( \'/( -

//()

' J

J

d V 11~

(IO..'i2)"

..

d_t i

·tl ·'uic w ilywa iw 1H11.ustalc syg1wlv wyjściowe, Yk· Zatem, /·1uw·1i.111y, i.e 1.1nia11a ·'i w.plywa iw ·''.i·' ' I 1... I 11u·1cdy11czcPo wvrn1.11. W1c111y takzc, ze · ·" ' · · · 1 (!0-1(1)1nlu;111e ·"I' <0 . · · hlnc'1 1)0 1.rtl:i.11iczkow:111iu Sllllła /. ruw1. . · .. I··, ''\1() lllll wejścia. 1>la runkc.11 s1gmo1< . . · 1· "·\ P( 1 . l odpowt.i< ·'H" ,. · 1 1 -"j jest zadane bo.posrc< nili un ,<,1< " - i . tn'iwn. ( l(Ug)) 1na1ny „

·

·

l

d1,1J d.r.i

d ( d.rj

Tak Wi\'C dla k:ri.lkgo m:11ro1111

'.i)-

r'J (I

expl ·'.il

)

l\cxpl

cxp(

(I

r'/ ).

,Il

n ·

~( 1 ,11 •·

1'.'J/ 1 (1 i · i ·

i

·

•

( l0..'i3)

l'j)l'

,

)11 zadane przc1. ;,t\a1w \\'~\rto:~ci ~ygnalów wyjścinwegu rnallly i j

.~ciowych Y~/:

wy.1-

( 10.54)

r' ! I·1

J . . . . . , idzie 11 ic nm bczpo· · Io . . 1 · „·, "' w·irstw1c ukrvtc\ 1 <0 1·" t)' 11 l\t'1trrn1 .I nl
/,akii.my

ll'l'
. prow.H , 11'\l'l' ws1.ystkie polqc1.cnia „

od

u,.;11 ;i,

,I tł"\\ .llSI\\ .\ \ ) . .

d/,: ;1 r:11 d\, il/:

/1~ I

I

.

1 \' /

\ ;,.,,, n""11 l

11

d\',

( 10.55)

•

d\/

,„-

- n·1 H1l·1c/t'11ia. iV1u'.i.emy tc1.1z · , · " I" ·I n1·11n11iach I:· dP Limyclt .I 1 ' 1 ' . . . 1kni~· Powy'is1.a Slll\ta przcb11:1u1 po \\S/.) .. l _,_1.c l , „ 11:111ych warlo~~ci. uzysLuj:\c n'1\\'11:1111c (W ;t,,lll ;apis:H: obydwie 11tH'hndnc pod suni~\ l.tl \Hlł\Hlt .\ ;, . /

h:.i

ronnie) nn

h'J

w warstwic ukry\l;f

,

ponicwai. nc11rony o i11dcksach k 1.1111.jd11j:1 si1· w warslwie wyjściowej. odpmviad:1.i<\l'e i111 wartości i>J.' moi.cn1y wy1.11au.y<" 1. n'1w11. (I 0.5•1). Wlaśnic to ,iesl iródlc1n 11a1.wy algoryt11111 wslcc1.11cj propagacji bkdt'>w. Najpierw bowic111 wyz11acza111y wartości ,) dla 11c11ro11t'1w wyjściowyd1. a 11ast1'.p11ic, kor1.)'staj<1c z r<1w11. ( I0.5<1). col':1111y si1· do warstwy ukrytej w sieciach 1.awinaj:\l'yd1 wi1·ccj 11ii. jcdnq warstwę ukrytą to Salllo równanie n1oi.e111y wykor1.ystać do wy1.11ao.<'.11ia warlo,;ci ,\dla l'"Pr1.ed1.aj:iccj warstwy ukrytej na pods1:1wi,· wartości w \\'arstwie hici.:wcj. 'l)1k ll'i1,:c niwn. ( 10 ..'i·ll i 1 IO.'i(1) jioz11·alaj:1 wyz11aczyć ,), a nastqlllic poswkiwanc pod1otl11<' o.:1st ko\\'l' dla ,,ic·l'i o< lowlll11cj wici ko ści. llwzgl1~d11iając ws1.yslkic dotychczasowe wyprowadzenia. 1111iic·111y wl'isa<' rq.•.1111· 11ajwi1:kszcgo

Knrzys1<1j<\C 1. pr1.cds1awiom·go alguryt11111. najpinw porw.1:1111y si1· 11·1dlui. sieci od warsl11·v ukrytej do warstwy wyj,:cimvcj. wy1.11aczaj:1c dla kai.dcgo ll<'lll'll wano.':ci ·".'/. f\l:„:tq1ni1· \Hl! 11s1:1 my się od warstwy wyjściowej w kicr1111ku warstwy W<'.i'icimvcj, \\')'/.11aoa,iqc wartośc·i ,\'j /. .1·;1 .

. . . . , " l'' /·ilt'iiJll\' pm:i.ątkowo. i.e j jest ueur
~,11

t IO.Y/1

otr1.v1nujl'111y . , -

()111;;

i

'\~ ...,

li

ilri iJ/,'"

'JL'/( '

/1

·''il L.., wJ! "!,.

Yt ·

;Jl·.'"

tli(

I

/,

( 10.49)

1.1·•

„

il lllj_j

11

·''; (

spadku gradientu w pos1aci

. 11.. . I •k imwtlynczcgo p11.y'1.1•.1' 111 nn·icci•u " • · t>y 11a koniec posumować . '/ , Moi.einy wi1•c rnzpatrzyc P ·YP:H '. . · · ... , . , ", 1 . . /.nticniainy wejście ".i 111·11ronu .I· , row11r1vkladuw. '/,1n1c111,1,1<\c w.1,.\ "'.I. \V 11 ( ~H Iy Ol I Ws , "ysll'ich ''. · \ ·.1 nania ( 10.37) marny .

>" 'J

- ,

Pouc1.ający po.yklad zas1osowa11ia sieci 11euro11owycli przt~ds1:iwio110 w pracy ,t..;ch11e idcra i Wredc' a (I 'I').\). !'raca la dotyczy peplydów syg11alowycli wyslq)[1j:1cych 11:1 N-krnicowej c1.~~ści pc·w11ych białek. ł'cptydy syg11alowc ,<;q odpowicd1.i:1l11c za kinow:inic bialck do poszczcg1'il11ycl1 szlaki'1w wydzicl11iczych. l'o spel11ic11iu swojej r1111kcji ,c;;1 one odcinane ud białek peptydazami syg11alowy1ni. l'rohk111 poruszony w pracy Scl11w 1 ·· idcra i Werdc 'a ( 19 >.1) dotyczy pr1.ewidywa11ia poloi.e11ia t11icj.o;c cii;·ci:i dla pcptyda1. .. sygnalowych. Sek we11cje a111i11ok wasc\w w dosti;~pnych przyk ladach nic hy ly konscrwa·· lywnc. Autorzy rnicli jednak nadziej\\ :i.c NN h~:d1.ic w stanic uslalic' ko11snwa1yw11c j_ wzorce we wlaściwośL:iach a111inokwas1)w. W tym celu 1.astosow;1no okno o szcrokośc·i 13 reszt, obcjmuj11cc pm.ycjc w sekwencji od I O do I .l w1.gl1:dcm miejsca ci1;ci11. ,)ieć zawierała pojedynczy neuron wyjściowy syg11ali1.uj:1cy wartość I, gdy przewidywano wysti;pnwanic miejsca cii,:cia pomii;:dzy rcs1.lami I i I. f'.la wejścia sieci hyly podaw:11w _liczby rzcczywislc rcprezenlujqcc fi1.ykoclu:mic1.11c wlaściw
wiązanie.

ro;.

Najlcps'!.<\ pojcdy11c1.:1 n:clq wcj~ici(lw:1 ok:11.:tl:1 si1· Il\'<' liydrol(iliowoś,' :11ni nokwastt. Dla lej cechy sin; 111.ysk:tl:t <)I<;;, pr;1widluwycl1 pr;cwidv\\':111 dl:i 'I.Iii urn lt'::lu· Wego, Sku1cc1.11ość w1rrn;la du 97% dla sieci'/. pojcdyt1('/.:1warslw:111kry1<1 i puj1:dy1w1.•1 C~chą wejściow;1. Siec: 1. dwrn11:t warslwa1ni ttkryty111i t11v::htla dul11«· wv11il;i dl:1 :!.liiiirn llczqcegt;, kc'/. slaho r:id1.ila :;,ihie /.\.' '/.hi!\rc'.tll 1;<1owyn1'. 'lhk wi<;< „;j,„: l;i 11kgl:1 Jli/1' liczeniu na 1.hiorzc 11<·1.qcy111 i 11ic l>yla w st:111ic 11ugtili1i:1<' Jl:l '/.liiur t1·stuj'!"Y· 1\111"1/.y lestowali taki.c sieci o nii.tlL:j lic'l.hic'. 11currn1(>w w w:1rslwi1· ukrykj. W 1ww11ycli 11r1.vp•1d lach zhyt du:i.a lici.ha tict1rul]()w w w:1rstwic ukrykj tak:i.t· lll'OW;1d1.il:1 do pu1-t1t·/1·11i:1.

I O. Metody prollallilistyczna i

:uo

l-'.11!.JHl/11; 1w;i11i1.· pcp1yd<1\\' sy)!11alowych Io stosunkowo dobrze zbadany probie hi1iiiil.11ri11:1t)'l'/.11y. llosl<;p11y jl.'Si ju·i. serwis WWW, Signall'. słui,:1cy do przcwidyw 11 i:1 11 1icj::c c'i<;cia dl:1 peptydaz sygnalowycil (l\Jielsrn i in., Jj. l\.:ri.dy a1ninokwasjt:sl n.·p1'L'/.c11towany i'.a ilwth.·ii li«1.l1 r/.\:1·1.ywistycl1. poduh11iL' jak pri'.)' wykor/.ystyw:rni11 wlaściwości 1·iit'lllic111ycli :1rni11okwas1i\\'. kd11aki.c lic/.hy le nie s:\ /. g1\ry ustalone, kc/. p:1r:i1111·trv~ llHHkli1. kt1'lrl' 111oi.na 11HH.!yfikować w trakcie llC/.t:llia. SiL'Ć nic tylko· ·.i1· I":..-\\ id\ 11 1,. 111il'jsc:1 1·11,·ci:i, ;dl· t;d;i.l' ustala pew11e JlSL'lHiowl:iściwości "''-"· Liul"<' :::\ ·:1c1.1·:·olnit• 1n1.yd:1t111· w idl'ntyllk:icji tych 111icj::c. /\utor1.y ustalili, że dwie 1 1:.1·iid11wl:1:;1·il';11ści \\'ykr)'ll' Jll'/l'/. :;i,.,: s;1 w pcwny1n stopniu skorl'iowane z prawdziwy. iil i 11 l;1:;ci11'1l::c·ia111i :n11i11nl. 11-;1:; 1" 111 111·1.qcy111 dvs1)rn111j1.:1ny, ty111 h:irdzicj slrn111plikow:u1q sieć inoi.cmy 1.astosować, li<'/ wy:;t:1picni:1 prnhll:1111lW /.wi:1z:111ycli /. pr/.l'llC!.cllic111. Jc:;I t:ik, prn1icwai. przykłady il<'/.:\'" 11:d.l:id;1jq u:',r<111il:/.1:ni:1 11;1 wart11ści par;11m·tn.1w 111ll1klt1 llr:J/. 1.apcwniają infor111:1c·j,: 11ic:r.h1,.·dn:1 do L'Sly111ac'ji 1.wh 1)ni«1111ctniw. l'rzy dui.cj lici.hic prl'.ykladmv uczących 111mi1.·I nic 111lli.c si1,· ściśk tlop:1smv:1ć do j,_•dncj 1. sckwcncji, nic /,rn11icjs/.ajqc przy tym ·1.dill!Hl::ci 1H;. 1m1.iiawa11i:1 JHl/.ost:dycli sekwencji. W konsckwL:ncji rnrnlcl musi sil,', moż~ Iiwie dohJ'/.1: dop:1sow:H: dtl 11śrcdnio11cj sckw1·11cji ko11scns11su, co jest wlaściwyłll celem 11:iiH·1,;rnia. 'vV przypaJku 111:tlyL"h 1.liioniw 11c1.:1cych, nalci.y kmzystać /. prnstych modeli.

„

,',trnk1m:1 tlrn;.!or1.1,:dmva l1ialck jl·:;t naju.1·ściej rcpre/.cntow:111:1 pr/.t"/. tr1.y stany: heli-:1: u. 11ii'· /i orni. ll\'11 1:. Warto /.:111wai.yl', ·i.t: nić /i jest odcinkiem laiicuclia peptydowe,, ktiirv llloi.c l1v1' 1.wiq1.:rny wią1.:rniarni wodornwyrni z i1111yrni nićmi /I, tworząc W r,:1,iil1:1cic •:trt1kt11;'<,' arku::1.a /i. l'-1:1t()llliast p1:tła to z 1.al()i.enia dowolna struktura nichi·d:ic:1 lll'I n· 11111 nici:\ /i tkill;;1 pr1.ykladóll' strnktm hi:1kk /.aprL:/.1:11towa110 w pod1, li.dl. ' '). ( )d dluisl.L'!!t, u.:1.w ll'i;1do11m, :i.1· C/.1,:stuści wyslt,'pow:rnia pos/.czcgólnyd1 1.·:,/.I :1111i1111Lw;1sowvch :;;1 n\im: tll;1kai.dcgo1. lr/.ccli wspoi1111ia11yl'i1 rnd1.ajów struktury drn):1J11.t,:d1111cj. ( l1H:acow:1110 wit:l' sysll:illy punktacji. k1
ne1tro11ow1; I przowidywanio struklury dn1001-z1)dowoj hialok

dla pojedynczych res1.l charnklc:ryzowalo si\' lepsz11 skutec1.nością od decyzji losowych, '.jednak we1r111acji pocl1od1.:1cych z calej szerokości okna z sekwencji wejściowej (kai.tly neuron z warstwy 11kry1ej jest 1rn ogwa11cgo w tej pracy jest wykori'.ystanie dodatkowej sieci neuronowej do liltrowania odpowied;.i pierws/.cj sieci. Wejście dodatkowej sie~i stanowi zhii-lr złoż;rny z lr1.ecli odp'.iwicdzi piLTWolncj sieci na kai.d:1 z reszt w sekwencji. Natomiast wy,1~cicrn dmla1kowc.1 sieci sq trzy neurony koduj:1ce przewidywany stan strukturalny dla sro'.lkowc.1 reszty okna. Dodatkowa sieć 11c11ro11owa jest w stanie kory~ować hlędv popclntonc pr/.c1. sieć picrwotn:\. W s/.c1.cgólności, jeśli pierwotna sieć nem'.onowa pr;;_ w1du.1c n1cw1clkq lici'.hę rcs/.l pewnego lypu w środku sekwencji innego (drugiego) typu, h! 1~a1pcw11ic.1 m:uny do L'/.ynicnia /. nieprzerwan:1 sckwencjq drugiego typu. Dodatkowa siec neuronowa potrafi wynczyć się tej zalei.ności. /\utor/.y w prczenlowanej pracy uzyskali doklad11osc przcwidywa11ia w 1.himzc 11c,1.:1cy1n Ila po1.irnnic 64'i<1 reszt. Qian i Sej!lowski ( 1988) zaprc1.cntowali jak zmienia si\: w trakcie uczenia średnia wartość hL:i'.W/.gli.1dna wag w ich sieci. Dui.a wartość wagi (i'.aniwno ujemna, jak i dodatnia) wsk:\/.11.JL', i.e cecha podawana na wejście, ktt'lrcmu odpowiada ta waga, odgrywa istot11:1 roll,' w 11st:ilcniu docelowej odpowiedzi sieci. Stąd wartość he/.Wi'.Ql<,~dna istotnych wag roiinic w trakcie uczenia. ( 'echy wejściowe, kt1ire s:1 w istocie ~1ici'.wi:vanc z docelowynu odpowied/.iami sicei, wprowadzaj;1 do niej jedynie szum. Oo.ekujemy ze IV Jll'Ol'l'.~ic uc/.l'llia wartości hc/.W/.ględne wag, odpowi;Hiaj;1~ych takirn ccclmn; h\iti:; mall'c , · Ia.Pice · I· . „ W lll't'/t'11t
372

I O. Mntody prnllallilistycwu i nauczanie

1

W kodowa11iu hillarny111 pojedy11c1.c wcjściL'. w obrt,'.hie ka:i'.dej grupy 20 wejść powiada jcd11emu (w ka:i'.dcj grupie temu sa111e111u) aminokwasowi. _()uian i Sejno\vs~ 4~ (I !)88) zade!llonstrowali j;1k i'.mienia się waga ka:i'.dego z a111111okwasow w i'.ałeżności od1·{ pozycji w obn;bie okna. Pew11e ami11okwasy są silniejszymi od pozostałych a1ninok · sów wyróżnikami struktury drugorzędowej. Na przyklad dla proliny wagi prowadz do wyjścia reprezentującego helisę cv s;\ siluiL' uje111ne, natomiast wagi prowadząccd~;; wyjścia rcprc1.c11luj;1eego pt,'.tlt,'. są dodalniL'. Wskazuje to, że prolina występuje najczęl ścicj w pęllach. a r:;.adlw kiedy wystqrnjc w !idisach (prolina 111a lliciypową struktur~ chc111iC1.n;\, kiórn 1. rcguly nic pasuje do geometrii !idisy (rys. '2.(1): wyjątkiem są lu d•lllll'llY TM w hialkach hlonowycl1). Inne aminokwasy, takie jak alallina. leucyna i metionina, 111ają dudatllie wagi i.wiązane 1. wyjściem rcprczcnlującym strukt1m; helisy et. Wrcs:.cic p~'.wnc wagi ukladają si<,'. we w1.orce llie1.achowuj;1ce sy111L'.łrii w:;.ględern śroc\; kuwej rcs1.ty, sugernjqc nien\wny wplyw na stall .~rodkowej rcs1.ty l'L'.S/.ł 1.najdującychsię pr1nl lub po llil'_j. /\nali1.a 1.optymalil,(1Wallycli w;1rtości wag llllH>i.liwia wydobycie in• l'or111acji dolyu.;1cych slatystyki w sckwcncjacli hialck, klw wejściowych. reprC1.cntujqcych CZt,'stości wyslqmwania 20 ly· p<'lw aminokwasów. Kolejne wejścia doslarc1.ają inl'or111acji o odscik11 insercji i delecji na danej po1.ycji. Cidy do systelllu jest wprnwad1.a11a nowa sek wcncja, to automatycznie, popr1.cz wys1.uka11ic innych sekwencji w h;v.ic danych .'\wissl'ml. jest tworzone nowe dopasowanie, na podstawie kt(1rcgo buduje sic,: pruli! stanowi;1cy dane wejściowe sieci; l)()(J;1tkowo. z ka:i'.dq pm.ycjq w wejśeiowylll oknie jest powi:11.any sygnał braku dany~h pr1.yjlllnj;1cy wartoŚL; I, gdy zadana pm.ycja 1.najdujL' sii; poza ohąhclll hialka. S~1 tuac.ia taka 11H1:i'.c wystqpić, kiedy środkowa rcs1.ta, dla której jL'Sł prowad1.011c przewidywanie. i'.llajdujc sic,: blisko jednego z krnkiiw hialka. Wrcs1.cic sieć: olrrymujc inl'ormacjc idohal1w dotyu.:1cc calego bialka, takie jak: dlugość białka, odleglość środkowe.i reszty ~vcjściowcg1; ok1w ml ka:i'.dcgo 1. krn\c
ll!Jllronowe i przewidywaniu struktury liruuorZQ(Jownj bialel<

373

serwis PredictProtcin (Rost, 2000), kt<\ry umo:t.liwia at1tomatyo. 11 c 1.adanie sl'lzwellcji do PllDscc. VI' ostalllilll czasie dwie grupy hadawu.c oprncowaly lllClody NN, których raportowana skutcu.ność niczllau.nie pr1.ckrac1.a sk 1 11eci.ność 1'111 )sec. Jones (1999) uzyska! skulL'L'i'.ność na poziomic 76-78% poprnwniL· 1.a klasy likowanych rcsi.t, pctcrscn i in. (2000) 1.aś 111.yskali skuteo.ność na pozio111ic 77 i\O'X" W obydwu incło­ dach da11y111i wejściowyllli S<\ profile skonstrnowanc autrn11ałyc1.11ic 1.a pllll;oc:\ 1m·iody 'pSl-BLi\ST . Procclllowa doklad11ość tH1s1.u.cgm11ych 1m:1od po1.ostajt- w IK·1.poś1cdllim 1.wi;v

·.ku z doborem sekwencji IL:siowych. Na ogól 11;dci.y unika<'.· prnlohic1islw poini1;di.v sckwc11cja111i w 1.hiur1.c uc1.qeyn1 i lcstowyn1. .Jeśli sckwt•11cjc w 1.hior1.c lcstowy 111 ht,'(1; 1 homologami sek wc111.ji 11c1.qcyd1, 111oi.c1ny oc1.ekiwać, i.c.· sk11tco.11o:i<· sict·i dl.a 1.liioru 1cstowcgo ht,•cl1.ic 1.dccydowa11ic 1.awy:i'.olla w słos1111k11 L1ktyL·1.11cj sklltl'L'i'.llllM:i. ktW po1.walajqcycli usialić t.:1.y dwil' sckwl'ncjq s;1 od siL'lliL' 11 ic:, zależne. W r1.cc1.ywislych SL'kWellcjach 111amy do c1.y11ic11ia 1. c:i:1gly111 spcklrt1111 stop 11 i; 1 '„:·podohic1istwa. Jaki po1.io111 podohic1istw:1 rno:i.L'111y wi,·c 1ir1.yj;1i'· 1.:1 wystaro.aj;ico ni ski, hy 111.nać schvc.:1H.jc za nicznlc:i.nc? ( '1.y podohil'1\:;lwu pmvi1l!liśmy on· 11 i;;(' pr/.('/. pryzmat sckwt:m'ji allli11okwasowej o.y mu.ej s1rnkt11rv hi;dka' 1 f'.1:1 te pyt;1llia nic lli: 1 jcdno1.11:1l'i'.11ych, pro:;I ych odpmvicd1i.

Spolct·z110.~L' naukowa zajmujqca si<: strnk1111·;1111i hiakk wyprnc·<>wala sy::ll'lll\I tH:t'll\' mciod przewidywania struktur 1.aró1v110 drugo, .iaL i lr;'.ccinu.,·duwycl1. 1-.w;ii.y;vsi.v 11 ·;, poziolll lrnd11ości prnlliL'.11111, du:i'.;\ liu.h<,: ;dicrnalywnycli prnkjśc' orni. n11.<·1.;rmv10; 1L'!1 · nisk:1 skuteczność wiciu llll:lod przcprowmll.\lllll sni,· ckspL'l')'lllt'nlt)11· imn\w 11 ;1wc 1.»,(·h, wanychjako krylycz1ia ocena 111clod pu.cwidyw;111ia strnklmy (;111g. ( 'riticu/ ,\ssr'.l'.\!; 11 .11 1 1if'Stru'.·111n· f'rediction, C/\SI'). Ich cdc111 hyl;1 on·11a 111l.'lod <1pracow:111yl'li pr!.l'i'. po~ szczcgolllc grupy badawL"ze d 1:1 wsp(1J 11cgo 1.cstawu sek wt·11cj i. Urg;111i1.;1tor1._v (';\,<;I' pu bhku_pt sckwellCJC b1alL:k, kt1iryL'l1 struklurn jest w ko1kowej l'azic· usial;111i:i 1.:1 IHlllloc·:1 mclodckspery111c11t:d11yl'11. l'r1.cd p11hlikacjq slrnk111r cks1>t·ry111c'llł:d11yt·1i grupy l1;1daw cze ZaJlllllj:\L'l' si1,: pr1.cwidywanicm slrnktur nadsylaj;1 sil'l!Llmy pro,''.llOZ11wa11c 11:1 pod ;1aw1c opracowanych pr1.u nich lllL:łod. l'o op11hliLowa11i11 sll'llklm <'bpt'l')'llH'lll;dnv1·li Jestmoi.liwc pon\w11;111ic wynik1iw pos1.c1.cgmllyL·h gl'llp. (';\SI' ndhywa :;ie; \'o dwa 1:11;1. Dwie ostalnic edycje Io ( ';\Sl>.cl (Moull i in„ '.~001) 111;11 ( 'i\Sl''.1 (iVl011lł i i11.. 1 (HH 11' „ ~agad11ic11ic pr1.cwidywa11ia stntktmy pol'lls/.01H1 w kilku 111icj:;l:;wh 11i11it-_j:;1.c'j l,si:\i ki. I clny pr1.cgl:\d ws1.ys1kich 1.11anycli 111e1od tej blt-gorii wvkr;10.;1 jvd11;1k poi.a jej 1.:1 kres lc111atyc1.11y. ( l1.~ol11y111 w11ioskic111 dotyc1.qn·111 pr1.1.·11·idyw:11li:1 ,•;truklll!'\'. i:;l~11m· 1 Wkontekście hic:i'.;\cq•o ro1.d1.ial u p11sw i\'COll!'/'.o r< ;1po1.11: 1w.aiiil1 11 /lll't'fl\I. j.-:;I :l1i,·1\:,l11 d<> .Tl.11•,·11,·ji l•i: 1 0 lek 1.na11cj strnklt1r/.l· 1!!11 ł1~:i'. llll'lody kor1.ystaj;1cL· ;,· /.lk w podl'j~ciu wyk
11

dv u/1 i11i10 :;lu:;t1j:\LT prawa prnls'.'1wowc (lak.ie .iak. udd;.ialywania rni~'~Lr.yatrnnowc) k()11Lrct11c.1. po.1cdy11c'/.CI st·klw.11c.11 nk<1:1.up1 sic;, hyc lllllICJ sk11tcc'/.lll:.. lak wic;,c 1·1li.Jl'1/.11:1w:111i:1 W'!.mniw dnstarc'!.ajq odpowicd1.i dla prnk tycznych zagadnict1 w:111i:1 :;t111ktury (j;1k:1 jest struktura da1wgo IJiałka). a ich sk11tcc'!.11ość jest popr:iwia11:1. ( )o.ywiścic 11a1ura nic lila dostępu douc'!.qcych '!.hioricć d·;:iala. ksi to w pcwny111 scnsic rozcznro: wuj:\l'\• :1spd.t lq'.() podc·j:;ci:1.

·

dla 1.bioru lcslowcgo. (idy lak jl'sl. 11Hiwi1ny że aloorvtni wtedy przewidywania dokonane

oclzc.kiwać, że wiary go( 1w.

,„

.i\l~~urytiny !l
takie 111elody

ohlic1.L~niowe,

ktt->re ucl',:\

się rozwią~

· .1 :1•.· d:11l\ prohk111 P' 1p1·1.c1 up1y111aliz:1ci\' wcw111:trn1ycl1 par:111H.~1n\w prngra11111. W wiciu '"l'l';Hlkach t1:1110.a11ic· j1·:.1 11:1d1.oruw:111c·. 1·1.11. progr:1111owi jest przvdslawiany 1.hi
11;111c1.;111i;1

nad1.t)!'\l\\'t111q~o.

;dgoryt1ny

n;111c1n11ia

11it~n;u..l1J)row:1nc1~0 optynwli~ przykład

/
;la 1\(lll

a k11'ir>· 1w.:.1,;1ty\\'ll)'. Sld11l'c/110.l;(_·. algoryt11H)W 11;1uc1.ania nadzorowanego

okrc~

1.:1 po111 i.hi
si1:

11iL1.<\ \kt1!L'C/IH)
tylko dla 1,hiont

u~"J.;~ccgo, lee/'. tal;.1.f.!

''

· ·

·

.

J

· ,

.._,,,

J

{

i

_

Sieci nc11ro11owe są :ilomytn1·m1· 1 · ·· ·1 1 · 11 01 1 ble1nad1 klasylik;icji i. roi.J~~ z;iaw;nii'. :~~~;.~, l ~~~ ~a:?/'. vcg<. ,szczcgiil11ic przyda11.1y111i w ne11rorniw. J(ażdy neuron in·1 1,1.ll ·1 ,,,,.,·s'' i· . I .. iec1. ". s.\ I. i1.g11ly zbudowane/. !(liku warstw . -. ' '' .. L fet 110 wy1sc1c. Svowil w ·' ·· ·.I'" „ ncJ s111\\Y sy~nalmv wc·iściowycil ''vo . I · . , . · , '~ ' . YJsciowy z.i czy od wazo. . . .. . • " · · »n-.lld \' wy1sc1owc 11c:11nu1<1w z 1ednej ,. "I , · sygnala1111 we1sciowvmi lll'Urn116w kolc1·1;c1· ,,,:1rs1111y 1'·1 .. : . . (. \\ .i1 s 11 y są zarazem · . : ' · · ·" nc wc1sc1owc: np scl·wcn .-. ) „ i· dow:111c .1:1 1;osygnaly wejściowe dla 1ie11ro1H·1w w iicnvs1.c· wa;·s ... · • .· ....' .. ,', ~J'.l .S·i .''.lSI\' kodow:1111c h1narne. Svgnal wyj.~ciowy 0 ·t· l I .I . · lwil SllCJ. N.i.1e1.ys~1L.J slosll.JL' nc wcjsciowc (np. czy selZ wc11c1·a n«ilóy ,·Jo i· sł,'. i'.1~.1 ..w.''.1.st ~vylsllanow1 odpmv1cdz sieci n:1 da. . . n llCSllf1\CCf lldS '·1sy Sl'hvc11c11) f'· . . . sieci polega u:1 optyinalizacji warlo~:ci w·io wz, )i „· : ' (.'„,. · .... , . ,' · 1occs t1czc111i1 J'l'llCL'S len jesl n:ali1.c1wanv ~:1 JHllll<>l"\ ·1!;,,'-11·~111\.)1111 11~.ilny. eh do IVL'.fSC pos1czcgolnych ncuront\w. . . · o · • • ,„ , s ecn1c1 prop·10·1c I I· J · N. ·J· · · · · bard1.H;J slrnl<'c1.11ych 1m·1od pr1.cwidywallia :,:lruklury drnP;>rz1:d,;1.~~··1 1:i.:I~;. <111~~;i·1111·c1)~1'.1'11 "· /. na.1~

1

pro-

1

„ ...

flCllftlJHl\\'l'.

.kd11y1ll / lVJH>wycli 1.ad;ui liioini(1rn1:1lyc1.11ych jl'SI l;JasyliLacja sekwencji pon1i~'d1.y kilkoma 1«>'i11y1t1i l.a1cvrn·i:111li. W najpros1:,1y111 przypadku 1na111y do o.ynicnia / dwie1na ka1cgoriami..1:d. ·'. 1•,dy s1•k1vc.:11cj:111aki.y do i111c1\·s11j:\CL'j nas grupy sckwcncji ora1. „nic". gdy sekwencja tło 1c·j )!l'llJ>)' 11ic· 1rnldy. W hmd;icj ll)!/1l11yrn przypadku wyslępujc J,iJka kategorii i należy wybrać I<:. dn klllHH':I 111u<1,·li prnhabilis1vo11vcl1. I Jla kai.clt:j Lalcp.orii naki.y wlcdy zdL.'liuiuwać 11md0\, by 11;1Sl\'(llli,· warlc>ści wi:1ryg"d11ości s<·kwcncji w ka·i.dyrn 1. 1yd1 1nn1kli. Dla kai.dcgo 11\lH\clu 1110/.11:11:d·:i.c· wy1.n:10.y<' p1«111·dopmlobid1stwo :1 priori. ( lkr<'śla 0110 nasze uczd.iwanin "'>do 1H·:1wdopodllhic1istw:1 wykryci:1St'kwc11cjiw1.ad:11wj kalcgorii. ;;.animjcSJ.czc poznamy!~ :.t·hvc·1wjc:. W podejściu l>aycsmvskirn d:\i.y111y do 11s1aknia prawdopodobic1\slwa a posteriori rnod,·111 dla koukrdnycil danych. l'r:1wdopodohic1\s1wo 10 jest prnporcjonal11c: do prawdopod<>hic1isl wa :1 priuri 1mn111lli.oncgo prZ<'Z wia1ygodnoś<' d:111ych w 1y111 mmkl11. W len sposób 111c»ic:111y prmv;1d·1.ić wnim:l;owanic co dn nalmy sek wc·ncji. pop:11'1C solidn:\ slalystykq. Przyda1nyrn ,;posnlwrn rqm·1rn1acji prnwdopodnhic1is1wa a poslcrimi jcsl wyra'i.e11ic go w postaci :.vstc·11111 p1111klacji 1«1'i.nic::\ logaryllllio.nq. \V lllodcJll [Vlc1rl;ow:1 dl;1 :;c·l;wcncji hi;ill;;1 prawdupodobil'nsl\VO W)'Sl<\JliCllia zadanego :11ninokw:1s11 ua danc·j JHl/.ycji 1.aki.v od od'''!!." jaki :1111inokwas znajd11jc si1: na pozycji po· J>L'.<:d1.:1jqccj lub od lego j:1kic: ;1mi11okwasy wysl1:rn1j:1 na ki li: u l"1przed1.aj:1cyd1 go pm.ycjach. \\' 1IMIVI pr:1wdopodnhic·1\stwo wys1;111ic11i:1 a111inokwasu zalc'i.y od wartości nnicnnych 11kry1.vd1 okn·:;l:ijących sla11 1nodc:l11. w ldW)'IH). I IMfvl nH1i.11a wy11c1.y<.' do reprezentowania rodzin s,·L wc11cji. 1'on'1w1111jw: 1.ada11;i sc:hvr·ncj\' do rnodl'lll, 111oi.L:n1y wy1.11ac1yl' oplynrnln:\ dla lej ::,·J.wc11cji ,;ciciJc.' przc:j:;c:ia pr·1c.·1. siany rnrnlcl11. W IL'll spos<'>b 1no·i:c:n1y pr1.L:widzieć, które l1»1:•11ll·n1y :.ckwe1wji rnlpc1wiad:1j:1 l.lc'>ryrn sianom 1Ho.di.ie· ll\
lol

lll'I.

dla,~10~vycl1, ;l<~'.1cl11~~~1~ ~:::~,'111!·111111~1,1c'.l11a.
,-,

'.

i

\.

.'"

•

S 1.J4Slt'CI

Bahii. I'. lcarnin•!,. :il!'orilhni uvervil'I\'' . I Ly11:111Hnl I · . . l')'J5. .. . (iradicnl·dc:sccnl . „. · · . i\ u.erno1a sy,·1erns ll'I" , 1· ' •. " . l SplC l\ll'. 11~ 1~ 1'. 1J'{/IJ.\'(f('{/l)JIS Oli Nntrol Nc/\l'()rks, fr I x:~ .l)::;, Jlaldi. I'. a11d llrnnak. S. 20IJ:?.. /lioi11/im11 11 1i1 -.1„ li . M 0 ·/11· . f 1111 , . 111 · 1 Mi\: tl•llT l'rl'ss. · · '' .r: \f>pmodi (.?.nd l'.di11on). ('a1nhridp.c. " ' "' · „

•

•

•

llale111a11.t\ .. Bir1Hoy.J·: ... <'ern11i.l„,llt1rbin . I''„ 1'1·11··1 •' „„ M· . ·J. li , 'wi u, ··· l'tl ·'' y, S.J, .. bnll11hs„Jo11es S I low• i" i ,us i.1 , 1vl., and Sonnh:lllllHL.'r I·: I I ·ornp Tl . l'F . · · ·· ' " '' ~. s1·orc/1 . .\O: 2'/h 80. • . „ „ „ „. ie ,u11 p101e111 lam1l1cs datahase. Nlldf'i1· ;kids Ne· l'ho11,l'.Y.andl'asn1:111,\T. 1\d1•11tf('('.\' fil f<:ll;;W;/;lfr:.:.:,,l'..,~'.\'.;~l /.{l~.Sl.'COlilJary s[rUl'lllrl' of Jll'OlCillS fronl 1Jieir y arliiici'IJ IH'lli„;J Il 'Il l.LllJOll ~~·Sll/lllllidJ and illllCllOnal [callll'L.'S orprnlc:in :ind nm:il'ie !luol,,

'

·.

..

, ·.

,

c

\\'Ol

\~„

iUJ1' /t'JJllsf/:\',

Jl: 7~1.l I IB.

"le), L.. l\arpl11s. k., a1HI krogh, i\. '()() 1 ,. 1\tll 1' Scqlll'llce alignrnc11I and 111rnlcll1ng snllwa1c syslL'lll (' ' l J r· 11 t l,J l: / 'l\>J\'J\,-1"' ( . ll( .,".i(\!1!\;d'd!l'h/('()lllphi
"

„.

'1ogh, 1\„ I .arss \'Ollli>I ·1 · "· „ . . ' ' .· I · l>10/og1·. 305; .:.,1,7 .g() ' ' „.u10111Ls .. oumol o/ t1fofl·nt!ur lagla. li. au;I 'Sch11 l ·litrdH·li · .·I· ·-'1()(111 · /·\ l Iap!!\'t' · c11l·od1ng . w·ur:tl , . ptpl1dc l'lc;l\·a:.'l' silc·s. l!ioin/imllafil'.I'. I<.: :~. „"i().

15

11dworks f'or

I

11<' recog11i1io11 oi'IH11H:lll sigll:il

I O: Metocly prolJaiJilistycwe i

376

:m

.Jones. D.T 19'!'1. Protein secondary strućlure prcdiction bascd rn1 positio11-spccilic scoring matric<·:· .s.'1011 na/ ą(Moll'ntlar /Jio/ogy. 292: 1'15 ·202. · I.upas, 1\„ V:111dyke, M„ and Stock, J, l'l')I. l'rcdicting coikd coils l'rou1 protein st•quenccs. Scicncc,'iS I H>2'L Moull. J„ l'idelis, K„ Zcmla, /\„ and 1lubbard, T 2001. Critical assessmc111o\'111l'lhods o\' protein stnict prcdietion (C/\Sl'J: Round IV l'mteins, Suppl. 5, 2·"'7.

Moull, .J .. l'idelis, K„ 7.c111la, i\., and I lubbanl, T. 2003. Crilical asscss111cn1or111dhods ni' protein strnct prcdiction ({:ASP): Ro11lld V. l'n1tl'i11s, Suppl. 6 . .\34·"'!. Murvai, .J., \llahovicck, K„ Szcpcsvari. C„ and l'ongor, S. '.WOI. l'rediction o\' prn1ci11 l'unetional l'ro111 scqncnn·s using artificial ncural nelworks. <;,•1w111c 1<1•sc<1rcl1. 11: Icl I O 17.

j<;tyrn rnodcktll jcst r
[, -- Il iL

Na poclz:1.lck zm,1wai.my, i.e lal wiej .ksi wyz11ac1.yt: nrnksi11H1111 111 / 11i·' liL'i'Jlll''1· 'li . , '· ',,c„ 1110111<1\Slllllllll,: In /,

Lll„ Int/„ .'O

"

30: I •I Ig. '.'(i.

Nielsen, 11„ I ·:ngclbrc'l:hl . .I„ Brun;1k, S„ :u1d '"'n I lcijnc.

I rof('ifl /','11gi11('t'ring, 10: 1--(L \ 1LI p : I I Wl/JVJ . c I;;.; . d L tl . cl k I~;(' l \! j ('.(·~!;I~:: i q il t\ I i ()I. (i,

I

•

(I)

Dąi.ymy do wyz11ac1.c.11ia warlu~ci t/11 111aksy1nalizu'; c 'l'h l , .. , . dz1my odpowiednie wartości ·111·1iilyc'/111·, li. „ Jl). '· Uiil.lllll. wyp1uwa„ · · ' ' · · · l. 1x:w1111· ·sw"' 1c · „ Irnz< · I lejnych krok<1w. · · ro·'11111·1 '· 'sz y z Irn·-

Nil'olas, I'., llizc, L„ l\fori. I·'.. Ilocbckc. M„ l\odolphc. I'.. 1'.hrlich. SD„ Pru111. IL. and llessicrcs, P. tvli11i11g Jlacillus sublilis d1ro111osn111e ht'lcrogenciiics using hiddcn Markov n1odels. N11clcic Acids Si'ill'l'fl.

(f/11 )"".

I

I X

(

I

I

f>1„)' ''

I

W „. powyi.szy1n n-1w11;111i11 , f)icrwsz\' W\'l"l'/ I I , . I . . . " . ' · o ugd1y 111 1. wyr;11.t'lll:l (I J I>. ,, wytdi', wp1owad1.0110. po111cw;1i. tllaksi111u111 I 11'r , „1, 1111 . . . 1u,„1 I aora11<>c'„1 IVil'loth . . I · .\ '/.ll.t< • Y 111clod:i 11111ui.111k,iw 'to " '· · ' 1d j)ll/,\\'il a \V)'i'.11:1C/,\IĆ 111·i1·sittlllll f' J· ogra11iczc11iacli (i111'ur111;1c1·1· nl mel.od\' . ,· -',.'.' I i u11 '~.I' Jlr'l.y :r.:1d:111yd1 . . . . 11111\)/,111 ,ow
(li;111, N. and Scjnmvski. TJ. 1988. l'rcdicling ihl' SCL'Olldary Sinll'illrl' or nd work 111odels . .!011ma/ o( Molcntlar l!io/ogr. 202: ~;(,') 8·1. l.:osl. IL 2000. The prcdict prn1ci11 scrvcr. lil.l p: / /v1wv1. C'1<1hl IH' i.dcdh<
„

ul.c: i Jl/fil C"I i

<'i I 11.·nt

ci.n. hl.ml.

t.:osl. B. and Sander, ('..I. 1'193. l111prnvcd pn·dil'lioll or protein SL'l'OIJ. I A«lrning rcpr<'sc111atio11s by hack-propagaling · crrnrs. Natnr«. 323: s:n <>. , Schneider, (i. ;ind Wrcdc, I'. l')'U. Dcvelop1rn:i1l ol' arlilicial 11c11ral lilicrs \'or patiem recog11itio11 in protein"' scq11c11ccs . ./011mtt! <~(Moit'<'ltlur /•,'1•0/11/ion, J<>: )};(, '!5. , Wu, C.I Land McLarty . .I.W. :WOO. Nrnntl Ni·t11•11rks 1111d (l1•1111111c !11fim11mi«s. 1\111s1crda111: Elscvicr.

il I n /, il1/ 1

il

Białko regulacyjne I' wi:\i.l' gr:11u111uwe DN/\ w lllicjscach 1.awicrających se: kwe11cj<,' /\( IC'CCI/\. GL'llom nowo zsL
ll

X.

t/ 1

W „ • , , maksimum f't111l·ci·i ' . j)owy·· . zsz.i poc•110< 1na pr1.yp11u1·c w:irtu"ć etc tyrn 11 - x 1 I' 1 1 . . · · ·' . 1 -· n I· Ol o 1111c dla kazdcgo ;1111i11ilk wasu, wszystlucli aminokwasach, otrzy111ujc111y /„

L'fa W.I.

.

"

/O.

,,

,„

O '!"11· 11'1,. , · ' ' "1. 1v "pun. I " 1 '· " n„ . .;1111rnJ.\'- po

lir/.

/1 ( ls1·1IL' „, · 1 · ,l<>I· ' ' .l ,,lllC () l'i',y111u1c111y Wi\'(' (/ I ( )· ' „, .· ;v<.trlosu IWJWl\'.kszcj wiarygodności C'/.t,·s1;1ści wys;'\'fllJ\'.'.::111t·11i.''..'., r~1111,111 /,d .Io, li.L' SCIOlll \\l\IS(<'Jll \\" . ' I .' ' ' '" . ll' t:Z\'S li ' J' e ) ·'<1111.t () lSl'l'WOW
co daje )._ -·, . --:-

i'rzcpr:iwad/. a11alogicz11c ruzu111ow:i11ic dla sckwc11c.·1·1· I )j\j;\ \ , 1 kltin·.1· olis\·1·11·( 1 11,.1'Ile I 1cz l iy wys1·111ie1\ Z'l" I · li · ud11uwil'd11io ·· ' · . ""~" Sf\I'\ I. -l·1· ..cli Z\'.S osc1. wysl<,'pow;111i:1 ;\ s;i niw11c l''/.\'Slu:;<'io1n wv•;l~'J>O\\"H;i«1' .„ „'. ·S wys \'pow·1111·1 (' ·,: · · , ·" ' ' · '· , / i . „ <> I•.. „ ' ' / ..is s,1 row11c· l.''l,«'sloscirnn wv:.11 l . . . < , ( IO\\· '1111 'Tl I .. · '"' "1iu::«1 I rzy,1111u1c puslat' „

,

„

I.

·

.

„.,

10 . Molmly prollaililistyczno i nauczanie

:rni

379

. . . . . "' lll\llM • i·iki j;1k pr1.cdstawiono ' · I· na HU. 1:1l wv·1·1c11i'1 11' 1·1k1 spo.~(')1 P10 1110\\.1 J.'" . " ... „ ·t . w·H'."1ako model dopasowanego !. noru "ZV!ll rvsuuku 1rn11.n,1 ;„is oso ' . I I ·' ·-· • _. . •... 1 , kTide"o tvpu stanu 1110L e u oraz cji. w S/.C/.cg
jq sckwcncj~\ klasy J ). Druga/. tabd pr1.cdstawia prawdopodohic11stwa pr1.e:jść pomi
'l'GCGC( :c<

(c) l'on ii.ej pr1.edsl aw iono prawdopodol 1ie1isl wa pr1.ejść dla nowego /.hioru sekwencji. o kt1irycil wiadonm, i.e maj:\ inn<\ charnkkryslyk\' ni;., sekwencje klasy I (naf.wi_i111yje sekwencjami klasy 2).

N a podstawie prawdopodohie1is1 w pr/.ejść przcdstawionycil powyi.ej 1.lrndo· wano drugi 111ndd la1\cucha Markowa. /'.definiuj system punktacji n\i.niq logarytmicwą pw.walający ustalić, do której klasy nalci.y 1Hiwa. dotychczas 11ie1.nana sdwe11eja. Wy!.llac/. punklacj<,~ dla sekwencji podanej w C/.\'Ści th) 1.ad:111ia i określ klas\\ do kl<)rej najprawdopodobniej nalci.y la sL·kwencja. /:al<°li. pr1.y tym, i.c prawdopodobie1\stwa a priori ohu klas są rt'iwne. V-/ _jaki spos
Loniee '.

M, Il

(t~l

. . I·d W"/n·1c/yĆ optylllal11c dopasowanie z.adanej sekwencji .laki. algoryllll llll/.Wd .1 · ' " 1

do 11llHkl11' . . .• lziL' onicci.nosL'. konstrukcji -. ·I l "il· t"CZllYCh ll\ll/.e !.dl 1Hl( · - 1' ( !') \V 1.astosowan1,\L 1 I 1, ' J • . • . ·hvencji W porówna- 1· I , , ·I I IM IVI Ila podstawie n1cdopasowanyc 1I se ' . - - .. "t Ili o I o1v) c i_I .. -. I t6r)'ll1 d)'Slllllllljemy sek wcncjalll1 dopasowany1111.1cs Ili\! cill /.
·' ('

I'

I

('

T

(j

I~ I

1\

('

T

(i

:1(,.(

g.\:<

I .)g i

.H1lJ

:\

0,1"/l\.I

{),"'~())(;.

o_.1_1<17

O, i W/

I JtH

_1.~(l",'.

.>,5(1()

')'i(t

o __ ;.1.10

( ),_\()(,_\

'\

l.'..\I

--~<)_r;

·"~g1

n-:

Il()()

0, 17)0

T

.,

·c:'J'c;

ści?

(e)

(J,0816

0,12')1

l

l

l

Opis1. llHH.icl prohahilistycwy sekwencji /.awierająrej odcinki DNI\ pochod1.<1ce /. obu klas. Zaproponuj dwie metody. z.a pomocą ktt'lrych można wy1.1iaCf._vl: para1netry takiego modelu. Jaki algorytm można wykorzystać do wykrycia ci:1glycli odcinkc\w sckwe11cji, kllire nale;..q w całości do jednej /. klas?

SlnJl\lura I uwol11cja 11MA 3U-I

Typowa długość sekwencji tego genu u haklcrii lo okolu l."iOO par zasad. l I jqdrowcóW sckwcnL:ja _jest z11acz:1co dlui.sza (do 2000 p1. 1). 11alo111iast w miLoclio11driaeh kr<11szn (ok. lJSO pl.). W por(>w11aniu ZL' slruklmą 1. pla11s1.y 11.1, w sekwencjach jądrnwe(1w wysli;puje 1.1iac1.qca liC:t.ba insL:rcji, a w 111ilocho11driach ddccji. IVlilllo to gl
Wybrane zagadnienia e~olucji nloleluilarnej i analiz\r filogenetyczme1

-·-.......:-;;_--.------ ---------------~------___.;....

__

.,:.. ___ .-----~·-·----·---..:...·--------

Streszczenie ·

. .

. , ,· 'llll' OlllO\\

.

Ze w1.gl\:du 11a dui.ą pri'.yda!no.~ć w bada11iach liogc11c·tyu.11ycl1. rl\N;\ 111;tlej podjednostki ryhoso111u 1.sck\ve11Ljrn10wano dla wicl11 orga11i1.111(iw . .ksi lu l\1110.0wy gen, na kt\iry di'.iala silny doht\r slahiliwjqcy i dl:itcgo l'Wol11ujc· 011 w1.gl\:d11i,· powoli (s1.c1.q.;w. Jak wspomi11aliś111y wc:t.cśnicj, n1imo Io istnieje ku11ic·c:1.11ośt' l'\Ti'.nc·go poprawiania 11:1.yskiwanych aulrn 11alyc1.nie dopasow:ni. I 'udc1.as wy1.11ac1.ania dopasuw:11i I:11\cuc:l H'1w RNA 11ie1.111ic1111:1 strnklurn drngori.\·dowa rRN;\ jl'sl wai.11y111 /.r(Jdlt·111 i111'or111:1cji hiologic1.1K·j.

· zwi·ir . . 111 ·1„.._, 11 ewoluwybranyl: I1 .1„11~(1t. · • ·• 111 .yclt z. 11HHiclai111 .

Niiiie1's1.y ro·1.dz1al zawiera . '· " , i·ti'/dt 11a. 1slut11:1 rol9, · . . t .. ie, . ·!11"1\'\_1staw1011y1111 · · „ •-I j ~. '/. 11wagi · . L'\'.lllYllli i 111ctod:11rn fllogenc yu.nyi 111 · · . _i·s" 1.
._.

.

„

•

1

•

"

'

•

•

·11.1. strn~tturn i ewohncja RN#\ ·11.1.1. Niezmienność drn~1orzęclowej strnl,tmy Hi\IA w czasie m~mlucji " . ,

u-

. ' . " . .· " iod'cdnostki rybosomu s:\ hard1.o wai.tlL' w h;1da111,1.cl1.~wol ,_ (icny rl,N/\ 1n,1k1 1 dul.L.J I J . " . ·I i"tn\wmi w '!L'llOlli:tch J
•

•

I

Badania filogenetyczne rl\NA malej podjedno:;lki ryhosom11 stały si\· nil'1.wykll' po pularnc dzi,:ki wczcsncnrn odkryciu 1.a ich pOllll•C:\ archemvl'\\w lrzecicj z donwn organiz1rniw i.ywych. Przy ui.yciu 111eLod l'!cktro/'orctyl'!.nych W()t'sc i hl.\ (I \J77 J 11u równali ryho:mmy dla szerokiego spektn1111 organi1.111(1w. zanirn jcsZL'i'.l' hyly 1'.11a11c pd· nc sekwencje gL:n(1\\' rRN/\. Wykmzystuj:1c cn:1.y111 rylHi11ukka1.y. puci\:li oni /'.C11y 11:1 frag!llcnty oligrn1ukleotydowc i ro1.dzicliłi je ckktrol'orc·tyc:;.11ic. uzyskuj:ic dl;1 Lai.dl'po gal1111k11 charaklcryslyc1.11y ślad. /,definiowali 1wsl1'p11ic warl11ś•'· pudohic1istw:1,iak11 111i:1 r~ udziału wspólnych l'ragmcnltiw oligo11uklcotydowych dl;i dw(1ch ,!!,at1111IJ1w. Had:111ia le poka1.aly, i.e organizmy tr1.cli:i pml1.il'łić 11a 1r1.y grnpy. a 11ic jak W<'l.l':;llicj pr;ypt1s'/. rzano tylko mi dwie (he:tj:1drmvcc i j:1drmvccJ. lll·1.j:1drown· 1.osl:dy jHid1.iclom· 11:1 dwiv oxobnc domeny. haklcric i archcowcc, kltin· n\i.ni:1 si1· llli<;d:t.y soh:1, podoh11i« j:1k k:1i.d:1 z nich r(1i.11i si1' od jqdrowu'iw. /.aprupo1H1wanv prnl/.i;il wylo.ymal pnil1<; <'i:1s11 i po lwicnl:t.ają go dr1.cw:1 lilogc'nclyu.11c 11zyska11t· dl:1 pdn\·,·Ji sckwl'1wji rll.f'.1:\ 111:ilcj p11d jednostki rybosomu (\·Voc·st'. Kandlcr i Wllc·c:lis. ll) jądrowr1iw. Ohec11 ie ·"';l du.,t<;p11c rc'iw11it'i sek W<.'1wj,· ;_!l'llll\\ kllduj:\v\•t·li I •i:1 I l.:1 dl;1 I V> ·li pradawnych l'ur111 życ'ia. jcd11ak sd~\\'\'llc'.k IL' nic 11i1i:;ą 1yk inl'un11:i,'.ji lil"i"''1wtv(·;.111j . 1

1>1." par 1.;1sad: Lpi

!,ilu p;ir 1.a.„;itl: l\.lp;

111iliu11 p:1r

;.:1.'.<1d. (/''

l/J.

1/11111. 1.

li. Wv llrano muatl11iu11ia ewol11cii molo\(ll\i1111oi i analizy

Slruld11ra i owoh11:ja 11N/\

. 'l· „ ,<" dricwa niL'
('() s<'L w<'1w11· r\,'

« 1.YIlllSll . 11 rn ·s·i' wy·111ac/.:u1e 1.a pomne:\ metody · · I ; .. 1od .1cd nrn;l 1'1 · „ • Struktmv il~f'.1 1 \ lll1·11
I

d<' :;trul·.llll'Y rF.l\I/\ opisanej powy1.~:_i. ·.. . t' 101iasow:11i /.{)hu krn'1ców sekwencji t··.' I) .. •d\'t'l\Vl()l\ll 11,\!~!lll.11) l l"-1:1 rvsu11k11 I!. 1t) \H /.t "' . ~" ... ·, / sii·dmiu par ;.asad. W edu j)lhM„l„ · . l··., rmw !RN/\ sklachq.1cc sic. · · . , „ ,. 11 1 I W<>l'l.<\CYL'll r:u1111,' a ,u P t"lllillY ;.oslalv. 1.asląp1011e p1zcz ·. „ . , J)l'';\ . . " 1o·1i1.L • ' 1H' w Ci<\St\:C/.CC ~ J • nia wyst\:pt1p1cych pai ... 1..1s.11 .

„

!

; 111111.1

,,,]',111

I i

: '/·l : 'I»

J••l

:1"1

: ·11 : ·1:.

1).,1

I

I ~ ' 1"

I '

: 1' . '/!

; 1i

11•',!l'

i 1"11:

il! ) ) } J ) ))

/1.';\ ',']

\Il\

\)I)

W sckwe11cji kn11ika parowanie 1.asml

WL.'

ws;.ystkich sicd111iu pr1.ypadkaehjcst

iypn Watsrnia-( 'ricka (pary All lub CU). Pary wystc;pujące w innych sekwencjach rM.-

. królika oz11aczo110 róż.nymi odcieniami szarości. l'rzykladowo sit; od sekwencji gatnnkw tRNJ\-Lcu. Mutacje wyst\'lllljące w 1ui1ol'IHlndriał11ych lRN/\ prowadzą do wiciu schorzeri. Baza danych 111itomap, w kl!lrl'.j sq grnmad1.one inl(>nnacje do1yc1.;1cc mutacji mitochondrialnych wysl9puj<1cyel1 u ludi.i 1.awicra diagram struktury tl\NJ\-Leu (por. strona internetowa http: I /www .111j Lomap. o.Lg I LRf\JJ\J•c~u. pdf) pokazujqcy strukturę drugorzędow;1 wksztalcic liścia konic1.yny wrn1. ze 1.na11ymi mutacjami punktowymi wywolujqcymi choroby 11 ludzi. Przykład len jest analogic1.11y do wcześniej pr1.edstawionego w podrozdz. 3.J. Mutacje występuj<\ losowo prnktycwie na całej długości sekwencji genu iwiększoś( 1. 11id1 jest S/.kodliwa. Potwierd1.ić Io mo:i.11a pr1,L~1. zbadanie wielu t'/.adkich wariantów lt:j sekwencji występujących w populacji. J\naliwjąc dopasowanie sekwencji pochod1:1cyeh 1. różnych gat1111IJ)\v (jak 11a rys. 1 I. I (a)), dostrzegamy jedynie 111utacjc, które zostaly ulrwalonL' w wyniku d1.ial1111ia dobom naturałnc:go. Oznac1.a to, że ohsl'r-· \\'Ujemy podstawie11ia konserwatywne, które nie zaburzaj;\ struktury j f"unkcji Ci'.i\Stec1.ek. ' Prawidłowosć ta ohowi:\1.uje dla ge1H)w koduj<1cych 1.arówno hialka, jak i RN!\. Drug<\ z interesuj:1eych własności tRN/\-1,cu jest wystq1owanie dw11ch różnych jego t"orrn Wprawic każdy ni genornie 111itoclmndrialnym 1.wicr1.:1t ·-·-jedna l'orma ma antykodon llACi i jcs1 zwi:11.ana 1. nlcrcma kodonami CUN, a drnga forma 111a antykodon UJ\;\ ijcsl zwi
1 więkswści

1.wnicić

są

li. Wyhra1w zaoadnionia owol11cji 111oluk11larnoj i

Metoda porównawcza jest doskonalym sposohclll wnioskowania o strukturze rz\~dowcj, o ile są 1.nanc sekwencje genów kodujących RN/\ u rM.nych gatunk{iw i Pace, I()<)]: Gutell i in., 1(J92: Gu tell, 199(1). Istnieją programy slu:i.;1ce do analizy pozycji w sekwencji pod kąletn korelacji 111ięd1.y wyslępuj;1cymi podstawieniami. gra111y pozwalają określić czy zmianie na jednej pozycji towarzyszy /.miana na dru · pozycji z c1.ęsloś_cią wii;ks/.ą ni:i. \~yni.kaloby to/, prl'.ypadku ..k:i.di ~v s~·k:vencji wystę~::

pu.1e korelac_p1 111H,~d,,y podstaw1e111an11 prowad·1.;1cy1111 do odtwor/.enta stlntc odclzialujt'~ :; ccj pary zasad, to pm.yeje le uwa:i.an1y /.a helisy. ·\ Pierwsze modele por(iwnawcze slruktm rRN/\ /.budowano na tHJC/.ątku lat osicn\4 d/.icsiąlych ubieglegu wicku na podstawie zaledwie kilku sekwencji genów. Do dnia (lt.isiejszego zoslaly one znacz<1co udoskotwlone i w chwili olH.:c11ej model dla ma. lej podjednostki rybosoitlll wykor/.ysluje informacje /, okolo 7000 gatunków, a model dla du:i.cj jednostki rybosomu obejmuje IOOO gat11nk(1w. W roku :2002 Gutell, Lee i ( 'annone porównali 111odek z roku 19~\0 /, modelami z roku I (>99. W przypadku rRN/\ 111alcj podjednostki chromosonllt aktualny 111odel zawiera 478 par, potlC/.as gdy 'vVCl'.cśniejsl'.y rnodel /.awicral ich J.53. l'rzyo.yn<\ takiej rozbieżności jest' wska/.ywa11ic w przewidywaniach jedynie pozycji o wysokiej korelacji. W przypad. ku mniejsl'.cj liczby Sl:kwencji powi<1zania s<\ mniej oG.ywiste i trudniejsze cło zidcntylikmvania. St;1d dzięki wykorzyst
C/.~'.ŚL'

1lrugorzt,'.dowcj. Prze/. dość długi czas nie wano strttktury tr/.cciorzt,:dowej rRN/\, w przeciwieństwie do jego strnklury drttgorzędowcj. Pr/.elo111 w tej dl'.icd/.inic nastąpił d1.ięki krystaliza: cji lllalcj i dui.cj podjednostki rybosomu (Wimherly i in„ 2000: nan i in., 2000). Uutell i in. (200'2) wykonali por(lwnanic struktm drngorZt,.'.dowych pP.cwidzianych pr1.y u:i.yci11 modeli porównawczych /,c strukturami krystalio.ny111i. ( lkazalo sii;, że 97'Ye prl'.ewidzianych prw/, modele par wyst(;powalo w strukturach krystalicznych. By· Io to doskonale potwierdI.enie poprawności metody, poka/.uj;1ce jak przydatne może być analizowanie sekwencji. l'ozo:-;tale '.)';i. to wyniki l'als/.ywic dodatnie, tw. model przl'widujc ich wyst~:powanie, ale w r1.cG.ywistości nie S
Sł1~1l_
:lll5

·11.1.3. Podstawowe informacje o strnktmrn

1inirJm't.:ędmnmj

llNA

Wkilku Inastępnych podroI.dzialach skonccntrni·c · strnkt11ry · PN/\ · 111 ·y si" ' ' n·t' 111 „,,.L'WH· Iywa11111 drugorz1,:t 0 .wc.1 ' na podstawie sckwe11cji /. wykorl.ystanit:m met;> I · · , I" · cncrgll,~ swohodnq czqstccki RN/\. Opis kr1110 ly : . „ ·i l 1111111111.1 11'.llJ:\-· , . l·t . . • . • . . . · · ( n.11111cz11yc 1 mclod przcwtdyw·isltll' uty lltc 1111csc1St\'.w1111rc1c rozwa:i.al\ dotyc/.qcyclt ewolucji iiiolehihrne·· · ,'1 zosla111c Oil p_odany w tym miejscu ·ihv 1 .· , I1 I0 1 1 . . ; ' ' J . .1u . IN , . · · · · '' ·· nol'.n.i Y L o Zl. 1/„ Cl. S1:1d wl:\C/.cnic tepo te111at11 do l·si·iż.l·i· 11 · , . prlYll'ld ' ' ., .. , ·~ ,, ' ·' IL 1cs 1 Wo
"„

p<;lla

p<;ll:i

wiehir:1111ie1111a

\VC\Vllt:(l'/Jlt!

(,A
(i ('
1\ ,\ .·\

1\

li(; ('

,.

(. 1\ ,\(i

\\'yhr1.u:;z,;11il·

Hys.11.2. Stnikt11ra dr11gor1.1·dowa c1.;1s1co.I<' .. -. „ 10/.llt' „ · lypy 1110/.lllV)'l'h ·· . I !'N\ ' I I·1 llSllllJ.l«i !'\'Ili w slrn!.11111\'

Na .rysunku 1 1„~J przedsl'lwi „ I\. Iat Iow:1 strukttll\'. drt1!Jlll'/.t,•dow·1 l.T st col i RN/\. . , • , ' . .11011.111,1 /.ds,1da .JCSI wstawiona w jcdnq 1. nici po Iw „ •· I ·I·. ' '' ) . (lączS·'.lCC dwie helisy) ora/ p~·tlc wicl1;r:1111ic1111e (l;p,;:u' (;;'.~~:'11;1~ :;:(!~cl1l\;::'.l;'i:~ew111·1r1.11L· 't111killl\'. 1:mvaL' ni 11ajm11it:j lrzy 11it·sp;1rnwa111.: /.as:1dy 1wrn·1.:\;T s1,1i1;· 'Y· ' ' 111oze sit,: utworzyc, fl'.:i.cli · · ,1 N'.. . . .· · wiedzieć ·1 .• „ . . .I I . iu li/, t I tworz:1 kolcp1<1 p:11r. ( 'itl'L'lllV · · L .y 1oz11c parv llHl"'\ wvstqiow·i: ·.I , · '/ · ' · tylko z 1·: I : .. „ I· . .' . '"' .. , , L Ju noc1.cs11w. /.<1sad;1 1110:?.t· 1wo11yl: p:1rv ._l l. IJ.\ ZdSd( •\. si,\d JL'.dilllC/.CSlll' wvst•;11mv:111ic 1><1r l)''ll'll'/'I ·;' . 1' • I . 1" . Wszystkie hi' .. „ 1 · . . : '· ' · " · ' • /," 1 11111sz:1 ) c t ll/.11) 1111 1.asada1111. ( J dwoclt p·11"1clt ;·1s·HJ 111< 1w·11 . . . I . nc(1z11 tlHJO'I . T t · . . . . ' '· ·' ·' 111. /(' ::;1 dH11p:11vl1ilpoh;·1.11011'~'. 11·'S[lllll t;s(· tttl'C),_IL.:slt wys1,:puj:1 IV SL'kwc11cji l\f\I/\ jcrl1w pLl drt1"it·j t·d~ j·d ' " a tys. ' a) "dt il· i . 1· t I I11 I1 I . I . ,„ . , , . , . \VIJ'\lrz d. · · · ·· '''"' . · · · ' · ,i'.L YJ<.'( 11:11. par jl'sl 1.:11 11i1·:idi." 11 ·1"'" . ' · iugtc.1 (rys. 11..l(li)L 1"d1ic i /; I · w 111 .... · ... . . · ' Jedna na dru"' -. . . . . ~' . . .J. "' 1111 111/.\•p:1dk11 p:1r1· 1.:1chud/.:I 1 11.1 tys 1 1.. >(c), !~d/.ll' 1 ,f,1110 , . • 1 1:,•\,Jd' /; · / 1 , .... „. . . · 1. /) I' ' .I • llllll'„\t „1111kt111c 11sL'llliLlll'<'"i·i '~· ' ((()/\//(} 'li"\/ I\' .. '. ,„. '. 1 11 11 „ .· ' ' v0tz:1n· Sll"ll I·:łltn'.' 11sc11doll'l'/h 1111''1/"I '"I n111ew·t" · · ' · ' ' „ 11 111L·pr:1widlll\\'c . I) . 'I. rJ.t,:stosc ich wyst1,:powa11ia w l'l.l'czywi::l.vclt slrt1kli11·,·1l·l1 ,·,·.••! I . · 111 il ; I I /. Iq ~- l > jlll 1

1

I«)

11>1

I

i owoh1cj:1

11. Wylirane zaw11lnirn1ia uwolucji 111olul\ulamej i analizy fil

:lilii

I

)

(

)

sw. Na rysunku 11 A kmpkmvan:\ od i do j oznaczono slrnkt111\' o minimalnej energii swobodnej dla lego fragrncntu majqq energi1,• niwnq /'.'(i, jl. /\hy rw.loi,yć ten problem na rnnicjs;,c podprobielllY ro1..wai.ll1y dwie llloi.liwości pokazane na rys I 1.4. l<.micowa 1.asada j jest albo

)

I

J

i

J

I I

I

)

) (

{

)

\

)

\

I

cr1·;\1·on· l(l'Ji\ d\\'11d1 pili' 1as;1d i i j ma·;, ki I. J{y.•;. j „L T11.\' ł. '.'Il · · · · I . •I ·1 . s ·\i ·ni:I\ (l'I 1ir1.1'.!hlaw1;1 psc ud1llV11.1\, klot1.,„o 11 11 11 Lil i fhl pu.cd::tawi:q:\ pary \(H P· Y lit .. · l. l •. · · JlJO/.IJ\\'1'

.. I I . J > • 1« 1 11 \V/!f \'i IH p(} {),,t IJ.

•

•

•.

„ /;\/\\ .'/!';;q. \llll\ll_J:llll'

.

•

3B7

• 5,,1dy it.tl t

I

f

lll~/\

•

,,

•

•

,.

1i1·.•.1·1. 1•1« l,'·.·.r;1111.v 1)r/1'\\'1d1q:1u· sln1k111r\ di ll).,t li I.\ dP\\ •I 1

\.

programowa.iii~. 11 .1· "'"'lll"t'h 11rnccd11r W)'kor1.ys1uj<1cych \\'()( 111 Wi\·ks1.uś1' J ' ' ' . ' ' : ' " " • .' · . " " . 1 11 1 ""\osow· 111 -1 do ich wykrvwa111a. /.alt 111 '" 11<1s1.ym p1zyp ·1·" · l\usJ·unentc \ " .· ( . 'I" . L)l)<) ornz lfo!gs, 2000). St,t
',I

I

o

')-------------<,;)

11.4. I luslracja algtirvt11111 wykt111.yslujqcego progra111t1wa11ie dy11a1nicznc 111aJ;sy11wlizuj;1n·go lio.1J1· w dr111•.tll'l\'tlmvej sln1k111rzc RN!\ (por. rliw11. ( 11. I))

nicsparow:111a (pierwszy sclic111al po prawej slnrnic n)wności), albo twor1.y pal\~

'

!'.'(i,

i -

I),

/'.'(i.j)=min { mini·:(i,k

'

z

1l'l'llllH \''ll'l.111'11"1.11'1c· s·1·.1l1'1\11<\ ko111'orn1ac_·I\'- \V procesie 1.W1Jal1l.<_1 cz,. } ' . , „ ~atem 1 .. „. 1 ,L. 1 1·i !IN;\ 1:ni:r>!ia :;wolimłna rnoi.c hyc, O)t11zrn1a 1)1 „..>:t/. pc1. row·m ' ie ·sii,'· zasad. · . ·,,\\\'"· " l · ' • • · It I oor1i;t 1owc1 1cs J 11'1j1m1•:1·;111111 krvtcri11111 :;\u·i,;1cy111 do p1"1.cwidywa111a strn' ury t rn,~ .. I I ";t l:·tkl ii - I " · .„_ · " \'mvch1·1s·Hl l'cw1'1,Qlll 11' ' ' · l"\r :.1rnk1my /.<1\\'icr<1_j<11:1-_j 11<1jww 1\si.:\ 11c1.. 1ę sp:1ro " . . . Il··' j '. ··I·.'" lt;·idadnych metod :11!.•()rvl111 wyl;or1.vs1ujw.·y t<1 kry1n111111 sta1n1w1 pudsuw~ l_ ,1 ic11t 1.11,1 t <)){() zost·mico1! 111:;,·widvll':.111i:1 ::1rnk111ry drnµnr1.<:dowcj ł~N;\ (N11ss111<1v i focohson. I .. t _),~ . ~~wkład ' ' I·"' \V lll'IY!)'Jdkll l\'ll() :tll!orvllllll pl 1.yJ~· o, ' ''l't'l'"t'ilo\Vll ''lllS:lllV \V l\'lll jlllll d.ll' ·, ' ·/:• '' -. ' I' 'llll()Slki.' 1 "· „ 1·1'N1\ ··t r1v 1 ny„-- lt: · • • i·11n••1·tvc111\· \,;1):11«.i /. 11:111localk11wiki cncrg11 c!.<\SltT/.(1 -~ . .11s. <1-' I . l;·zicnicniu " · . · . . . · · ""' 'I 'IWI"' 11 odpow1a1 ,1 rn 11'\ c· • < 11.11 :11 ·;:1 lit, i.1' 1.11:ilc1.1L'11w strn 1 dlll) ...•11 I "

;,asa--

równa H
'

\V <1:.:til11v111 1ą1.ypadk11 Ot. '.c'l,·11.11·.111\'.. ie' kai.da c;.ąslt'CJ.ka Rl'-1/\ pu.yj111uJ_·c w p_1_·1.c~trzc.·ni .ą

1.

,11<1k (drugi schemat po prawej stronic nhvności). W pierws1.ym przypadku energia j1~st

„

' · lll',,;ldll'lll'.l','..~l'{)tC/.ll<\. ·

) l11h I

"

„

I

)-------------{

I) lló'(k-11.i- l)+..:" '

'

'

,

(li.I)

1

gdzie picrws1.c lllin 01.11<1c1.a, i.c poszukujemy struktury o najnllliejs1.cj wartości ló'(i. j) dla struktur, w których j jcsl albo sparowane, albo nic, a min po k 01.nacza, :i.e pos1.u, kujemy strnktury o 11aj11rnicjs1.ej energii, w ktlirej j 1wor1,y parę, poprze/'. sprawd1.cnic Wszystkich moi.liwych 1.asad k. 1. kt6rymi j moi.c twor1.yć pai\~- Dopuszc1.alny zakrL:s to , i S k j- --1. ( )1.11;1c1.;1 Io, i,1' minimalna Clll.Tgia swobodna dowolnego f'rag1m~11tu la1\cu1

cha zawsze moi.I'. /'.o.~ta<'< wy rai.ona w poslaci 111inimal11ych energii mniejszych l'rngnk'll· łów. Przed rn1.pocz\:ci1;m r1'kurencji nalc;,i.y zdeliniować warunki poc1..qtkowc. Mo;,i.cmy założyć że /i (i, j) O dla wszystkich par, jci.l'li j -i · LI, gdy i. dla tak kn)tkich sekwencji nic 111ogq 11twor1.yć si\' pary. /\hy algoryt111 d1.ial:il prawidłowo, w przypadku k i musimy niwnil'i. 1,alo:i.vL', i.I' dla ws1..vstkich wartości i 111amv /·.'(i, i I) O. /,alui.cnia les:1 wys1an:1.aj:1n· do ;.ekrcncyjneg<; wyznaczenia mini111u11; energii dla cnlcj sckwc111:ji. Oc1.ywiścil' po1.<1 wy1.11ac1.c11icm wartoś<:i minirnalncj energii swobodnej. 1.alc;i.y flam n\wniL'ż. 11a ustaleniu jaka strukt11rn .ii:.i odpowiada. Sytuacja la jest a11alogic1.11a do 1.11

I'.

I i owol11i:ja HNA

\ I. Wyl1ri1110 zauadnio11ia ewolucji 111010\
:ino

ilU9

przypadku problemu dopasowania sekWL'.ncjL gd1.ie bardziej inleresowalo nas ""!IJd~;n:i.;/;<• wanie ni:i. jego ocena punklowa. Aby móc określi<'.', kl{ircj :;,e slruklur odpowiada niższa energia, konieczne jesl u:i.ycie macierzy wari ości !l(i, .i) wypelnianej do oblic1.e(1 j) . .le:i.eli oply111alny111 jcsl pol<1c1.enie .i 1. konkrclIH\ zasadą h, /l(i, j) jesl przypisywana wartość h . .le;i.cli najkorzystnicjs1.c jcsl pm.ostawienie .i sparowanej, wledy ll(i, j) jest przypisywana wari ość O. Po pr1.eprowadzcniu rekurencyjnych anali:;.a nwcierzy I! pm.woli na określenie odpowiedniej slruktury

,,.(i,

lll'.j c1.ąslcczki Ri'IA.

·1 ·1 :1.5. Podejście bardziej realistyczne l\/.ec1.ywista struktura RNA r<'i:i.ni sk 1.a1.wye1.aj od slruklmy 111aj<1cej najwi<,:kszą licz'. h1; sparowanych 1.asad. W celu u1.yskania kps1.ych pr1.cwidyw
3' !"'I

)

.1 „ li P\'111· s· la .. I -talnic. W ogr'ilności pilramelry ,,,y " 111 . •LI.One'. wyznaczone dla helis (Sa11laLt1(;ia . '(' . '. I ' '·l llllllCj ( okladnc Ili/, para111e1ry . . "I· , I . . 1 u111u, l)<),\), a dmh1I· ' li· . . . 1~lli, J8 )). Metody le s:1 ,';\o 1998) i wiL~dc1iski 11akic1 do ·111·111·1 l'Nlo\s \ pnyl .1.p10,1'.ril111;wh, .1ak 11p. 1111'old ('/.11d,n ' ' .y' I ('111" \111 /'VI ·· 1 11 1 1994). /'.;ile:i.11ości rek11rcncyi'nc \\'\; 1_ „ • ' "' nnu ' i ! 1 1'11,r:e) (I fol'ackcr i in„ ·· I · · - ,rn 1.v~. 1\'WilllL' w l)1clJ · „ „ :1dz1c.1 swmpl1kowanc l>olliC\\''l'' „ ·• · pHi,„1.1111;11· 11 .'i;\ ·1.11;ic1.:1co li·ir· ·:·. , . · ",, lllllS/.{\ one 11w1ol<'dni· : I· 11 . . ' ·_.;lypow pęll1 ora1. wicie inn\'l'h s; „ , . .,.. ' d( '• Y i.a wpr<,wad1.c11ie ni:i.nyl'ii : • • • " • • • „ ' .u.ego 1nyc 11 pr:t.ypadków JVJ' ,.. . . · pozosl.lJ
1

A1U.6. W11ływ termodymunilci mi ewolucję S[ilnnmm:ji FIM/\ Prawidlowl: 1"11nkcjo11owa11ic o.:1sll'c:tl'1· ·I . I I . ,. nic · lcrmodynallliczni, · ·. ·k '· 1·11" 1. rl'i'I \ 1iri.vi"·•·i· 1 p1zcz .1. 1 ·. nc1 .',1c 1 ·„j:l\ 1 \N;\ „ . , cs.111 onlornl'lql. ·, · . " I , 11wy111:n.'.a . . · ·-' ·' 1 UCJI po1rnędzy wieloma Inr 1 . . ' · '"nil wyslt,:pow:ii a l.'lyc /'.illlWa/.iilt1y. r1 I . . . ·; c .111111 ,ow wply11"11·1 „,, ·I I ·1 . .~towe.1 Ri'I;\ jcsl /.Wi<'ks101r1 z·1„11"11·1 „ .I ':, L".' I 11a sl:1 li nm;ć sln1kl11rv drnou en·.,· · ' · · ' " ' o.\c ;ćaSal ( ; 1(' w ,. , I 11 „ , cigi1: S\\'ohod11q heli:; lll'll"IL')'t'li wi , . „ "' · '- lltp !.I' w;:gl\'1111 11:1 11i:is/.;i . I Gi('. . . . '-' . «1,;;;;1. .1Il'/, l\'. jlill' (I(. · '/· „ ,: : 1.1111c111a s1<: /ll'll'/'\l' 11 . - „111dl10„1 pron:lll „ • . ' . ' ,, IHlllll<,'.l 1Z)' l(l/.ll\'1111 :;l'k\\'1'1 ,.'. . . . · . ' ·' "' . lC.J tZ<.'slos1:1 wysl1"11ow·1111"1 1111 1· . 1. .1.11111 I i11p:11111.lll:11111 w:;l"11"I I' · ' ' ' 1 .lljl 11 rn111y ·I · · · · ior nat11ral11).', /.il\Viirloś1: /'IS'l(I (, . (, ·, I I. ·, I o1g;11111.111011." (:dyby 11it• d l.i:tl:il d11 1 I lli'Z" ' . ·''' )\/ il l\i Jii•·I 'I · · : ' .czc1.1,'Sl()ś1·i IHld.sli1wic1i 111il'11·11
„

„_

:

„

,

,

•

"·

".

',

„

W Ogl-llllYlll pr1.ypadku pary (i(' S'\ h;mlzicj slahilne (l'/.11. odpovviada illl hardziej ujclllllil warto:;(: /\G) nii. pary All. jl'dnak lu.cha pa111i1,~lać, i.t· ze wzgl\:du 11a oddzialywania warstwowe. c11ergia helisy 1.alc:i.y od lrnlcjn()ści par 1.asad w SL'k\VL'.ncji. a nic iylko Ol~ ich lio.hy. 1'01.ostak lypy par wyst.,:pujqce w WL'Wn1:tr1.11c_i o.,:ści helis są zazwyczUJ nieslahilnc (li.Il. 1rn1j<1 dodatni<\ warlo~ć ,:\(,' ). Istniej<\ niwnid niekorryslnc wklmly do .~nl'rgii swohodnL'.i 1.wi;11.anc z p1:tlami',zc w1.gh,;d11 n;1 spadek entropii la{1cuch(iw spowodowany ograniczeniem ruchów ko1\coW P\'lli. l•:ncqlie swoliodm: p1,:1li wybranych :;ckwcncji /.\lstaly wy1.11<1o:onc ckspcrymcn·

„

• :

•

:c

•'

,,

\

I

'

.

, ..

Struklura i uwoh1cja 11NI\

:l(Jll

'l:ibda l L L I'oniwna11iL' cz1·sto.~ci wyst\'l'Owania zasad

3!1'1

1m,o


(rrag111e11\y lielialrnl11c)

1J{i'i1\ \11iil11cho11drial 1l(N/\ lhaklcric i i
1.n:tt'l.<\t:o 1Hlllli,:d;r.y ;r,liior:t111i :;ck WL'ltcji dla n'1i.nyclt orga11i;r,1rniw i organelli. Nie zmienia i() jednak l'akl11 prci'ercm:yjm:;•.o występowania /.asad ( 1 i (' We fragmentach sekwencji twnr;r,qcych helisy, licz w1.gh:d11 na rt'1i.ną L'!.\'Stość wystqH1wa11ia 111ulacji obserwowaną dla rfri.nycll gnip. W punkcie 11.1.'..'. 011Hiwilis111y podstawienia lm111pensacyjne wyst\:puj:1cych w helikalnyc:h rr:1g1m:11taclt sek \Vl'lll'ji kod11j:1cycl1 konscrwatywn:1 strukt11r\; drngorzQdową ,· 1.: 1stcu.ck lź!'-li\, jak tRl'li\ i rRN;\. !'odstawienie na jL:dnyn1 z ko1iCliw lailrncha jest Lo111pcnsP1Va1ll.: 111·1.1·1. pod::tawicnic na drngirn ko1\c11. <)1.nan'.a to. i": ()ha krn\cc ewolu11jq w spo:;1\h :;korl'l(l\va11y. /,aprnponmvano kilka 111odeli opisuj:1cych ewolucji; takich par. kh systellt:tt)'L"/,n1: por<'1wlla11ic~ z wykor;r,ystalliern tesl!iw stm:ullkll wiarygodności ocl'11iaj;1cyclt zdolność; lllOdcli do opisu r;r.ec1.ywi.~tych sd:.wcm:ji (por. p. 11.2.1, gdzie opis;1110 test sJ11sunku wi;1rygmlt1ości) ;r,ostal(I wykonane pr1.c1. Savilla, lloylc'a i Higgsa (.~OO I), '/,a jeden 1. najhardziej u:i.ylcc1.nych nHH.leli u1.na110 ogólny odwracalny model /, sil'drnirnna stana1ni. Na :;iedc111 sta1Hiw składa si<; s1.cść par występujqeych w helisach l{N;\ (l\l I, UU, (i('. lJ/\. lJU nra1, CG) m:v. dmlatkowo stan hl\'.dnic sparowanych zasad, IVllVI, n:prc1,c:n1uj;it:y rn1.c:111 wszystkie IO 111ożliwych blędnie sparowanych zasad. Spos"1h npis11 modt:l11 jcsl a11alngic1.11y do 012/)łnego odwracalnego 111odelu ·;.czterema slana111i opisa11q•.o w p. ·ł.1.3. 1. tq ni:i.niq. ;-,c koniecwe jesl ui.ycie 7 parametrów częstości ()rai. ł para111ctnlW ll:1npa podstawie1i . .low i in. 12002) wl:1czyli do pakietu PHASE pn>;•.rn111y lil(lgenctycl.nl' 11w1.gll:dniaj:1cc rnodek parowania 1.asad w RN/\. l'·b rys1u1ku I I.') p1·/.eds1awio110 przykład /.aslosowania lego rnmlelu w analizie da11y.-l1 cksp,·ry1111·11t:tlnvd1. WyLm;r,ysUtno dopasowanie !ł.)'.'i sekwencji rRN/\ malej podj,·dno;:tki r)1hoso11H1. pm:ltod1.:1cych 1. rq1re1.L:ntatywnych gatullk(lW baklerii (lliggs, >()()()). I lla k;ri.dcj 1. par :;d;wc·tH:ji w dopasowa11i11 ohłic1.rnH1 /.awartość sparowanych Jlll'/.y,·ji I'· 11:1 kllirycl1 wvstl;pow;dy rt'ri.nicl'. Pary sekwc11cji pod1.ielono 1ia zbiory od· po1;i;1dajqcc nli,11y111 pr1:.·d1.ialo111 wartości 11 i 1.surnow:u10 ws1.ystkil~ pary sekwencji w k:1i.dv111 punlziale. ,')1:1d 11/y:;ka110 prawdop11dobic1istwo !'ii wyst\>IH1wani:1 pary zasa~~ w jl·d1ll:j sckwc111.'ji w ,c;l;rniL' .i. pr1.v niwnm:;r.es11y111 wys1;1piL'11iu w drugiej sckwcnc,1t IV sl;111i1.· i .i•tkil r1111kcj1: I'· I J;1.k Io li' Slllllic „1.l) n'>i.nycłt 1.hioniw p;ir. l'u11kty opi~uj<\~~ ,:lellll'lilV 11:1 )'l1'1wnc·j p1·1ckqt11L>j 111aciL·r1.y. /'i;, poka1.:t1H11w rys. ł 1.5. lsl11ieje 11Hd1Wt~SC ll')'/.ll
o

!i; ·f..:!

(i0,0

3.~

o "' ·c1 'C>

ro. o

·0 (~:

ci O.O

\::. .'0,(l

li

( j(' -:-

( ill

l J(j l I;\ )( MIVI o i\I J ,;;,, ('(i fr

o.o

JO.O

~ '. () '()

.\0,0

cJ(),()

Rys. 11.5. l'rawdopod11hic1islwll /';;(/'). wys11:powa11ia w jednej sekwencji pary 1.asad w sianie i. przy równoc;.csnyrn jt•.i wyst:\picniu w drugiej sekwencji w również w sla11ie i, wyra;i.une jako runkcja odsetka

sparowanych JH>1.ycji />. 11a k11\rych pojawiły si1· nii.11icc w dopasowaniu obu "'klV«llcji. l'unkty ckspcry· 111e111al11e odpowiadaj;\ dui«mu 1.hiorowi 1VNi\ n1alej podjednostki rylH1son111 gc1H'llv bak1eryj11yc11 (por. lliggs. 2000). Krzywe sq najlepiej dopasowa11yrni modelu z siL:d111ill111a s1ana111i

1.:dcł,11ościami

11zyska11ymi dla O~J/)lncgo odwracalnego

kwadrat<'>w dla ws1.ystkich 49 krzywych ornz danych eksperymentalnych. Dopasowuj<\C wszystkie parallletry r1· naturalny dzi;tla przeciwko Jakim z111ianom i redukuje czi;stośl' ich utrwalania w populacji. Wynik:t stąd, ;-,e 11111towalnośc' pary (Il I jest dni.a, gdyi. 1.ast:111icnie pary Gl J jest krn7.ysln<\ przystosowawo.o 111utacj:1 i utrwalenie si\' takiej 1.rniany jest hanl;r.o prawdopodoh11e. W pr1.cdstawirn1t:j dyskusji naki.y wzi:\Ć pod uwagę, i.e oniawiane pary 1.asad obecne w slruktuuc e;r,;1stcc;r.ki l~N/\ nic· sq 1.wi,11.anc z parami wysl\~llltj:1cyrni w I >N/\ genu, z którego sq trallsk ryliowanc. (i i (' t wm1.qce parę w c;r.:1stccn:c RN/\ to dwie mln,:hnc po„

11. Wybrano zagadnienia ewolucji molol\ularrn:j i analizy

3!J2

.Dopasowywanio modnli ·uwolucyj11ycl 1 do danych ol\sporymenlalnycl 1

'fahda 11.2. Porównanie o. 1:stości wyst1:powania oraz n111tmval11ości n'1i.11ych llloi.liwych par

l.asad ilustruj:icc wplyw 1cn11odynan1iki na cwolucj>; sekwencji. l'odanc wartości odnoszą sii: do bakteryjnego r!{N/\ (zbiór rRN/\-1, l liggs, 2000)

I>ara

za~ad

Cz1:stość występowania

(%•)

.M.ul.owal1H>ŚĆ:

Stabilnuś6

termodynamiczna - ---

-- '

--------~

11.2.1. Wybór modelu - ilu parnmetrów rw1:zywiśr.ie poin:eimjemy?

I .lu i.a

CIC

:15,2

0,55

('(j

2
0,(J(J

llui.a

Al I

12,2

l,·IO

~~n~dnia

l /J\

17.3

O,lJJ

Średnia

(il/

2,0

'.\,'!'.'.

Mala

l/( i

2.1

·I ,.Hi

Mal a

l;I

7,}l•I

Niestahil11a

MM

--------~~

·i i .2. []011(]lsm111ywcmie modeli mnmh1cv]uwch do danych eicspen·ymenłaluwch

zycjc w genie -- w c1.ąstec1.cc l >NA obie maj:\ ko1nplc111c11tarnc ('i G w drugiej 1:ici DNA. 'vV DNA nic wyst<;pują pary twor1.011c pr1.l'/. (ilJ ani pr;r.c1. mnc 111eparui;1ee SI\: zasady. Ornówiliśmy jui. 111utacjc kornpc11sacyj1H.: wysll,:puj:\el' na pozycjach mllcglych w sekwencji DN/\ genu, ale obcjmujqce sparowane 1.asady w slrukl11r1.c RNA. 01.11acza to, 'l.c podsl<;wicnia na r<'ii.nych po1.ycjach w genie sąskorelowam:. S_twienV.cni~ ~o ma pow:'.i.nc konsekwencje dla łilogcnctyki n1olckularnc.1. l'r1.y lwor1.clllll WH,:ks1.osc1 algorylmow wykorzystuj;1c)1cl1 programowanie dyna!llic1.m· do rnolckularnej analizy lilogcnclyc~:­ ncj zaloi.ono, i.c ewolucja 1.acl1od1.i nic1.aló.nic na ws1.ystk1ch po1.yc.1ad1 w _sckwcnCJI. w· metodzie najwi\'.ks1.cj wiarygodności calkovvita wiarygodnoś(' jl'.St su111q wiarygodności pw.ycji . .Jednak w przypadku sekwencji RN/\ p01.ycjc sekwencji ni.c są niezależne. z tego powodu opracowaliśmy metody wykor1.ys111j<1cc m<:delc .cwoluc.11 skorL;Iow.anych poi.yc.ii \V sekwencji, jak opisany w tym ro1.d1.ialc 1nodd1. s1cd111toma sta11anu. Zam;::t_lbując wyst\'.pująq korclacj\c'. pw.ycji w sc.k wcncji, ohlict.a111L' w1.ględnyd_1 w1aryg'.i~l11osc1 dla r
W punkcie 4.1.3 omówiliśn1y kilka lllodcli podstawi<'tl 1111klcotyd«l\v w sekwencjach J)NJ\. poczynaj;1c od najprostszego, l1.1i. modl'111 .l11kcsa„ ('an tora. w kt1i1"y111 ws1.ystkic częstości podstawil'.tl 11uklcotydowycl1 były sohi<'. ri'iw11c. a kotlC1.ą1· 11a 1wjhanl1.icj og 1\lnyn1. odwracalnym 111odelu, kt<'>ry 1nial ci.tery paralllL:try okrcślaj:1cc c1.,:st1>ŚĆ wyst\'.l)(l· wania 1.asad orni. S/.l'ŚĆ par;1111ctr(>w kot1troluj;1cych tc111po podstawict'1. Wartości tych paratllctn\w rnog:\ si\: r(>i.nić w zalci.nuści od anali1.ow:111ych sckwcneji i dl:1tcgo nic 111:1 sensu pr1.ypisywanic i111 stalych wartości i stusowanic iclt ,iako p:11"a11wtr(iw standardu wycli. /,a1.wyc1.aj kai.dora1.owo ustala si\: wartoś<.·i para111ctn'>w najlcpi<.-j opis11j:1cc :111aIizowany 1.cstaw danych. \V rni'.d1.ialc K otn1'>wiliś1ny metod,: 11ajwi\'ks1.cj wiarygodności stosowa11;1 do J.:onstruowania drzew filogc11ctyL'l.ll.YCh. /.11aj:1c topologi\' dr1.cwa dl:1 ZL"· stawu gat1111k\iW, tnoi.cllly wykorzystać metod,: Ml, w celu opty111aliza<.'.ji długości gal,:1.i drzewa oraz para!lletrt'>w 1nodclt1. ki.cli nie zna1ny topologii dr!.L'Wa, 111oi.c111v wykori'.\' stać prograllly opty1nali1.uj:\cl' n\wnoc1.cś11ie lupol1>gi\'. dlugości 1'.:tl,:1.i dr1.c~v:1 «lr:i1. p;1 ramctry 111odel11. \V dowol11y1n 1x1.ypadk11 wy11ikie111 d1.iala11ia prngrn11111 h,'ll1ic /,1:sta1.1· paramctr(iw motld11. dla którego wiarygodność dr1.cwa nvoluuj:1cych sckwc11cji jest 11:1jwyższa. Zazwyczaj najbardziej wiarygodm'. wartości C/',<,:stości wyst1,'powa11ia 1.as:1d li\:ii: 1 bardzo bliskie Śr<.:dllilll cz\'.Stościolll wysti;powania zasad w 1Jlior1.c sekwencji. Wartoś1:i parametniw opisujących tempo podstawic11 (.j;1k u' i /! w 111odclach K21' i I i I( Y) nic S<\ już. tak oczywiste be1. wykollania ohlic1.cti. Wynika st:\d. i.e 1.:1sada ML u111o:i.liwia łatwe dobranie pararnctn\w 1nodclu, ci:1gle jednak nie wierny. kt(>ry 1. rnoddi nalc:i.v wybrać'' Modele majqcc wi<,'.ccj para111ctn\w mogq i.ostać kpiej .dopasmva11c do .d:111)1ch ni:i. modele o mniejsi.ej liczbie parametrów, ale czy to sprawia. i.c :;; 1 one kps1.c? Ilu pa· ramctniw 11ee1'.ywiścic pot11ehujllly'I Jest Io ogż.111y. i.c 111<1111y 1.cstaw p1111ktl,1\\' pomiarowych, kt<'ll'c u111ics1,czallly 11a wykresie. ['.Ja:;1.y111 pil'.rws1.y111 pr1.yl>liż.c·1lli:lll jcsl dopasowa11ie do pu11kt1'>w linii prostej opis:11ll:j niw11a11icm ,. - u I /u. R(1w11a11ic to. 11 1a tylko dwa parametry i moi.iw .ie 111.yskać, slosuj:1c l'l').'.l'('Sj\' linioW<\. ( Jhscrw11jc1nv. :i.t' najlepiej dopasowana prosta 11 ie pr1.cchod!.i dok lad n ie p11c1, w:;/.yst kic p1111 k ty. i p;llkj rzcw:11ny, i,c dane moi.11a opisać krzyw<\. a ni<.' prnsli\. I lodajcmy wi,·c kolcj11y par;11nctr do tnodclu, 111.yskujqc r1111kcj1: .\' +/n· ·I <'.\ ' i tyn1 r;1/.l'lll do d;1nycli dop:lSOll'lljL'lllY parabol\'.< >ka1.ujc si<," i.l' to dopasowani<.: wygl:1da o wi1·le kpicj i \\'in1.Vlll\i. i.1.· \\'l:1:::11i" la funkcja. a nic linia prosta. opisuje pr:1wd1.iw;11.:tll'i.11o:;ć. kd1.1:ik l.rzy11 ;1.11i1· l>l'l()(1:1.i•ll' 1.livt duż" paratlll:tr(>w. dopa,~owujc1uy znlcżno.<ć do szu111«iw. tr;1,·:1<.' niw110\'1.c::11ic 1.wi:\i.1·k 1. r:-.1· czywist:1 i'.aki.11ości;1 w_yst\'llll.f.;\c':\ w da11_\/cl1. !
(/

I I Wylml!lu zari:1ch1ie11ia owol11cji nHilol
Dopasowywaniu 111mloli owol11cyj11ycl1

. . . . I· · , , wyhuu.c 111rnklt1 hlllll'I<' te:;\ :;l;1ty:;lyl'J.11y p11.yl .i111) '' . . .. , test . . slosunku , „ I' . . . . . I . I ·I· ll)isu1·1cc 1.h1or danych. p1osts1.y lllOlc.I ' " '/,alói.lllV, '/,C lll:llllV ( w.I 111()( l l ( . . ' . ') ' ' . '" " ' ll<> .• L"' I ·11·: . „ ·tr;'iw) orni. banl·1.ic:j skornpl1kowa11y model „ (1„1w1e1.tHcy \"llTIJ'\"Y ,1 ,.i p.1 1.i 1m · · rndh1 g 1 '1"··1 •;1osu11k11 wimy1>,ml11u.~ci rnoi.11:1 stosowac w pr1.y ' '.' ~( y 11;1ra111L11 Ol\ · '·" · · . szcze<><'iln)'lll pr1.ypadk1c111 . · „· I„ · 1· vowc1.as. i'.<·1V 111m1c·I 1 .·ll'St „ · · " e· . , :.:\ / ..t). '.111\ /.( ;.one. /.IL ' . · · , „, .1 zdl\Vll'lnie luli wy1.ermva111e wartosci 11 1 1 1 )., 'lll" otrzv111:IL' llH>l L I "' · · • . 111 l I 11 l'r1.v' iemy wnioskować o leps1.ym op1sywanm da. 1110 .: . 1 1 lh>s1·1ttT/llll' < u,.y, llll · . •.. wiarvi:iH "d" stosunek wiary•gm1nosc1 .1est . ,. "' ·I ·I"'.') 11 .'.'/ ' )("/L"/· llllll 1l' 1· 1. 1',(.l\"llllC'/t's'ii·iL' ., . " • t.• J • 11ych pll.t 1. 111< H L ·· 1. · I · . H kl ) it· jest ;.nau.:ico leps1.y 1 model I 111e ," 11 1 tvlkn 11i1·111:1c1.111c w1":ksl.'.'
' "„.:. •)

„

d;

,.„,

„

2 111 (. /.'. )

::c .'.(

.

111 I •.:

( 11.2)

I. I

. . . llH)( 1(·I 1 .Il" ,„ 1 p' 1„ 11.,,,d·;iw" . ' ,, oci.ckiwany rozkład ojest rozklai' 1I· ' .' I. 1' 11·1l'11 IVI ll/.ll:t 1H ,a1..1c · · ·. ·· · · · · . „. . . li.czhie wolnvch paramc:tr(lW modeli. 11 ' 1· „ I· "l ii .-wolirnlv niw11;11111.111cy \ · J , tłl-111 X !. Il/.. l.\ "llPI ·1 „ ",. ' ' dh„ l'/l'l'/V\\'IS . . ·[ ·11 li'lll\IL'll i 110n»w11al' i
odu~lll:il" 11101k·I

I. . „ l·it ,, 11 lllil·ic;vt:" hc.·z. ·; „ wiarvuodności 110 P.01.w:ri.111v prosty p11.yp.il Ic•I'· (lh' I' torc1•0 " 11H11.na • . \ „ . . ,I· , ",DNA o cal· • . ··. "· . • • „ /"I '1i111y i.c 111:11ny po1cdynu„.\ ~.c 'Wl.llC.Jt; · · k11111n"1.11osc1 111.yl i.i Lrn.qiutl Id . ..t < . . ·, ., . I". ·; 1·1c1.n1m liczbę zasad poszczc· 0 1 · · " I 1hi N Nr /\1· rn.11 v(, · ' :\· \,uwitt:j dlugo:;c1 /v. )!.l 1.ic .1' ' .· .. ·I .'. „ . Iz· oiivch inmldi, których para~• . '/·I .„ 1 · • l'llllV SCl'I\'. l11.t.'.l 1 1..1g111c 1.L . J !•ul11ych 1yp11w. „1 o1.111;. /.l. 11, . . I [\]/ I I I '/'1l·t·1ch wystęt)ll\V~llllC ,„ · · · · . „ ·. '/lL>rl'Ch z:1sac. O( c " '' ' · 111c1r:i111i 11,'CI:\ c1."·s1t1sc1 wyc.lt;\Hl\\·.• t11.1.1. L. 11„i ·l .0!2aryt111 wiarygodności wygcncro„ w:;1.v:;1\..il'l1 l'/.ll'l'l'l'il /.a:·:ad /. \(}\\-11.\ (/.t,SIOSl 1.1 ' •' . ·. It)~;{l\\'l,_j . " ~1l ·I \ \\'('\ll'_I··, \"1·dlii" \lllHkl11 \ll \V;l!ll:l . , , .. ll'.l'll ·,_, „

•

.

'„:

li I f,

I

( t 1.3)

Nl11C)·

. ·. . „ 11 ie optY· n I :lu ·c·'I row11:1 /,I O. p11111Lw.11. 1·\ "1 ... · , '/ :slO''ci wystt,'l)()\Vallia /I 11 10 1n:di111jc111v i.:id11c')'.ll 1. p:ir:1111<'truw. Model .'. :·'.1' :it a " · .' '.'. "", · '.. 1 11 c · · \ "·I " li -,\\ Wl'H .. ) ( (I J.4) li I f, • ii\I\ I Nr)l111r., I (J\11 I N1;)li 111 <" i .i1:/.h;1 ""li1ycii p;1ra1111·\n111· \\' 1y111 111 i\.

„" .

clo

da11ycl1 ul1spe1y111nntal11ycl1

395

Wartości o.c,:stości maksyrnalizuj<\Ce n'lwll. ( 11.·-I) Io nA ""'c (N,,+ Nr)/2N oraz. JT(' =c (Ne+ No) /2N. J\ilożna lego dowieśc;. stos11jqc mel odę opisaną w zadaniu I 0.2 z popr'!.edniego rozd;ialu. Maksy111alna wartość logarytmu wiarygodności dla modelu 2 jest równa

In /,/

(N1,+Ni)ln (

NA

+ Nr ..)

lN

I (N('+N<;lln

+ Nu ) . ---2.N-

(Ne

(I 1.5)

Mimo :i.c w modelu wysli;puji\ dwie czt,'slości, są one powi
irc

In/, 1

N 11 In

Jr 1,

I Nr In n"r I Nl' In

H1·

I N(; In n1;.

(I I .<1)

Optylllalne wartości C!.\'Stości S<\ rów1w ohsc'rwowany111 c1.,·stościo111 (n„1 itd.), sl:\d niaksyrnalna wartość logaryl111u wiarygodności jest n)w1rn Jn/, 1

N, 1 1n('~') I N1 1n(~1 ) I N1 ·ln(~') I Nc;ln(~').

( 11.7)

wysl\:puj:\ c1.lery c/.<,.~stości. ak sq one powiq1.anc 1.e sob:\ w taki sposl)h, :i.e ich su1uajesl równa I. dlall'go lic'l.ba parrnnelniw 10 k1 3. Po zdcli11iowa11iu 111odl'!i ro1.wai.111y konkrctnq sekwencj<,.· o nasl<,.·pujqcych p:1n1111e· 1 1rach: N "'' I OOO. N,, : „JO, Nr 220. Nl' 275 oraz. N<; ""'' 2(15. Lic1.hy wyslqpie1i poszczcgt'>lnych 1.asad nie S<\ sobie n»wnc', ale rnoż.e to hyć wynikiem prz.ypadku. Na„ wet jeżeli \vygenerujerny sc:kweucj\: przy ui.yciu c1.\~stości wys1,~powa11ia zasad niwncj 1/4 (motk:I I), nie 11z.yskamy dokladnie po 250 ka:i.dcj z zasad. Wykorrystarny tern;. tcsl stosunku wiarygodności, aby sprnwd1.ić c1.y model 2 znac1.qco lepiej opisuje dane wslosunku do modelu I. Z n\wnania (I I ..'\) lu L 1 l :lH = uin, ()lJ I. Slitd 1'i 6, 407. Nalc:i.y pami\~tać. i.e wiarygodność knżdcgo konkrct1ll~go 1.cs1:1w11 danych jcsl '/.aws'/.c znacz<\Co mniejsza od jedności. więc logarytm wiarygodności 11w 1.awsze warlość ujemną Model 2 ma wyraźnil: wi~·ks1.ą wimygodno.~ć niż model I. ponieważ 111 /,;,jest dni.o 11rniej ujemne ni i, In L 1. Udyhy 1nndcl I poprawnie opisywał an:tliwwane dane, rOJ.kład prawdopodobie1lstwa /'(ii) byłby ro1.kladl:rn x·~ o lici.hic slopni swobody k1c:a = (, ·-k 1 ,. .~ I. Ro1.klad k' znslal zdcliniow;my w doda1k11 matc111alyc1.nym (podrOJ.dz„ M. I 2). Na rysunku 11.(i(a) ci:tglą lini<\ ornac1.ono rOJ.klad x·!, a rz.el'l.ywis1<1 warlo(ić <'i liniq pr1.crywa11ą R1.ec1.ywisla warlość wyst1'JH1jc daleko w ogonie ro1.kladu. Prawdopodobie1lslwo u1.yska11ia wyniku wi1:ks1.cgo lub n\w11qw (tj. warlości /'w teście stalystyc1.ny111) jest w pr1.yhłi:i.cniu równe I',!,,_ Stwl wartośl' ,) jesl wyra:i.11ic wi1:ksza ni i. wynikałoby 10 /. p1-1.ypadk11. W porównani11 1. 1111Hk:lem I. model .2 jest wyra/.nic lepiej dopa:;owany do danych i na tej podstawie moi.e111y odr1.11cić hipotc/.\' wystc,:powania 1.asad 1. niwny111i u.ęslościa111i. Istnieje pewien aspekt IL'slu stosunku wiarygodności. klc\ry m11simy onHiwic' w tym miejscu. Ściśk 1111\wiąc, :;pod'l.icwany ro;.klad ,) jest ro'l.klaclcm x·' pod warunkic111. i.l' Ndąi.y do nil~skrnic1.011ości. Dla sL01il.'Zo11ych warlo.~ci N nd,.lad jest 11iez11nc1.nic n\ż .. ny i rno:i.e lo miel' 1.1iac1.c11ic w ocL:nic wyniku testu w pr1.ypadk11 1nalyl'i1 wartości N. lc~.cli nhawia111y si\;, i.c 11as1. 1ir1.yklad odbiega od idcal11ego. ist11iejl' 1noi.liwość pr!.L" : J1rowad1.e11ia doklad11ego 11:st11 slatyslyct.nego, hc1. ui.ycia rozkładu X:~. dla sko1\c1.onych

t I. Wyhrnne zauadnienia ewolucji 1110\0\\ularnoj i analizy filO\J

39li (a)

1.•I 1.2

I.O r:O~

n:

O.X 0.(l

0.4 0.2

1

o (h)

}

,, \'

IO

o.:; 0„1

<0

w)ihoru modeli ewolucyjnych w spos1\h a1ialo•~icz11v do 11rz"11adk11 J1<>l"tZ'ttil'"< • , t:. •. J \t ,( ,,...., > 1 10\VV·;i,cj. Przykla'.ly _1al~1ch badan moi.na /.Ila leźć w pracach Wlie1; 111 a i (ioldmana (I l)()l)) or;1„_ Whcłana, Lio 1 (H~ldrnana (2001 ). l'r/.y ui.yciu dw11·11ajnl.11ości. Sprowadza :;i1,· to dt, wyboru lak1c.1 sk;il1_L:1.asu. ahy jcdnoslcc czasu odpowi;1dalo śn:dniu jedno pudslawil·iiic na kazd~~.I po/.ycp. lak uzyskana .~rednia wartnś1' lc111p:1 podst;1wic1\ jcsl stusowa 11 ;1 \l't' wszystkich lll:ldL:la~:l1. W 111odclu .I(' wys11,·pujcjcdc11p:1rn111clr1cn1pa podslawicli. jcdn:ik ograntc/.ellll' srcdrncgo (('11.1pa 01.1iaG.a, :i.e dla kgo 111odl'lu k o. VI/ przypadku 1;mdclti K2P występu,1<1 dw;1 wsk;m11k1 kmpa Pla 111 odi'lti I IJ< y wy slcpup1 dwa wskaz111ki lc111pa p

Q,

(!.:'

O.I IO

()

Rys. l l.<1. Rozkbdy /'(tl) dla

test(>1v slosuuku

wiarygoduości opisauych w I'·

11.'.1.

wari ości N. w powyi.s/.y111 przyklad/.ie poo.qtkow<\ hipolczq była poprawność modelu I. SU\d moi.emy wygenerować wiele sek wcncji u dlugo:;ci N "'~ IOOO poprzez losowy wyh(lr /.a;;ad z 1:6wrn\ o.\'.Stością Dla kai.dl'.j /.losowych sekwc.ncji ohlic/.ymy 8. Rozkład f' (<)) u/.yskany w ten spns<)b pokazano w postaci histogramu na rys._ 1 1.wn. ( 11.7) ora/. 8 '.2(1n /.i „.„ ln L2) 1.055. Liei'.hS/.cgo dopas(;wa~w.1 do danych nii. model 2 i 11ic nmi.crny odrwci( modelu 2. Na rys1111k11 I L6(h) row111,cz pokazano histogram olr/.y111any dla dokładnej 111clody slosmv;111e.1 dla skonczo1~y~h w,u: Iości N. J\hv 1~0 oln'.y1nać. /.auwai.ainy ·i.L'. p;1rn1nL'lry wy/.naC/.Olll' 111c1rnl:1 naJWl\'.ks:.cJ . :. :· l li a lllOL . Ie Ili ·1c. lllvć zestaw losowych sekwencji u lych c/.\'.SlośL·iaclt wysl<;powania /.asad i obliczyc • . • ··i · I . I I ' Tli· J'lk ,) dla kai.dc.j z sekwencji lll'/.C/. dopasowa1llt'. 1.:m'l\v110 111odclu .c,J:l·~ 1 mrn c u .l. ' ' · ' . · I · "·t I 1· „ • lll.tS'l\.\1·111'1 ruzklad w poprzednim przykladi'.IL', otr/.y111a11y 11:;lograrn .JLS ' o li 1.c < · .1 , .1 Jll'Zl'Z • • • • 7 · · · • · I · · I "'1c·z11 · \\'11'1•J"I· · 1 Tt·sl slosunkll -i 1ia 1'c1~0 11ods1aw1L' moz11:1 wyc1<1g11:1c .JC< y111L' an,1 o". . c · • ", . -· ·. X · „ · · · ·1 w celu wiarygodi1ości 1rnri.1ia wykmi'.yslyw;1ć w n1okkularne.1 a11al11.H' 11 ogc1ll'lyci'.nCJ ·

=

11.2.2. Parnmetryzaf;ja modeli 1mclstawim1 amino!nnmsowvr.h

Dopasowywa11in llHltluli 1:wol11cyj11ych tln ila11ych uk:;pery111u11lal11ycl1

39!1

Jnlii;ik pru;•.rlawic1i niesy1Hllli111ic1.11ych. Wielkości te sq uog(llnicniem u:i.ywanych 1.wykle c1dleglo„ jt·d11:1k 111:H:.1:1n· 1H1.hi,_··i1Hi.':'·i. St\\'icnl1.ili oni. :i.c podohil'llstwo krnlonmv wyirnc'.iianych ścicwol11cyj11ych. kt(lrc są 1.wyc1.aj11ic uśrednionymi liczha1ni podstawic1\ w pr:t.elic/.eniu a111i11l)I. w:1:;tiw 11u wi\'ks1.y wplyw 11a prnl.~t:iwicnia w blisko spoLrewiuonych hialk'.tc'.11 na po1.yc_k w SL:kwcncji. 11i,:1.;ilc:i.11ic od lego c1.y mutacje są synonimiczne, c1.y łl':i. nie 11a11i111i:1st w pr!.)'padku h:1rd1.i,·j rnlkglycli rdacji doiiiinii_p1cy ciekł stanowi J~ml_nbi:n: , (słosowanajcst r(iwnie:i. 11olacja I<.1· dla d,1· ora1. !<: 1\ dla dN ). D1.i~~ki d1.ialani11 dohorn sta"I wo \\ l:is,· iww;c i c Iw rn i,·1.11 ycli a111 i nok w:ist iw. Podobny t' ll'k_t rnoglo wy_wol~ic_ rownic 7. hili1.ujw:q!,u na sek we11cj\: a1 ni nok wasoW<\ dla wii;ks1.ości gcn 1.:1krcsu (>dkglośei. wydaje :;i,,: być ro1.s;1dnL' wykorzystaim: w_ tym celu du.z?go Jedna z najprostszych 1netnd wy1,11ac1.c11ia ds i i/N dla pary dopasowywanych se1.hi"rn sc·kw,'1H·ji o rfri.11ych odh-glościach L'Wolucyjnych. W /.asadzic .wst ,10 mozliwe kwcncji '/.ostal:1 npral'pi)'lll.I· 1··l/.
°

L

••

"

'

•

•

•

'"

·

•

'ro -

•

(I

~()()

11. Wybrano zanacJ11im1ia ewolucji molel<11larnej i analizy Hl9g~ 1

401

11 iesy 11011 irnici.nunu do/\ lub G). Pm.ycje takie lllltsz:\ być liczone jako c1.ęściowo nimiC1.nc i cz,~ściowo niesyno11i111ic1.11ie. Równic:i. w pr1.ypadku kiedy kodon róż.ni wi.;cej ni:i.jednej pm'.ycji, ist11ieje wicie allernatywnych mutacji jednego kodonu w Własność ta 111 usi być brana pod uwag<,~ podczas wy1.11acza11ia rM.11ic pumic,•dzy sckwcn. cjami. Kolejną komplikacj;\ jest 11icuw1.gl,~d11ianic pr1.c1. tnl'lod\~ rM.11ic w · tran1.ycji i lranswcrsji. Ze w1.ględu na opisane powy:i.cj prnhle111y z metodą wyz1iaczania liczby syno 11 irnicznych i nicsy11unimicz11ych Yang i Niclsc11 (I <)98) i.budowali model cwolu. cyj 11 y wykor1.ysłllj;\cy kodony, w kt<'iry111 lc111pa podslawic1\ niesynonimicznych były 11111o:i.011l' przc1. czynnik 10. 1'011icwa:i. w stalo się para111elrc111 modelu, wic,~c mo:i.na wy. korzystać 111 ctodę ML do okrcśle11ia optymalnych wartości uJ zapev.miających najlepsze dop:;sowa11ic do danych oraz uw1.gl(,~d11icnia i1111ych para111l'ln'1w, jak lc111po tranzycji i transwcrsji oraz n'1:i.11ic w u.ęstościach wyst\·1mwa11ia zasad. kd11yn1 1. powod<1w wykor1.vs1ywm1ia modeli takich, jak lc11 jest idc11tylikowa11ic gc1u\w. które wydaj:\ się być pod wjiiywe111 d1.ialania pm.ytywnej selekcji kiL~runkowej. foj wyst~·powanic oznaczałoby \vy 11111 s 1.onc pr1.cz hm ice w ość adaptaej i n'Jżll icowan ie si,, sek wc11cj i. W rzeczywistości hard1.o trudno 1.11alcl.ć takiL: geny. Nawet podana wcześniej wartość w 0,838 jest ci:\glc nrniej:; 1.a od jedności. en s11gcrujl' wysl(,'powanic sl'kkcji stahili1.ująccj. Problem wynika C1.<;ściowo 1. uśrcdnia11ia lio-.liy podstmvic1\ sy11oni111icz11ych i niL"~y11011imicznych <11«1 cakj sekwencji. k:i.di wyst:ipila 1.111ia11a adapl:1cj11:1, 111o:i.c u11:1 dotyC1.yć jedynie kilku pm.ycji w sckwrncji hialka. podo.as gdy na pm.oslak pwycjc d1.ialalhy selccja stahili1.uj:1ca. Niedawne badania 1. wykor1.yst:mic111 1nrnkli cwol11cy.111yL·h o rozkladzie. wartości- w dl; 1 n'li.nych pm.ycji w sekWc'.ncji pozwoliły 11:1 1.identylikowanic niewielkiej liC1.hy pozycji o 111 > I, podczas gdy wi,·ksmść pozycji lll:l u> - I. Kilka przykładów takich ge11<'iw podali Yang i in. ('.!.000). Jako oi~ól11y wniosek dotyo.:1cy dopasowywania modeli do da11ych nalc:i.y zauwai.yć ros 11 ąc~1 slopie1\ ko111plikacji oraz 1.hli:i.a11ic si,· do hanl1.icj rt'.:tillL'go opisu zjawisk. l;oci:p~a to. ;.a soli:\ rns11:\c:1 liczh,~ parnmctn\w 111udd11 i nieunikniony wnosi zloż.ono­ ści ol;liC1.c1i. Jak diw~<' 1.n1iany te s:\ wprnwatł1.:111c ;.godnie 1. ohmvi:vującymi regularni, 111 oi.ciny liy<'.· pcw 11 i,L:i.c dodal-kowc para111etry s:\ uzasadnione ora1. i.L'. pozwalają 111mlc~ lowi prawidluwo ml1.wicrciedlać prawdziwe ·1.alc:i.1wści w dallyclt. IVkloda ML s::~nowt dobry spuslih os1.acmvywa11ia wartości p:1ra1l1L'ln\w, kt«m· 111o:i.na ~;losuwac w n.izny~h sytuacjach. l'uniwn:mic ZL'Slaw<\w par:1111ctni\\' 111.yskanych dla n'li.llych :-><·kwt:11c,111:1ozc lla111 dostarC1.yć istotnych inl'ormacji o ty111, jak 111t1lacj<· i dohi'ir 11atur;i111y wplywaią na cwolucj\' sckwcllcji.

W tylll podro1.d1.ialc 011iawiallly przyklady wspl1lcz1:s11yclt osi:ig11i\'C 1. 1.akrcs11 111old~u; I:1r1wj a1rnli1.y lilogctlL'lYL'l.mj. il11~;lrujqcL' ;:akrcs pyla1i. 11a ktlirc 111tlż11n udp(.1w1cdz 1.~~ 1.:1 jHll!Hll':\ llll'lOd lilugc11L'l)'L'l.nych, ()J'a/. wska!.UJ:\L.'l' prnhk111y (JC/.t>ku1:\L'l' 11,1 10/.\\I<\

1

zanic. Najbard1.iej podslawowy111 1.aslosowallic111 1l1olck11lantej a11:ili1.y filLlgciwtyCJ.ncj jest lwnstrukcja drzewa dla 1.adancgo 1.bioni gatunków. W wil'iu pr1.ypadkaclt klasy Jjkac.iC.: gatunków przeprowadzono 1ia podstawie dowodl1w 111orl'ologic1.nyclt. <'zas: 1111 i 'badania molekularne polwicnl1.aj;1 ustale11ia poC1.y11io11c na podstmvic Cl'Ch 111orl'ologio..•. llYch, jednak 1.ad1.iwiaj:1co Cl.\~sto pojawiaj;\ si\' spmy typ11 „dowody 111olckiilarnc pri.ci~l 'ciwlw cechom 111orfologic1.11y111". \V przypadku s1.noko ro1.pows1.ccl111ionych i lalwo ·~) i polwicrd1.t11w dla pcl11ego 1.hioru sekwellcji RN!\ pul'i1od1.qL·yd1 1. gc1ltlllll,J\I' 1nilocl10ndriali1ycil ( 1111 dclot i in„ 2003 ). Dr1.ewo z powy:i.s1.ych bad:ui pr1.edstawirn10 11:1 rys. I 1.7. ł'uwyi.s1.e wyniki s:i ze soh Urupa I: :\fi·o1/icri11. 1.awinaj:1c:1 tr:\IHl\\il'<' (slot\). svn.·11v (diu!!llli), !'\1r:i1Li \,!'1J1;1 lek), suplm.,:h11c ( 111n\w11 ik ), ryj ku1;osy (ryj o:: kuczki) ora; 1\ji·1 ;,1·111ii·id, r 11, :11rcl, ). " Clrupa li: s:'.<'::<'11irdi (paJl('L'l'llik, k11iwit'l'. 111rt'iwlrnj:1d).

.102

11. Wylmuw zaoallnionia 1Jwol11cji 111ol1Jl\11larnoj i analizy

zasto::owania ;111alizy filnunnotycrnoj

( irnp;1 111: /'.'1111ffllo111oglin·s, 1.awierająca 11;10.cli1e, latawce (lotok!lty), l\'<'1.11iki (wi,?wiorecwik), )!,ry1.rn1ic, zajt/C/.aki (królik). ( irnp;1 IV: /,1111r11si111/1eri11, 1.awinaj<1ca ( '<:111rtiodll!:tv/11 (par1.ystokopytnc i Wie-. 1, lryhv l. i'iTis.1'< ,if11< ·n•lu ( 11 icp:11·1.ystok< >pyt ill'. ), drnpie:i.11c, luskmvec, nietoperze, nwaclo-'

J

wrnl.owaty)

I Torbacze 111

I Szczerbak i

·i.Cri Il'.

S1wor1.c11ic t;1kicgo podzialti 1.alirnlo sporo ct.asu. ldc11tylikacja grupy !\fi·other/a 1S1a11hop1' i i11., llJ()E) hyla 1.askakuj:1c:1, jako :i.e 1.avvicra ona rt.(,.:dy obejmujące gri1u11ki ni).111· 11H1rl'olllgit·z11it•, 11.11. na pot.t'ir rnaj:1cc. 1.c sob:\ 111alo wsp(llnego, poza ich pr1.yp11s1.u.altiyrn al'rykrn\ski111 pochml1.enic111. W podrm:d1.ialc 3.3 wsporninaliśmy,.ż(l tll'iccja w gc:ni,, !\RC;\ I .it•st dowodem na ist11ic11it: grupy i\.fi·otlll'riu. Na podstawie d(lwodtiw 111t1rl.<1logic1.11yt·li polud11iowoa111eryka1\ska grupa st.czcrbaków hyla uwa?.a11:1 z:1 \\'l'1.cśnit· wvks1.talt:o11q w toku nvolucji. /.e wzgl(,.:du na trudności w ustaleniu 11oloi.1·11i;1 knrt.t'11i;1 dr1.nva lo:i.y:;kowuiw za prnnoc<\ 111ctod lilogc1w1yki molekularnej p!1lni.enil' s1.c1.t·rhak!iW hylo 1.rnie1111l' i ci.asami hyly one 11111iL·s1.c1.ane dosyć glQhoko w rn1.woj11 lo:i.yskmVC!lW ( 'vV:Hldt·ll i in„ It)!)t); ( 'ao i in„ .2000). Obecny obraz (Delsuc i i11„ .1.00.~) wsk;11.uje na :;/.o.crl>aki jako wo.c.śllie wyks1.takon;1 grupę, jednak nie 111oi.11a jed11oz1mc1.llic wsk;1zaL' ct.y (lddt.ielila sit; ona pr1.ed, c1.y po 1\jintlieria, czy 1,·i. jesl t>11;1 i'.l'lljl;\ siostr/.<111<\ do i\.fi·111/wri11. Na rysunku 11.7 s1.c1.erhaki i 1\.fintheria :;;\ )'rlljl:;t1„1a11y111i ll w;1rll1:;ci IH1olstrnp niwncj '.i'.1,'fi. nie moi.na uznać tego wyniku 1.:1 w pcli1i wia1-y')UHl11y. /i1111rd1u111o:~!in·.1· i /,1111msi11illl'ri11 S<\ 1.n\:i.nicowa11y111i 111orl'ologic1.11ie grupami, dla klorvcll d;mt~ sekwcncyj1H.' s:\ dostn>m· od dlu:i.s1.cgo c1.as11. ( irupy te zawierają kilka galunk11olilt·tyc1.11cj. prn1it?wai 111y;;1.y hylyhy odd1.ielrnll' od innych gryt.oni, takich jak wicwi>:ci 111<>dclu podstawic1i (I ,in, W;1ddc11 i Penny, 2002). Nasze 11owc 11ocit'jścit-, wvkm1.Y';tuj;1ce sckwenc.ic l~N/\ 1. gc1H111rn 111itochondrialncgo, wydai•'. się ll)'l' 111nirl'olngicznL>j i ckologic1.11e.i specjalizacji >;:;;1kllw. l'r1.vkl:1dowll tr1.y 11Hm;kic grnpv t:woluowaly 11it·1.alci.llie od :i.yj:1cych na lądzie Iir1.mlki iw: wi,·loryhy ( ( '<'t11rti11d11cn·!t1. ::rup;1 I V). !'ok i (dr:1pic:i.nc. grnpa IV), diugoni~ 1svrc·11v, ?!rt1p:1 I). /.wict"l.\la wy:;pccj:tlir.owam: \V jedzeniu owadów n·)\v11icż trzykrotnie <'Wolt1l>1V
Stekowce

f\,łrówniki

A/i'Ollwri11 l{yjkonosy 'J'i·i1howcl;

Svrcnv \Vil'wlóreczniki

(IUjlajc)

Ii'.aj<;czaki ( iryzo11ic

I .alawce

ki, ;;whudni

Ili

I Owadożerne

IN ie!opcr1.c I ,uskowce

Ssak i drapici.ne

IV

11'1 icpar1.yslolwpyl11c Il,[))

('e101·ti(}(/11/'/y/o l\w,;ah•! !'klWill hh:L1111,v

Rys, I 1.7. l'ilo1•.c11<·1.;i r1.1:ll' rl(N1\ oraz 11(N1\ z'·'""""'!'""' lllilochnmi:il11yd1 1I ludclol i i11„ :'.(l(HJ. W a11ali1ic pol:1c1.u110 dwa lllmkk ewolucji .i•·
\!lilrowa11ycl1 rragllH'll{(,)\\' \\' dn1gorz~·dowc.i strukllll'/,C RN/\ ora/'. drugi dl;1 frng1llCIJ{(,)\\' nicsp;irow1.111vcl;, : ra'.v'.l."prnlohi,·1is111·a. a posl~·riori 111.ysb1w '.'.1<'.lod:1. M< 'IVIC sq 11111ics1.c1.011t· przy pnszc1cgl',J11ycl1 11'\'/.ia,·Ji 1IZL\\d, n1,d-. ptHiaJH',I \\'i!flOSCI OZll;\C/it J()()
404

I t. Wybrano zanadnionia owolucji 111olok11larnnj i analizy Iii

hlii.cj spokrewnione 1,c sloniarni nii. ryjówkami, co lrudno wywnioskować z bezpośr nicg;l pon\wnania obu galunków 2! . . . ( )d dawna wiadomo, i.c wspólne cechy rnorlolog1C1.nc lorbac1.y 1 loi,yskowc zoslaly wyksi.lalconc w wyniku konwergencji · istni~j<1 S/,c':ury lorbacze, wilki 1 haczc itd. Clcrn~raliczna if.olacja /\ustralii była czynn1k1en1, klory zdecydował, że li ewolucyjne tycl1 gatunk(lW rm.dziciiiy sit,: ponad [0() n1iiio1l(lW lat tClllll. [~11\:nie:i, dryf konlyncnti\w m(lgl odegrać pcwnq rol<,: w procesie odd1.1elc111a '~ 111c1.alez11e.1 ewolucji\. ci.lerccli glównycl1 klad(JW ssak1iw loi.yskowych. Na rysunku 11. 7 lorl:aezc 1 (ssaki sk ladaj:1cc jaja) 1.ostaly uwzgi<;dnione jako grupa zcwrn;,tr1.na okrcsiw lui.yskowych wy1narlo pr1.cd kon~L:ln, (:k~c· ,..~li !·'- 1·C{·I".r, (1'i. llliliorniw lal lc1rn1. '1(1 doprnwrnl1.ilo do pr1.cko11m11:i. :t.t' ruzwo.1 izvdow · · · opis.inu · ·· · · 1-·"Ili 11 1c·I \ 11·il<'i'\l'\' "\V lutvtn 2-00H roku opuhld,owano pra1.:~" w 1durc.1 llU\\) · ·• _ d". ryjkl'· ·Idl\. . T .. Io1ll ·-"· Il . () . I'' 1blik, .(. I.1.rn1<1fl' zwany N.lly11f'luwyo11 ud:·.1„1g11·(·11s1.\, ,\. , ' ) hi· · ni · !!,Will · SL'll]!.1· or c Il'P I·1.111 l--~,·lirt ·w· (l'<'llllS .~ · · Rhvnchm.\llll .. ~ ,, I ' l' '·l\l"ll i··unn i f\l I )oooarl ;\ IH'\\I spct:ll'S I'· '· " , ' „ . . ,.,, . „ • . ., . . „ . I /'!oo/O!'\' ,11. 1,1liJi!dllS 1111.'. {~Xceptit11J<1l.hiodiversily of' illt' {Jd1.1111:-~\\'a rvlu1111lt11il~·. ul 1:111/:Jll!;t, Jou111a (~

,'Il; 2J s. I.'<1 I.\.\, ~'IHll> (/ir::I'/'· 1/11111.1.

'

d.'

suków 11as1;1pil w nisi.ach dus11,:p11ych po wymarciu di1101.a11n\w. 1\!1<1kk11larna anali1.a os1.aeować ci.asy specjacji, u ile 1.11am: sq daty wy111arcia gaików rcpre1.cnlowa11ych pr1.e1. jeden z w1,:1.lw s11gcruj;1 1.a1.wyo.aj, i.c rnzw
11.3.2. Ty11:

wielołrnmó~·imwce

1Vpmvyi.s1.cj dyskusji dotyo.qccj ssak\iw 1.;111w:1i.yliś1ny. i.c: (Il n;1 p<>ds1;1wic pon'>1vn;11i cech 111orl'ulogic1.11yclt gal11nki I.ostały 1. g11y,·h typ\lW, j:1k g:1liki (/'orifi:m11s) i 111cd111.y ( ( '11id11ri1111s), lypy zwicP.;\I są skl:1syliko11;111e j:1ku 1.wier1.1·1;1 tlwuboc1.11iL· sy111L'.lryL·1.11c, 11.11. 1najqn· lustrzmi:i :;y1m·1ri•: h11dowv ci:il:1. j·,1:1 rys11nk11 '. 11.8 port'iw11a110 lilugc11c1.1; 1.wicr1.;11 dw11bocz11i1.· .>;y11wlr\T/.11ych 1t11·1.y111:111:1 11;1 pod Slawie pon)w11a11ia cech 111url'ol()giL·1.11ycl1 ora1. lilugL'1w1.1; .1.h11du11 :111:1 11:1 j1<>d:;t;1wil' \\'y11ik1iw n1ol<·k1d;1rncj :111:ili1.y liluge111:lyl'l.1H'j. kiur:\ 1Jl1j1;lu rl\l'li\. i:,111i1'jt" d<>:;_\'L' .';!1111 d1i"l"11:1 na wylinkuwcc i lol'()tro('llllrnWn'. Wi<'>ruusil' ul>c'_j111ują k11',''.ll\\'l'l'. :.-.L1rl1q>11i·· tt_i. 1u:gwiazdy i jci.owcc) i .l!,rupy :;pokrnv11io11c. Wyli1il-.owcl" :::1grup:1111 l
1L Wyhrnrrn zagrnlniunia uwolucji 111olo1<11larnoj i

1j{)[j

ib)

l,;mcc!niki

K n;gowcc

K n;i. ,owcL'

I .a11cctniki

( )slo11in~

( >:-ilnnicc

l 1t'1ist1·111JO\\'l'C Szl\nrlnp11iL'

Szkarl11p11ie

Ra111icnio11<1gi

Mszywinly

1

l'ólsln!IHIWCI.:

Mszywinly

K ielichowatc

l\ryzL:lnice

lł 11rktH.;z11 lktl\Vcc

SiL\\'i<1ki f\lit;l'lHki

P\a;.ii'H:t l
S1.czetni<·c

Kryzelnicl'.

i{urkm·nilkowcc

Wslęinicc

I) icr~~t·i1.'.IJ il't'

Pierścienice

1':11.urnicc

S:tczctnicl' iVli1;czaki Sikwiaki

!'-lic:;!H)ł\:,.:;il.i

Slaw()lttlgi

S'/.czt,;kogi.;bc: Vhotki

Szt "l.t;L 1 )gt;h, ·

Wn>lki I ~rntd10r1.1;sL i

Ilrz11cl1orzt,·ski

l'licic11k

Nicic11ie

l\licZllHlgt1\\TC

Nil'Zll\Oj.1,()\VCC

i{yjLoi~,lowy

Ryjk(lglo\\'Y Pa·.111rnict: Ni1.'S!HH'L'ZHl,i

1 1<1'/.ii'ICL' 1

\·\' ~at;'.i.11 il'e I~ iclid1nwatt·

'znacznego posl\:pu w ly111 zakrcs_ic, wyko'.·1,ys1ując kombinację 1~RN~ makj i dużGj pod-'cdnostki rybosomu, ale nadal wiele pylan pozosta,1c hez odpow1ed1.1. W tym przypadku ! rohkm jest trudni<.;jszy niż przy analizie ssaków, ponieważ istnieje mniejsza liczba od~owiednich ge116w, ktlire można porównywać dla całego typu wieiokomórkowców. fod:iak analizuje si\'. coraz wi1:cej sekwencji i dlatego przyszlość filogenl'lyki molekularnej si\~ oplymislyl'l,nie. Prawdopodoh11ie hc,:dzierny mogli przeanalizować e1.ęści drzew których dowody ntorliilogicznc 11ie hyly wyslarc1.aj:1ce do wiarygodnej konstrnk:X·ii cji fragmrnl t1 du.ewa. Da1owa11ic zd11r1.e11 nadal jednak po1.oslajc prohlcrnern. Dowody · :,zcskatnic111eł1n wskazup1 popw1c111e s11: wspolc1.cs11ych gaunkow na ci.as eksplo1,,11 kam' ;ibryjskiej, kJ(ira 111iala miejsce okolo 530 111ilirnH)w lal temu. Skamienieliny wczesnych · wiclokomtirlmwc
11.:l.3. Ewolucja i<1drnwców

St:\\V()!H)gi

/,ehroplawy

),dJr
l„:1r1.ydel Lt l\\'Cl:

l)arzydelkowcc

liqhki

( i:1hki (.) l{o:Uiny

( irzyhy

< irz~1hy

!(ośliny

lu:. l'ilt>!'.Clll'/.a 1ypt'iw wicloko111tirl,owctiw. Rcprnd11kmvant· /,a '..godq z pracy AdmHlc, i in::, 2(~00, : · I \ , i' 1· v . · 'llC ',,,' f I\'<\ '>7: .j ..1')3 -(L ( opyrn,hl 2000 Nal1I ol' Sci>"lll'l'S. llS:\. la\ Tratlycvjna filogt'llCJ.a 11a podstawie danych 111orlolog1crnych 1 c111b11olo1,1c~n)C\. Ut

'S.

)

l)r01'('('d111,1:s

(h) l•'ilogt:ne/.a n1okk11larn:1 na podstawie· rRNJ\

l'11ornwcc s;1 kokjn;1 1.rrlołog1C1,11yrn hylo powi.\z,'.m, ~.t, rn 1icrściL'Jlic (llfl di.di11w11iccl i stawo11ogow, /, I\loryc ' Il (l I1a pos1. ,·,Hhj'\ •. '-·SCl'lllelllOW·lll) '•" , 1 ·, -'I · · · • · I I I I . I . 1 lll stawonogi· 1 pl;in hudiiw1.'. ( lh,·cnic wi;1do111t1. ·i.1· slw1crdzc111<' Io iy < 'V nc. I< icW'lŻ • · · . ll ·, 11„ 1· : 1 do \\'\'li11kuwc(1w. a pi<:rscicnin: do łololrnchorowl·ow. ·111„1·11ki ji•H11it·d1v 1v11a111i w dw
L

•

-

•

•

,

'·

•

-

„

"..

,

•

•

•

•

.

.

•

„

.

,.

!

Analiza wczcśniL'.js1,ych zmia11 ewolucyjnych prowadzi nas do zajęcia sit,'. innym, waż­ nym 1,agadnic11ie111 badaniami 1.alc:i,11ości pomit;dzy rw uw;1:i.anych za WCZL'..cinic wykształcon<: powinny być u111ics1.czonc na koronie drzewa. a u1nics1.-ci.cnic ich blisko korze11ia hylo wynikielll s/,(t1c1.ncgo IJl"!,yciągania si~'. dlugicł1 galq.i. Do podobnych \\'niosk(iw dos1,łi l'hilippc i 1\drn1llc ( 199~{). kttlr1.y por(iwnali lilogc-nczy 01r1.y111ane 1. 11życie111 rł~N;\ ora:;. sekwencji tuhuli11y i aktyny. Odkryli oni. :i,c drzewa otrzy111a11c dla ty•:li 1r1.cch c1.ąsteczck sq nicsp
~OB

l\O!J

wa:i.nych prohlc111ów '/, wlaściwym roz111icszC'/.L~lliL:m tych taksonów w drz.cwic oraz :i.c wykorzystane trzy c1.ąstcc1.ki 1.ac1.y11ają wysycać si<,: 11H1tacjm11i, prze'/, co stają niewiarygodnym /.ród Iem oceny odległości ewolucyjnych. Phi Iippc i Adouttc (l 99S) sko11ale pr1,edslawiają zalcly i wady rnclod li logcnctycz11ych oraz czyhające na""'"'"''"'"" pulapki.

·1 i .3.4. !mrn

przykłady

nych wicie pr1.. ypadk_<"JW poziome.go tra11sl'cru oc11i'JW Il'"() ..L „ • , . • • . 1~ "''ll'IL'/l'lll • , ·

I' I „ \· ewo llCJI bak-tcn,1 h':'-~lz1~'. rn,1.mw_1.rn1L'.. w rozdz. _12 .. ze. wzglt,~du na lawinowo rosnqcq Iic1.h\: :iost\'.P· ych sek\\ . cnc,11 10znych . .·gal1111kow 1 h1alck ' wz1"1s1·1 ''. ' l'1L·11' 1'· 1 lł'l(i't" ' 'czy 1·\OllS 1l'llllF\Cych drzcw~1 hlogenclycz11c 1 liczba ró:i.11ych progra 111ów, kt\ire niożn:i do. IL'l'O celu ·wy.I· ·riystac. l~osl.wnala lisia odnoś11ikt'1w do progra 111(1w jcsl lwori.rni;i pri.c~. .I. l;else;is~~'.. jna na s_·1_1rn11_e_' h L_ tp: I , I cvol ut: :i on. c1c,ne 1-· „, (-„. w-·• 1'"··11 ---·1 t i 1.~-1t ,--, 11 -'-~' ._. _·1 11_; p_I lY ·_1_ :1..' p ; _ . „ ' _ . . .• - „ - •-'Lwc1.1~ c: . l1 Lm.I·, lsl111e,1l: nadal wiele 11icro1.wi:1zanyl'11 problt.~ii1<'iw orni. wi1.·k~ orup _ orga111zmow, dla klorycl1 111c s<1 dosl\'.pnc sckwc 11c 1·e hi·ill'k 1r1111 t-,o('lll't)'I .1 11lo Ic t·dl 1°. , ~una jesl ro1.w1.i:q:\l'<\ SH,' d1.ied1.1rn1 1.iauki, w kl
••

1'01.a próh:1 dotarcia do korzenia drzewa :i.ycia, 111clrnly lilogcnclyo.nc znajdują zasto: sowanic w anali1.ic grup blisko spokrewnionych galtmk(Jw. W tym pr1.ypadku badania nmgą wsk:m1ć inlcrcsującc s1.czcgóly dotyc1.<\CC biologii i ekologii gatunków, jak rów. nil'i. klasylikacjt,: 1akso110111iczną Dobrym pr1.ykladcrn takich hada1i jest praca Lososa i in. \I l)l)8) do1yo.:1ca karaibskich jaszo.mck 1. rod1.aj11 ;\1111/is. Spokrewnione gatunki :i.y_j;\ 11a c1.1crcch wyspach: Kubie, l laiti, Ja111ajcc i l'uerlo Rico. /,na11c s<\ „ekomorl'y" wy. spccjali1.owa11c w 1.an1ics1.kiwa11i11 w ni:i.nyeh siedliskach \na1.ywanc anolis koroniasty, a11olis pienny, a11olis galą1.kowy). l{t\i.11ią sit,~ one kolorem pr1.ypuszczal11ic slużącym t.a kamulla:i„ Wi,·ks1.ość 1. ckomorl'<'1w wyslqluje na ws1.yslkich wyspach. Tworząc skupiska na podstawie podohie11slwa w ro1.111iarzc i ks1.1alcie, IL' same ckumorfy skupiaj<\ sit,~ ra1,c111, wskawjqc 11a islnienic islol11ych rM.nic pon1i\'.d1.y poszczególnymi cko111orl'a111i. Badania lilog.c11c1ycz11c wskazuj<\ jednak, :i.e :i.adc11 1. l'komorf(\w nic twor1.y 111rn10!iklyc1.ncj grupy gatunków. Istnieje silna le11de11cja galu11kt'Jw nale:.i.qcych do n\i,nych ekumorfw 11a r(1i.11ycl1 wyspach. 0/.11acza to wielokrotne równolegle wyslqpic11ie specjalizacji ckologicwcj, skulknj<\CL'. powsta11iem gatunków podobnych morfologicznie. Pr1.yczyn<\ takie.i specjali1.acji jest presja selekcyjna na ni:i.nych wyspach. Nawet w pr1.ypadku blisko spokrewnionych gatunków, jesteś iny pr1.yzwyczajcni do skali c1.asmvcj, w której ewolucja dokonuje si<;'. na pr1.estr1.cni milionów lat. .Jednak wirusy, jak wirus nabytego braku odporności (ang. I /111111111 /1111111111odeficie11n' \/ims, HIV) ulegają 1.m1C1.<\cc.i ewolucji w czasie dekady. Filogcndycy ustalili, :i.e 111\f jest podobny do wirusa upośkd1.cnia odporności szy111panst'1w (ang. Si111i1111 1!111111111odeficic11cy \lims, SI\!), który a1;1kujc inne naczelne (Halm i i11., 2000). llwa:i.<1 si\'. :i.c llIV-L 11ajcz<;'.stsza rornrn \Virusa u ludzi, powstał 1. 111ii;d1.ygalu11kowych infekcji od szy111pa11stiw i wskazuje si~· wystąpienie lrn:ch 11ic1.ale:i,11ych 111it,•d1.ygalunkowych 1.aka:i.e1\. I llV-2 jest kolcjm\ i'or111:1 wirusa u ludi.i, kt(Jra r(1w11ic>.jcs1spt>krcw11io11a1. wirusem SIV pochod1.ący111od 111a11gahy s1.arl:j, al'ryka1\skicj małpki. ·1;1 rorma wirusa n'1w11ici, odpowiada kolejnemu 111it,·d1.ygal1.u1k1J\\'UllU 1.akai.c11iu. l;il11gc11clycy 11H1ll'kul;1rni zbieraj;\ wa·i.IH' inl'orrnacjc "dalach lycli wydar1.L·1\. N;1jwo.cś11icjs1.y wspólny pr1Mdck grnpy s,·bvc11cji IllV-1 ist· 11ial prawdopodobnie w la1ad1 19 l."i- 1941 ( Kmhcr i in„ -~OOOJ. W 1y111 pu11kcie zalo:i.yliś1ny, i.c pu.chicg cwol11c'ji sc·kwc11cji 111oi.c IJyc· opisany wpo· :-;laci du.ewa. l11nv111i slmvv. ~.>,cny hvlv d1.icd1.io.011L' wL:rlykalnic od rml1.iców do po1oi11slwa w ka:i.dL:j li11ii urga1,;i,,1;1,·i\1;. /.;rnicdhali~i111y 111u:i.liwośc' wysl•;powania pozio· 111cgo lra11skrn gcrn'iw pon1i\'.d1.y 11ie:;p0Lrnv11iu11y111i ga1u11ka111i. W prt.ypndku orga11i1.1n
•

•

•

•

"'

•

•

•

1

,

•

\.t,

11. Wy\Jrn11u wnaclniu11ia cwolucii 111ololrnlarnoj i analizy

'l 10

.

.

.. ;

. . , , I• i<'irv!'li dui.:\. .rnli; ndtTrala scll'.kcja adaplai.:yjna pro,_· .r · l'rl."l1adku .J

\\' Ul.t.\)llH);,('I \\'~.l,_;1/,dl J!,LllJ, ,\

\\'·1t!/:

1.'tt

''

dl) riJ'/.d·i.il·kui:t si\· linii

l'.Wolltl~)'_lllYCh gatu1~11dlW: . .. o 'lll':!'l t vpow w1eloko11H )I kO\\ l O\V ni .,d/.. rI ł oL,.,l. „ . , ,, . .

(i!ltell, !U<„ l'tllvcr, A„ I lert1„ ( i./.„ 1'1111„ l'„.J„ ami Ston110. (i.Il. I 'N!.. ldrn1il'yi11g co11strai11ts 011 tlH; higher order slrnL'lllf(• or PN;\: ( 'ontillllt!IJ dcvelnp111e11t and application or COlllJlarativc Sl'IJll!'llCC a11alysis 111 ('.(hods. Nudl'c'i· 1\1·ids l\l'scc11·c·/1, 20: :>7g5 'l.'i.

„

,.

\ WL'llt:za rzt;dnw . ss;t I\l)\\' . S1\ I. .'i\1 'l ł . „, . , . · . . 1 1111• 011 1·onHJV poskp w nauce wywoliu1y zastos< \\\ dtllt lll 111c. ot l.l:1d:11111poL.it.ll.J.\t) 1. - I '.. .111 1· . c·c·c·li rnorrolooi 1;z 11 vch po1.wolilo 11a . W 0 I 11 w1v1i·11 11;ac l l'""'w11. ' .. ,„ J I I 11H1k I ·, pZwnych typ6w, .1nk "" "'""' .· , 11 :.1c )'.l'll<'tyu111<'. \\ P -> I ' ' . I· ·iit·iliic• .111 .1czcnic dla 1.r0'1.111nic11ia biologii rnzwo ·u I0 I t. ·IHirown· 11rn 111111 .i1m ' · · ' · ·1 I .111 I 1 11'',' '' \Vt'l'. .:. ·. . , . „. W wic·lll llrzvpadkach datrnvanic u.a:m wydar:t.e1\ ba" irn 1 1 .1 11 I11 'Jl l'hlJll\\' htlli!lll'\' (Id d /.\\,,li.o\. . . . . . .. . . '' '"lilo'.',CllL'l\'l'lll)'C:llJl'St ' ' . • \\'.\li' . 1.li\!„ „'i -.- • lu'io wy 111 a'..'.ajqcvch 1cyjas11w111a mzn1i.: pon11vtlzy 1 '. : da11 I I.• llll.t . . . • d"1)\·111i, 11H1k.l;11l:1rnyrni :1 li:1da11i:1111i ::L:11111<·1111:l111. 1

t" ·

.

(jutcll, R.K. Lec, .U '„ and ( 'a111Hllll\ .l..f. 200'.'.. The acc11racy or riboso111al l
· ··

llcdµes. S.IL and K1111wr. S. :.~IHU.
lliggs, P.(J. J()I: .'.'i.\ I -llJ.

('ft,,_

lliggs, p.( i. 2000. I~ f'l;\ seco11d:1ry si n1cll1rv: I 'ilysil·al and co1111H1I at ion:d aspl~Cts. (}1tort1'rly N<'l'i<'ll' <~(Ni o·· tihrsi<"'" .I.I: I'!'! .!.~.\.

lliggs. 11.Ci„ .l:111H:su11. I l„ .low, 11„ a11d l
· · .· I s11l1'ti1111io11 i11 prnlei11s c11codcd by mitochondria! ,\d<1chi.J. arni 1 la:--a·nawa. fvl. j()t)h. /\ !lHH I1" I o_!' arn~110.1~,ll. , ll'-1 •\ . .loum„/ , 1( 1\/o/n·11/u,J·:1·0/111iun. ·12: ·l:i'l (i.>. , , 1 ' : . .· „ ·111 .1 f/{/ "i'llt cmy '?1 •ll'll!llt.'z.'l'I>\: Rt'll
97: -l··l'i

h.

'>

· I' .1 I' W y 11 ;in· li I' (i11lll1!'r!'. 1\„ Nihso11. IVI„ Short, V.S., .\rna''"n Ji„ :\d1·;.•ol"··.l.i\„ l\rnliii. k„ "" 1. :· „ '. ':„'."'. · „ '·1 lcrootol'thec11thcriantrce, . , I J· 1·. •\ '(10, fvh111111alian 1n1t(l'.!,CllllllllC 1Li,1t1onsh11's dlll t l. . \u.\„
·

.

·

.\t'fc'llet', -

.

) . „

. .

.

.

.

, .

,

,.

, "

, ( · 11 llJ').J /\rniuo acid s11l>s11111111111 d11nng l1111ct1on,illy consli,t·

lk111wr. S . .:\ __ { n\wll. !Vł.J\ .. alH 11 HHJJ\CI. I, . . . 7· I r1-i, )') ·111c·cl ,1·1\'1.T\~.1·111 i·vol111iun n!' proll'in :-,\'tp1c1HT:.. Protc111 /·,11g1111·c1111g. , . „ . . . -~· . · · \ I . I I', , I) I!)<)IJ ( irmvill!'. up willi di11llsa11rs: 1\11 o Iee n hr • dat es and the J\ru111l1:1111. I. l'l11ll1ps. IV „ „ dll< Lllll). · ·. . · . I I' I'' . I' ' r· iJt Fe· J{O!'\'t//lil /',\'olu//OJI. 11 „' ,) i'i. i11a111111al1a11 r:11 iat1rni. "'" ·' , ' "· 'i l I I hseo.·1w·1 IVI "()(I() lnt1·r"nli11al relationships and Y. 1'11jiw:1r;1. IV!.. f\Jikaid". M„ SI)· 14'J-.S8. <

1

'

••

/·

·„„_

1i11w:.cak or ''illlll'ri:111 ('\'Olulil'1„11c. J'„ Sc:illy. fvl. M:1ds1·11. O„ St:inhupc. f\l..I„ 1 t. ·. n,„. . „ · . . r ·innetcr and t:tXllll . . I I' '110' rvl"lc1·11l:1r l'l1ylo!•e11v of livin;! Xcnarthra11s and tlie 11np.ict " - ' : , • 11 '' '' \ .... „ „. · · · · 11 · J · l '» I (i'1(l /I . ·I. . Ili' Jll'll'l'IJl'li ln'i' rnotin1_1. 1\loft't'llfllr /?fo/ogy (IJJ( ',\'O llflOll, . . . · ·11n1' lll" 011 ' • · ' · ,.. · · I rnislcmling. "' :. l'l/','·· ('11s·1.''·· · 1 11 11·l1icli 1iarsi11mn1.' "r C01ll{'alihili1y 111,·th"d:. will Iw l"is1t1vc y h„.'l'.Xł\'-.,!t'ill . .I. •

. .. IT . ,. n Il 1986. . ' . . " „· "I" l\J ( 'aruthns. lvi.11.. l\J1cls"n. I.. :11H 11111u, . . . \·1,·11'<. S.i':I„ k11:c:t·I.. 1,„ .ltw;•c·c. .J.,\„ „11,.1111...·. „ i'N'\ d11 ill'\ ;.lal>ilil\'. /'n«·1·1·di11g.1· o/'tl1c N11111111al ,\\-:.1<111.11w /ool<'.'!.''· }.'/:·Ili! IO. llllprnvi·d (n·i·

('!H'l')!„y

par;mwh·r.'1 .1111 ~H\ dH 11011 ol '-

,

~

\

f!S"\ HJ: l)_\/J /. · · '/l'f•nt!sillRn1/og)' . · 1\I" '11111 · Jh'ci11lw1i11,,wii:1k1lli:•.i1i:.with111Pl
\(rt1/t'lt1\'1f.\'1·ir'/li'i'S ( !:1!1

,\,

I

;!IH

1() ·1

1'dł \,

, 111 ,/ r»·o!1ui""· Hi: :ih ..' /tl.

I

·

( l11kll. \\.I<. ll)tJ
.

I !\l'ł l 1\;!!lll dl!!

1 tl

stn1c111n·

H':

I >' \ • I''· ·1 l-1111\wrn (t>d'•. l' Ni/1oso111t1! NNl\: S1r111·t11r1', ' t'

in / 1 rj1f('i1J /i1:1sy111/11·sis.

H<11.:a l~.a1011: <'I~(' l'rcss.

.

,

ul lhS aJH .

.

/',\'1J/1111011,

I

„ '" ,_„,,)

In RA. Zilll·

l"'I \ '-1' 1

•

•

,

flrn,·1'ssi11g. mul F1t11Cf/Otl

l!ot'ackl'r, LI „. h1nta11a, W„ Stad kr. 11.1·'.. llo11l1rn:ller, I .. S„ Tader. M„ and Schuster. I'. i'J!J.I. Monalsliclk rur ( :he111ie, 125: I ll7. Wil'dl'1iski pakiet oprogramowa11ia do a11ali1.y RN/\ dost1,pny na stronie h L L p : I I wvvw . t· b L . u 11 Lv i ,,~ . ( 1i.' • ct L I i v 1 1 I F~ N/\. 1!11dl'lol. C„ < imvri„Sha11kar. V . .lm1'. 11.. l{altray. !VI.. :11HI I liggs. l'.U. :2003. RN1\-basl'd phylogl'nt:tic 111c1h11ds: 1\pplirntion Io rn:1111111alia11 111itocliondrial l{N1\ sequc111·es. i\/0!1'C·11/i1r /'ln·logctn· mu/ lc'1·0/111ion, 2H: ~~.'.I I 52. J>.( i. :~002. Jlaycsian phylogrnctics usi11g a11 l
Jnw, li„ I l11dclo1. ( '.. l{allray. fvl„ arni lliggs.

Korhcr. Jl„ Muldoon. IV!., TIH!iln. J„ ( lao. I'..< i11pta, I<.. I ,apedcs. /\„ l lahn, Il.I I., Woli11sky, S„ and Bha1tadrnrya, T. 2000. Ti111ing the a11cc:s1or or the l IIY-1 pandemie strains. Scirnce, 28/l: I 7E'l--Wi. I.in, Y-11„ Waddell. l'..I„ and Penny, D. 2002. Pika and volc 111itochondrial gc110111es i11crl';1se support ror hoth rodcnl n1rnH>phyly and glircs. (,'cne. 2'M: 11 '>· -2'!.

Liu, F.IC and tvliya1uo10. M.IVI. l'J')'). l'hyluµ.c1wlic as::t'SSll!L'nl or 1110icc11lar a11d 1110rpliological dala ror c111hcri:111 rna111111als . .\\1·11·1J11t1i1· /linlog1', ·W: :i:J h·I. Losos, .I.IL . .lack1na11. T.I{ „ l .an;o11, ;\ „ dc ()11,·iroz. K „ a11d Rodriguc1.-Sci1L'lti110, L. I t): 21 I.~ \~i. „

~ladsrn, O„ Scally. fVI„ Llouady. C.J.. l'ao. Il..! .. I lt!Bry, R. W„ 1\dkins. R„ cl al. '.200 I. !'arniki adaptive radiatio11s in

IWO

111ajor clades nr plaLTllial llJ:lllllllals. Nit11CJ'i', ..J()1):

(J

JIJ-·l .. J.

Mallau, J. a11d Wi11dwll. ('..I. :m1c. '!Csti11g the· new a11i111al phylogcny: l'irsl use or rn111hi11cd hirge snbunit ami s111all s11hunit rRN1\ gcnc sequc11ccs to classiry lhe prnloslrnm·s. i\//J/eni/11,- /lio//Jg.I' 11111/ 1'.'1•0/111io11 . l'J: '.!X 1J ·.HJJ.

~lillller. T. a11d Yi11grn11. M.

'.2000. Modcli11g a111i110 acid rcpl:1n:1m·111. ./oun111/ n(( 'n1Jl/llC/l(fio1Jilf llinlog1'. 7:

'/(Jl 71i.

~lilllln, T., Spa11:'-

IC allll Vi11;no11. IV!. .'00_'. l'.sti111a1i11g a1ni110 acid sc1hsti111tion llHHit'ls: 1\ cornp:11·iso11 nr llayholf's esti111:1101·. the n·solve111 approach. arni a 111axi11111111 likeliliood 1nctliml. 1\/of<'c11/11,- /Ji11/og1· 1111!1 h·olution, i'>:}) 13.

~l111phy,

W..J„ J·:J1irik, I'.„ .Jol111:,rn1. \V.L„ /.h:111g. Y.J>.. Ryder, O.i\„ arni ()'Bricn. S..I. :'OOJa. fvlolcrnlar phyl"gcnctics :111d 11ic origi11s or placc'tll:il 11rn111111als. Nutu,-e. 'IO'>:
\iurphy. W..J„ Hlzirik. I·:„ O'llril'll. S..I„ Madsc11. U„ .<;cally. M„ nouady. ( '„I„ 'lt:c:li11g. 1:„ Ryder. 0.1\„ Stanhope. lvl ..I „ de Jong, \V. W„ and Springer. M .S ..?Ul) I h. Rcsolut ion ol' thc carly placc11t:il 1na11nn;ll radi:.uion usillJ_! Uayl'sia11 p!1ylogL:1wtics.

,)'cit'//('(',

29„J: 2.\:P\··-51.

413

412 Nei, rvl. and ()ojohori, T. I .'1•0/111io11, .I: •I I X--2(L

Yang,'/.. and Niclsc 11: R. I '!
Nussinov, R. ami Jacobson, A.B. 1980. Fast algorithn1 rur predicti11g the sccondary structurc or single. strallllc.d RNA. l'm1·eedi11gs
Y:ing, '/.„ Nielsen, R„ . I .· · . hclcrn . . . ( iold111a11, N„ arni . Krabbc l'l'tlerscn · , ;\ . ''00() -. t ·or I011-s111st1t11IHlll 111odels lor gc11co11s :.elect1011 prt·ss11rc· al :11111no acid sites.
Penny, D„ I [ascgawa, M„ Waddell, l'..I „ and l lcndy, l'vl.l ). I<)<)<). Ma1111nalian cvolution: Tirning and calions frorn using the LogDctcnninant transfonn !'or prnicins of differing an1ino acid composition.

Zukcr, IVI. I '!WJ. Fi11di11g all sub-optirnal roldings or an RNA 111olcrnlc. Scii·nr·e. 2„1„1: .1g SL

Svst1'111t1nc l!iologv, 4!1: 7
l'hilippe, I[. and 1\do11lłe, A. I 'J'JH. The 1nolccular phylogcny or [ •:nkaryota: Solid i'acts and 1111ccrtaintics. In Ci.l l Coo111bs, K. Vickcrn1an, M.A. Sleigh. and /\. Warren (eds.), l·.'1•0/11tio1111n· /\e/111io11ships amon~ f'mto::ou. London: Chap111a11 and I lali. ' Philippe, 11. and I .au rent, J. I
rnatio11. llio110/v1111'!'.I', ·14: 309--l'l. Savill, N.J„ lloylc, l>.C„ and l liggs, P.Ci. 2001. RNA scq11cncc cvol11tio11 with S<'.rnndary slructurc eonstrai111s: ( 'ornparison or su!Jslilutillll rai<'. lllOLicls 11si11g niaxillllllll likelihood lllethods.
.V>'l--11 I. Stanhopc, l'vl.L Wadddl, V.Ci„ Madsen, O„ de Jong, W„ I kdgl's, S.TL, ( 'leve11. ( i.C'„ Ka11, Il., and Springer, fvl.S. 191H\. Mokc11lar cvide11cc ror 11111ltipk origins or lnsectivma and ror a 1ww order or endemie Africa11 i11sectivore 111a111111als. l'mcl'r'di11gs o{ thl' Nutio1111/ 1\cadem\' o{Scie11ces USA, ')5: !)9(>7--72, Ti11oco, I. and ll11sla111e11tc, C. I <><>9. I low RNA !'olds. Jo11rn11/ o( Mofrrn/11r liiolog\'. 29J('.'.): 271--g I. Valc11ti11e, J.W„ .lablo11ski, D„ and l\rwi11, Il.Il. ilJ
Wakrn1a11, l'vl.S. and S111itl1, T.I'. I lied Mathe11111tics, 7:455- ("1. Whda11, S. and Uold111:1n, N. 199'). J)islrih11tions or stalistics 11scd ror the co1npariso11 or nl
Zukcr, M. 19,l)g_ ,s_1_r'.111:1 poświęcona RNA !llalerialy do wyklad(J1v 11 a i<'lll:ll przcwidywani:i struktury RNA 01.11. p.1k1ct oprngr:1111owa111a n11'old. lit. r. 1,: / /1tJWW. ; lir .. ww: 1 I . ,., li i/ ,._ 111 :,-. 111 "". ·

12. I.

Gnnomy llmjijfirowct\w

jest czytany!. Ilość inf'orn1acji dost\:pnej dla pos1.c1.cgólnych genon11)w jest rM.na, ale towar1.ys1.ą liez.nc i rozlegle adnolaeje, k16re informują 0 poz.ycjach ws1.ys1kich otwartych ramek odczytu (ang. open /'('(/di11g jiw11es, ORF), ·przewiduj:\ kil)re z. nich mog<\ hyć genami i. na ile Io możliwe, iuf'ormujq o ich nazwie: i funkcji. Dyspo11uje111y 1.ałcm dużą ilości<\ danych, kt(1re można przeanalizować /. wykorzystaniem dosłt;pnych rneiod hioinforn1atycz.nych. Uzyskane w \1;n sposób wyniki pozwalaj:\ sclrnraktery1.ować pr/.ebieg ewolucji gcnrnnt1w. Przed pr/.1~dstawienic111 pr1.ykladów genotllÓW hezjądrowcilw, omt'iwillly pokr(1łet: pokrewie1istwa \H>t11i1·d1.y gl1iw11ymi gr11pami bczjwlrowe\\w. Jesz.cz.e kilka dekad temu biolodzy k\11sylikowali urgani/.111y all>o jako j;i1lrowee (kollltirki mające jądro ot11ezo11e blonąj:1drow:1. z.wyk le z.awieraj;1ce wiele innych struktur wewnętrz.nych, lakieh jak cytoszkieil'l, n;Likulu111 cndopla1.tllatyc1.ne oraz lllilochondria), albo hezj11drowce (ko111(1rki pozbawione .iwlra i mające z.11ac·1.11ic prosłsz.q budowę wcwnętr1.11q). W ta111ły111 okrc„ sic tcrn1i11 haktnic hyl 11111iej l11h hard/.icj synonillle111 poji;cia hezjądrowc<\w. /',godnie zohccny111 st;mc111 wicd1.y, organi1.1ny żywe lllOY.na podzielić na łr1.y dollteny: archeowcc, bakterie i jqdrowcl'. łk1.j:1drowcc ohej111ują dwie dolltcny rM.niąee si1c; mi\c;dzy soh;\ zarówno pod w1.głęlbn sekwencji ge111\w, jak i /.est awu getu"iw oraz procesów met abulicznych 1.achod1.,1cyclt w ich komórkach. RM.niee pomi\;dzy obiema domenami hL;zją­ drowc(1w s:i lak dt1ŻL'. j:1k 1nięd1.y kaY.dq /. nich a domen11 jwlrowców. Podział organiz111(11v żywych 11a lrz.y dll111cny /.nsłal lldkryly dzi~:ki analizie poniwnawcz.ej sekwencji rRN/\ ( WoL'sc i I ;ox, I t)77). ( )hernic, gdy dostępnych jest wicie kompletnych sekwencji rRN/\, standardowym sposohc111 klasylikacji organiznu)w staly się filogenezy wyznaczom: na pods1:1wie rRN/\ (\Voese, 19))7: Olsen. Wocsc i Ovcrhcek, I lJ\)LJ: Ludwig i in„ 1998). Dr1.c~wo liłogerll:łyc1.ne skonstruowane na podstawie tz.w. genów sz.kiclctowyeh (ang. /)({ck/}()11c //'Cl' gc11es). kt(ire poka/.ujc pokrewic1istwa pomi~;dzy reprezentatywnymi grupami bakterii i areheowc(1w, jest dostępne w ha/.ie danych ryhosot11alnych (ang. lli/Jo.1·0111ti! !>11111/Jtl.\'1' l'mjccf) (Cole i in„ 2003). .ledn<\ z gl<>wnych grup bakterii zidentylikowanycl1 na podstawie sckweneji rRN;\ byly prołcohakłeric· . .lcst to uM.nieowana grupa organiz.t11ów ohcjmuj;1ca lici.Ile interesujące gatunki. ( icnomy wielu z nich z.ostały w ealości zsekwencjonowane i pnslttY.<\jako przykłady w rnzwaY.aniach w tym rn1.d/.iale. Tahl'ia 12.1 1.awiera gatunki proleobakłerii, dla ktt'irych dysponujellty kornple111yt11i getHJtwuni, oraz. najwaY.niejsze ccehy genomów kai.dcgu 1. gat1111kl>w. l'rotcohakteric dz.ich\ si\' na kilka klas 01.naczonych LY, fi, y, 8 i 1'. W czasie przygotowywania materiału do lego rm.d1.ialu kot11pletne genomy proteohaklerii klasy ii nie hyly doslt,'pnc}. Jako pierwszy przykład rozwaY.yrny grup\'. Nidcttsia, kl1)ra naicY.y do klasy o· pro„ leohakterii. IL1ktL;ric Il' Y.y_i:1 wcwnqlr1. kotlllirek gospodar/.y 1. typu stawonog1\w jako pasoi.yly hn·.w1.gli,'.dne. l
·w wielu pr1.ypadk;1ch genornom

( llwciii<:. !'st<:piP/t'h jl':;t wil·k krnnpkt11ych sckwL:11cji gc1rnrn<'.w.. 111ożnn pn,l\~adzić. 111i~: d1v:!,:1t1111knW\' porown111ti:1

c;dych

'/.l:sla\V(.l\V gc11ow I bada~· e\Vt)!l!CJl,. ~~1µ,~\lll/.lllU\\ .Il.\ P~)/,JOlllJC

·' \'''\ 1Vili ltl/.l · . 1··i·il·l 1 , 1 „1·,„• 111 •· 1 \iJow·tliśrny l'r1.el11,··.~ ewol11cp kilku wyh1anyd1 geno· ' · . t · . . ,.iiH1\\· · 1H'l.F\t . : 1l'll\\'CO\\'. : IHl\t)\\ · "1· ,: \' i''''\"·t·iw· j,. i 11 tral<' ocn<'iw w procesach, odpow1cd1110, duI 1.~ 111 . ·'' ' 111 ( t:., '·.. • , - • ' • ~ ·1 „ · I I· .· · . t·il·;·,. 1,1„,,.,ts·t·iwilism\' dowody na horyzo11t:tl11.v 11 . msll1 gc11ow. (lp1s1.1.1unyI Il 1I ~;!('Jl I ( c Ll 11 . { 1 · I · . I ·I l '1 )( I• /'l\\" 1· 11 1·,, 1·1nac1'c· o 111anvch ortolo1•.1c1.nyc:h genach wystt.;pllJws1awa1rn: tyclt orga11c·llt Lo.rno'. ktl\\ ycl,1 W .~vy'.11: I. 11 ciHh »•vn i\iioi.y. ( lpisnjc'iny r"1wnici. zj:1wisko_1.rn111c,1s1.a111a sH; w1c:lknsc.1.gl 11'.',1'.Hl\\ 1,'1g.111cl,I'. \. tJllllll'kll~YYch. lit:dw:•: wynik icrn tra 11skru gL:11ow dll gc11011111 .1'\dra kt 11nrn ko\\ ll."o'. N,1 kom.ce 1;r1.cdst;iwi.aiiiy 11 ;,.,·ltani·t~IHV 1.rni:iny knkjności gen< iw zac\t()(l/.<\Cl' w t.ok1~ cwnlucp gc1,~llllll~\~ I·,. li I"'" 'JH:l\'t'I 11\'clt na 1mdstaww li il lll !ll.ll li ;„n mvno o / ..t\\ .tl 1osc1 or;il. Jllt' I o{ I\, I, <111··11·11 ,, \ .·1 ·1 'l1·11·w · "t'lll lilltl\\ Vili.

f.

I

\

•

•

,, -

•

'

•

•

•

•

•

'

n,;

1-,

11 {):-;i.t··;q!/)l~iych gl'll<)w, jaL

•

-

·

•

-

•

i ich kolcj11nści w rfri.11yd1 genorn:tdL

I

„

· I PY 1·.m. • l(Jóre ocny ( ;J!v :.po!'l:\d:ittl\' 1w 1·ak ,!!.clllHlly. do glowy pr1.ychrnl1.1· trntll WtL'C . .~ · · · ' · · · J· · J ,» ( '!'' "· 11 v wyst.;1111p1 11· w1ęks1.C) l1czb1c ;,;\ 11h<:t'tl1.· \V )'1.'lll>llll\' l J;tk Sil,"\\' illlll /.li.I ,1/.,): ·.>' ,~1. . '_ . . . . ·. , , _ ' c I111c1az ' . :.pm ' i·' \l' \V 111111 w.1 .111··1·1· 1 }·11 ic·ll !.'L'lltiW 11ic 111a w !'<'tlllttllC. /.t< ·w·d1hvs111v , J' J ·, I" ''. • ') 1

1

· • ' • • • · I · · zenie W ·1·1kie'1 kok.11111.vl:1tii:i. k11irvclt 11ic 111ogliś111y 1.ad:1t'· d11 chwtl1 p11/11:1111<1 ,rn11p c .. • ' · · ' ' · · • · . ., J • r1 i ) zawie1a :.t·kw,· 111.·.ii ,l'l'llll\\' rfri11ych organi1.1111i11'. l\aza danych< 10LI> (pot. t.tllh
·

\ ·; 1:·1

c"

·

1

l

I II

1Wstyu11i11 ~~llOS rold1 1>:11.:1 d:111yd1 ( J( li .I J 1awi<:rala '/ 1·1 lwn1pll'111ycl! gt:11tl!11t'1w bakterii,.\_\ krn11pkt·

l I J

ne l~l'1Hm1y ~1rdH·t1\\'l't)w, ~'.Ob k1i1uplc1nyl'h pcno1111lw win1s,)w oraz .. 1r1 komplt•111ych gt•nomt')\\ j;\drnwc1lw

(p1·d'/1. 1/11111.L

·\v stycn1i11

.~(){)g

roku

1~c110111y

orga11i1J11t'l\v z tej klasy hyly j11i.

dosl~~p11e (11r~:yf).

1!11111. L

12.

4'16

~~AMl
2.1.

Genomy hozjqclrowców

GENOMY BAKTERII W ZASOl3AGll INTERNETU •

~ -~~~--~

--- -- -

~~

"'.; - c::..::-:~:::..::'::::'.::C::.:::::::::..-..:::.:::;:.~..:::;-,:::::::::::::::.'.::::::.::

-~·:~::.-:~-:"'.::·~::

.,",·:~'''=="''''' '°""'"''"'~·l"''~~,:7,;~:.~\C")~~;: : ·,:~:·-~;;·,:11~-is111icjl' ., przypa< 1 1;u oso 1 n c „ • . . . 1 .1 • · · . 1c11dc11cja . do rnyślc11ia . . o 1_,:_1kleriach .. . . tylko .jako .. · I · ·. .. ,

·. 1\'cli tl'lZ\l"lt'il laci1iskich.. Trnd110.jesl zn1i:11111i;lac wyro1.111ap1cc cechy rM..· ~ ,~ · ..·. . , . , . . J klOl')'lll 11101.11a by• po111yskc, , . wt.\Z„\L bo z 11.tz\_V,\ 'tak • „ p1k 10eo111a 1111c1scc p11.yp.u 11·.11 lll·i• 1t111·._"l'l1 , · lll'["t11i1.111
i111crnl'lmvydi.

, · I· 0 ., I\.rol \IC

I

onuu1i1.rn{nv,

\il

. ) · I ( · ·I " I·1.e111c · , do zsd·wct1l"l<>lloW'lll)'cll <>e110111ow" (a111,. ( 1111« ·I-i1111• " ,\ ·. • · "I· Io , •"''/ll<'llccd ,, ,. . ·1 · ·. ( 't'll 1111c News Nelwo1k. pod;qc kilka kli1C1.0\\ yc l l.1 dow o k.11.dym lld s IOllll _I. ( ' • •

wprowat

(,'e1101Jlt'S). ( oslęplłL' 1.

•

1='

•

•

c

-

,

dla Ltórych mamy krnnpktnc gc110111y:

t,_\)://\.l.ftpJVJ.qc:11nmt:~nc,wr-;1lf'.~Lwni:·k.tą~1/i11.(!{~>:-.1dą 1 · · .. ,1Cl\' lnnvrn do I1rvm rnie.1sccrn 101.p .. t ·i·i • tHlS/lil . . \ 1w·111 • .l<:Sl slrn11a l\·l1uoh1.tl • ••

·,

Q

wyc;,eqm_i.<\CL'

artyidily

1rn lemat \Vici u grup n1ikroorga1.1i1.1n(nv:

,.

,f

.

\\otld,

. ' „ .,

·,.,

Llo1,11..1w1u.i

_

llllp://1:.1ww.l1<'·"· (,1•110111t»1· ()11/111<' · o ( iOLD ( I1a1.a 1,c110111ow' ·

.llltn.,

.·,.,

, '"

/)11111/111.11) pod.qc · st.1tyst)k1 , · · genornow '" · 1· 1·111 I"\I t Io ·irl\'l sckwenc1onowa11i;1 • . ' lll
•

0

1 • I Cl.'. ·· J i ·1
111cnklat u1s· 1: l d. LI 1:

lt l. L Jl : /

I I \"11.f.NJ. l >ti c· t c· 1· i u · ~ · i r · l · !

1

I

11a stroi!\' dotyo.:1cą g<·11rn1111 /111d1111•m: /I ,ur;\ li" ,'J:«1 . li"" . 1. i lct'n · qo · _j Jl I

"Warto lei.

/.ajrz.cć

„. ,

..

· , · 1.:· ·• ·t , . cnoszo · lll'i'L'I ws1y i powoduje u _ludi.i_ lyfus plamisty. • r. Rro,c11su1 ·, · · · „ . 1 1ro11'<1~~c,"1 .1cs 1 11. . . . 11 •1 Na pla11s1.y 12. I poka1.a110 genom Rickcl!si([ co11or11 (< lgata l 111., .:J)(~I). Jest to 1 .l~~y 1· I 1 I ·"" milio11·1' 1nr (I ' 2 IVIp1. lub · · ·1. o,o' I Iap1cv genom skat s1'; ' ;:·1sad "· . I_()() · · kpz), · I ktmcgo •· 1 · „ .,'ltt\\", ·;,vć w lab. 12. I), .·1cst 111nicjsza od s1.«_' . d11w.1 \1. 1d \.o~·,c1 gc1 1 widkość (jak 111oi.cmy ,J nrnnu bak tcrii. Drugie i 1r1.ccic ok1vgi na pla11s1.y 12.1 «1) p.ok:t1.U.P\ pw.yc.1e gcnm; 1'.:t obu niciach kolislego genomu. Widać' wyral.ttic, i.c gc1ll.llll .Jl'sl lllclllal „pelcn gcnow , a mllcPluści prnui,;d1.y kolejnymi gcnat11i S<\ hanl·1.o 111cwt<:lk1c. . · \1;tnIi'.1e1 · · si.o.cg'\Iowo Na'" plat1s1.y 12.l(b) pri'.edstawtoml · tr1v " l1"10111l'I1ty "'~. · _; pcnomu " . /'idct/\'ia t'!l/IOl'ii. \Vsi'.yslkic a11alii'.owa11e l'rag111c11ly gcno11111 li. <'lllllJ/'11 [HllllWnyw,i;io 1'. 0 :1i)o.wicdllillli rragrn~nlarni ge11orn11 11 Ricki:ttsi11 _11ro11·11;-,ckii .(i'.aohserwm~an·e· 11:1t.o, . · prn11i'.e . „. 'J) · l)hll"i''t 0111owto11c ' " " I /-· I (h) 1m1w1cHlz,111<1szc . l) .t ·i'isl\'''t ·11 ·l'1,· 11 1' c'L' S'\ s1c1coolowo l ' " ' ' ' • ' ' L" ' ' ' ' '' I '' I ' I) N/\ hJ(1u) l'i'.y pu si'.CZl' ll ia, i.e na sd:.wciicj\' gciHHIHI w w1\·kszosc1 sklada.J'.t.st.\: Ol c 111 '.1 .· „ ,'o i N I . s:\ 111ewic . . li.' [,1../ c'C/"\VlSL'lc' S/'ll'lllt' •SI\;·'„/,U ,<1 li·IO ';\c:c hi alka, a mllc1~lości lllit,'.dzy ge11a1111 rn · ·.1 • • '· " · • l ·!'Cl\lllllll R. COl101'ii „ lu Sl'kWCllC'JC' · I.;,(!( IUj:\CL'. · I' owy;.~;/,C' · · CU. ·, ·hv' '' s·1 «lnnktcrystycznc ' . ' ' : "" 11l t-.i •'.' ' ' I ' I t' . h ' 'lHllll)' Ci'C'SIO /'!WICI •lJ<\ l l l>c'1j;1drnwc:liW, w pri'.cciwie1\slw1c do .PIL rnwcow. 'rnyc:. ),'· .. ·. ;··. '.' „ 'i2.l(a) 1•it:, 11ickod11j;1n· rrag111c11ly pollli\:dzy g<'ll:lllll. ( >kn;g1 s1.osly I s1od111) li.I pl.insi'.)'/' I· ly•' ' " ' I' . ·1··11·11···1)11/\01110111 . . llCll . . I(() ·11·1 11uk:11.u·1:11loi'."t"J<.' sckwc11cp powlor1.011y(' t (all)ć. l<'/11 il ,\1 '/ i ' ' . . .1 . . . Il "' I I'> c" I I / ·-1 1nr g, ' likow;um rndi.iny sckwe1H:ji IHl\Vlliri'.l>lly<:lt ll dl11~<.osc1:1c · 1·1s·1t "·'

„

\ r\l\101'/.V

Sll!~L'l lljO\

lll

lli.ycit' tcc\111iki p:llllit,:t:io\'/L',j (fJr~',\'fl.

·I( )iil'«lti"· kl;1sylil,;1cja la ohej11111jc \\'".yslkil' kzjqtlruwl'l' (/>r-.1·1

i in„ 200 I), które wydaj<\ si\' hyć rnzrzunme pr1.ypadkowo po ctly111 l~L:nornic. /.a11wai.lllY· i.c wid kość strzalek syrnholii'.ujqcycl1 sekwc11cje pow1<'1rzo11cjcsl 1nyl;1ca. SckwL'.llcjc powtóri'.one s1<111m:vi:1 tylko .l,2
islnicJC wiele rodzin sckwcm:_it powtorzonych, b;·d:1cyl'h zapewne j.b;:dnym b:1ga1.crn

z punktu widi'.cnia organii'.lllll, 11 bakterii wyst\'.IHljc tc:11dc11cja do ogra11ici'.a11ia

-

1/1 1111 · ).

wielkości

gcnollltt -- pr1.eklada się ona 11:1 111:11<\ lici.h\· sekwencji powt,\l'!.tlll)'L'h w )',L'nomic» Stri'.alki 11a plansi'.y 12.1 (h) puka1.ujq. i.c transkrypcja s;1si:1duj;1cych i'.L' soli;\ f'.t'.ll,·rn· cz~sto zachod;.i w pr1.cciwnych kieru11kac1L 11.11. geny sq pr1.c11os1.onc prn11i;·d1.y 11ić111i DN/\. Kolorami 01.n:wzono i'.na11c ft111kcjc ge11(Jw. W 1»c110111ad1 wysl\·puj:\ 11,,·ny o 11ic" znanej obecnie runkc'ji ('/,;1znac:r.01Hl je kolorem 1.il'lrn1y1n ). S:1 Olll' ()/,llaC/,Ollcjako olwarlc ramki odczyh1 (ORF). ORI; to ci:1gly obs1.ar DN/\. 1.ac1.ynaj;v:y :;it,: kodunc'.lll siar! i ko1\o.;1cy kodrn1c111 slup wysl<;pujqcym w tej s;11llcj r:11m:c odo.yl11. ( lbc·c110ŚL' dlugit·lt ORI; wska1.ujl' i'. wyk le· 1rn sd:.wencj\' kodując:\, gdyi. w 11iclmdt1j;1cy1n I lN;\, klórcgo se· kwc.ncja jcsl pu.ypadkowa. istnieje stosu11kowo dui.c prnwdoplldollict\siw111it• oh11 )'.:tlt111ldl1V Nicke11sit1, co sugeruje, i.c lllogq one hyć pr:twdziwy111i gcn:tllli o t1:;1alo11L:.j, cli(l(: nic'i'.11:11wj jc·s1.o.e funkcji. l'owiqi'.anic 01<1; i'. okrcślony111 ge11c1njcsl typowy111 prohlt-111l'lll towm1.ys:r,;1cy1ll adnotacjom do gcnolllÓW, poniewai. OiJCL'll)' Stall Wicdi'.y nic flOi'.W:li;t pr1.ypiSw. f\l:1jwięks1.y1n gcnolllClll w tyrn zeslawic11i11 jcsl gc·11rn11 Mc.1·orhi;»ol>i11111 lot i. hi:,·dac:y I.~ r;11.y ' Wi\'kSi'.y od gl'nornu !111cl111crt1 1111hidin1/u, kit\ry .ic'sl 111 11:ij11llli,·js1.y.

l'or(l\Vll)'Wanic l'Ui'.llli;in\w gcno11H'1w IHllllil,'d:r.y .';pokrew11io11y111i !'. poL;11.<1110 dr/.C\\'o lilo1•1'11<'1vc/ Ile prolcohaklt'.rii, które lli'.yskano dla 1.t'slawu .2(> gc11„111· tl\l'I;\ ol1Cutycli 11 w::;.v::tLi«li galu11k1iw. Nic ma p(lki co og1il11cj i'.gudy co d11 lilogcnc'./.y prutcoh:tl;i«rii i d1·:.('\\·'
tfl!IJI. !. 1

'?

417

nunnrny

tlili

419

llnzj:1t1rowców /()()()

(>()()()

Dl11go
<·sg ( '<'ri'on

()

.o::::

n'

.jt)l'i

/lmi'l'lio 111!'/iil'//Sis I (1M


:L'.'>·I

l1u«l11u'ri1 (!/'hidil'n/11 i\p

}'

r„10

)(vl

U/ff11111'nt u1 !1idico/(! I 11p

)'

(1J})

.'i().j

.-\gn>ht1f't"riu111 111111<~/ifl'i1·11s

1

Uul'/111«n1 r1J>ltirli1·n/o

.\~!

( 'nn11Jy/1i/N11'f1'f"jt'.ft1J1i

,.,'1"11)()()

.\I 'l7

(i.li

5 -15

l
lh'i·I

,,,

.D

'. ~

.\0011

1

.'OOO

.10,()

11)1(1

.\737

(>7,2

)'

.'lllll

.'.()l):)

·12,7

t·:sl'l1aic/1111 u >li ( 'F l'O n

)'

5.'.3 I

:i:i33

50,.'i

/·,'sc/J<'ri1 ·/1it1 1 ·n/i I\. I_~

)'

·lid')

. !.~})I)

50,8

)'

·1100

s:~BJ

50,5

)'

l~UO

I 8)1l

38,I

< 'ou/11/1u,·10· ('/'1's1·n1tll.\

/ lo1'111(111/Ji/11s

inff11,·11~:uc

lli·licnhu1·f1 rvdnri

-~(1h 1 J:)

l/1'li1·0/i11r·t,'rf'Ylori j<)I)

I 1,11·;

I :i
3g,t)

I Iii.\

l·l'J'i

.l'),2

1

1/ 1/11111 loli

„.

7)'!11

h7'.i'.

(12,6

i\'1·i.\.\(Tiu 1u1'11i11giridi 1\1( ':)})

/i

2.?T.!.

--~I

58

51,5

1\1«iS.\1'1"id !1/1'1/fll,!~itiJf

/I

'.18·1

.'. 1.21

51,8

·IO;!

i\/1'.\oJh(·~

i\ I

)'

.'.250

.'.Ili'!

)'

ll'.211-I

5570

(16,(1

)'

(i,l<)7

5(115

58,0

fi

.'i810

5120

117,0

"

12(18

1.\7·1

:l2.4

()'

li I I

x:v1

2'!,0

)'

-17 1! I

·l
52,0

,\'11/11111//<'l/11 f \'/>l1i111111·i11111

)'

IX.'i7

·15lJ7

52,2

S/11'\\'fllll'l!u 011<'idi'n\is

)'

·l'ili')

·l'J.\I

·lli,0

.\'l1i,1;<'llt1 jlt'\1u'l'i -~<1 30 I

)'

.j(l()'/

·11.\--1

50.'l

1111•)()

IL!O)

( )_,.;. ') ')

/1i1slf'l!l"1'//11111ultocirla 1 /

S1'lttfr1111111/1ISU('/'fl,t:i111i.\1l

l 1Sl'lf(/i>1J1111111s

syri11gur·

N.i1.\'{11/J1i11 s11/r11uu·roru111

Nickl'!fsiu 1 ·011nrii l\ii'/;1·rrsiu 111011·(f;:ekii S<1!11111111'//111·11tt·ri('.t

'f.\·f'lti '1) .? 1

Si1111rhi.;11/1iu111 111,,/i/oti

'" )'

.1000

3XH5

·17,5

)'

:i lll.'i

·18.\:'.

1

I 'i/1rio \'1t/11ili1·us

)'

.'i.'.! I

S0.2S

.j(1,6

\n111/J11111!11111,\

U\(!J/(l/1n1/i\

)'

i.2'/l

.1,rn.1

11 1,8

.\I u1!11111//1 1//( IS

1'1/lllf'f',\{ ri.\

)'

.'\0711

·I I }-:2

(l.i,

)'

.'.(1'/')

·'')().j

52,7

\/t'/i1·in1'/u1/1'1'11t' \ ',/1rio /Jtlru/J11r1110/ytil'll.\

\ \'frl/oji1stidios11

\ lfr//11 } ,"i

}i'rsi11io ;11·s1is

I

15.'I

1

I

)'

-~.')

f l)

'.'.0(1(1

51,H

l)_~

)'

-!fi53

·IO!.'.

.17.(1

I\ I f\ 1 PI.~

)'

.j(>()il

11 1!8

.17,(1

/(1.1·1idios<1 ·fr1111·1·11/<1

si11ii1 ;11·.\f is { '()

1

'.i OOO

1000 ()

(i()()()

()

dlugośl·

xooo

genonw (kp;.)

ih'!i. 12.1. Korelacja pomi\:dzy calkowitq dl11gości;1 genolllll i s1.acowall•l lic1,hą ge116w wysl\'Pll.iltcn w gcn<;lliHCh hak1cryj11yd1. K;i~.dy pu11kl odpmviada j1.·d11e11111 ga1u11kowi pro1cohaklcrii wyu1ie11io11e11111 11' talwli r.U. Wsp
l

darni jcsl prawidłowe i wys1:1rczajqcc do ziłustrnwa11ia lcz. jakie w 11inicjszy1n roz.d1.ialc slawiamy na terna! nvol11cji genomu protcohaktcrii. /\11a!i1.a rys. 12.:2 prnwad1.i do wnio-sku, ~.c znn1wno długość gc11omu, jak i skład procentowy 1.asad mog:i się dość s1.yhko zmieniać oraz. ż.c blisko spokrewnione gatunki nic zawsze rnajq poclohnq wielkość genomu i skład genowy. Gat11nki o lll:lłych gc11omacłl w kiłk11 przypadkach sprawiaj:1 wrażenie, ż.e wyewoł11owały z przodłJiw o z11acznie więks1.ych gc11omadi. Opisany powyżej gat11nek Ridellsiajcst hl iski L'Wnlucyjnic dn f'vfrsorhi;:ohi11111 foli, największego genomu w tym zbiorze, oraz do ;\grohul'leri11111 111111cj;wie11s i ,\'i11orhi;:obi11111 llll'fifoli, kt6rych geuom niwnicż. jest stos1111kowo duż.y. Wszyslkic wytnie11irn1c gatunki Sia i ·i.yj:i w bliskim pmviql'.ani11 z roślinami. ;\, 1111111:fiwi('ffs jest pa1oge11cm rośłin­ nyn1 pmvodujqcym powstawanie g:das<'iw 11 wielu typów roślin. Bakleria t:1 ma zdolność wstawiania l'r:1gmc11tt'iw własnego DNA do genomtiw roślinnych, co wykorzystuje si1: wcelu wslawiania wyhra11ych gcrn'iw do gcnom(!\v gcnctyeznic 1.rnodylikowanych roślin. /\. 111111cj(ll'ir'11.1· 1n:1 nio.wykly gc110111 złoż.ony /.jednego kołislcgo chro111osomt1, jednego liniowego clmi11msnrnu i dlV(\eh m11iejs1.ycl1 kołislycłi pl:mnidów (Wood i in .. 2001 ). M. /01i i S. 111t'/i/01i s<1 haklcria111i wi:1ż.qcymi wolny :mil, i.yjqcyn1i sy111hio1ya· nie w hrodawk:ich korzeniowych roślin slrqczkmvyclL 111. loli ma pojedynczy kolisly chromosom i dwa plazmidy. podc1.as gdy p.c11otn S. 111e/i/01i składa się 1. kolistego ehrollloso11111 <1 dl11gości .lJ>5 IVlp1. oraz z „tlll:gaplaz111id6w" o długości I .]'.i IVlp1. i I .(18 f\/łpz. Zkt(1ryeh każ.dy 1. o:mlma jcsl wi1:ks1.y nd gc11011H1 Hid1·11sio. Do innej f:'.rllPY g:iltmk\lw /.rys. I 2 .. ~. char;1ktery1.11j<1cych sit; bardzo m:iłymi gc110m:11ni, należy 111.i1L g.:1111nek /!11cli11em 1111/1itfil'l1f11. Bakleria la jest symhionlL:rn ż.yj
llozjqrlrowców

12.

420

421

ioprzcz sy11te1.\' islolnych aminokwasów. ktt'Jrycl1 hralrnjc w po).ywicnit1 111s1.yc. Sq 0111'.

~zJonkami rz1,~dt1 enterohaklnii. do klórego nale:i.y n'iwnici. /·,'sc/1crid1iu nili (dohr1.1'. pr1.c-

X. fn\tidio.\tl;

y

Ci+

c l~IJ

X. luitidi
„„„„.••..• „ ••••.„.

11. Ujlilidico/u Bp:

Il. upl1idirnlu Sq •

2000 kp1.

Rys. 12.2. Dri.ewo lilogenctyct.nc proteohakterii u1.ysb11e dla zestawu 2f> poląo.onycli l'"''."'w tRNA oh~c: u;ch w kai.dym /. gcnonHiw. Dlugości pm.io111yc\! slupk<'iw odpowiadaj:\ dlugo:;c1 ge1H'.111o:v (slupck sk,ill wska111jc 2000 kpzJ. Wypd11ic11ia szary1n i <'l:irny111 kolorc1n 01.11:1c1.ai:1 odsetek 1.a:;ad ( I <'

· ;11s · gm111111111 · ··- trzech chod1.:1 od l1!1i;:o11gia ;1ist11cial', 1\cyr1/iosi;1/io111>i.1·1u11 ora1. Sc I11;:r111 , . , · · · · I · • ·· ·I · 'I' i ' is11<'< " t< · „ I · ·· ·I · · I · I · · t bakterii są przeka1.ywa11e w l11rn rn111ore \ 1.e11s \IC t 1 1s tue.J:\ 111c'\\11 c·li·' ie·.s1·111se " .'. . na 111zc.kt1 . , · · .Slq1 I uwa1.a · :,t\. ·· • 1.L „ · r·11 0,.1 "·11 1·1·1 lnl·ter11 1est zgodn.i 1.anic genów polllit,'.d1.y org:m11.111a1111. ·' ' ' . „ . .. , z filogenL'.Z:\ 1lls1.yc. N1ll'li11em wydaj:i sit,· doslarc1.ać swoi111 gos1Hldar1.om krni.yscl

„

1Jadany organizm 111oddowy, który zamieszkuje ludzkil: jelita, 1.wykl(' 11icgrnJ.11y, chOL' czasa111i mo:i.c być patogenny) ora1. s1.creg innych lud1.kicl1 patogc1H'llv, lak ich jak Su/1110 ef/a 1vp!ti11111ri11111 (wywolująca zatrucia pokar111owc) ora1. Ycrsi11i11 ;ws1is (wywoluj:1L:a 11 Wszystkie gatunki wspomniane powyi.c.i 111aj:1 genomy wi,·ksi'.L' od /111"1111em. '[\i, co l:1c1.y /11(('/111em i Nick1·11sir1 to !'akt. :i.c oh:1 gatunki :i.yj:1 wcw11:1lrz innych koirn\rck jako sy111hio111y hqdJ. paso:i.yly. Wydaj1: si<,;. :i.c len tryli i.yL·ia t1111o:i.liwia ga tunkolll pr1.ctrwanic 1.c 1.11ac/.1lli: 1.rcdukuwany111 1.cstawcrn genów. l\aklcric w krn111'ircc 110 spodar1.a 111aj:1 hard1.o stalli lne środowisko i 111og:1 pule gać 11:1 gospodar1.11 w k wesl i i doslarcz.ania suhsla11cji, klórL' wolno:i.yjqca haklnia 11111sialahy wy1wor1.yć we wlas11y1ll zakresie. l\lloi.cn1y pr1.yp11s1.0.ać, i.1· islnic.ic prl'sja sclckcyj11;1 do skracania genrnrniw. ponicwai. prowad1.i Io do 1.11:1c1.niL: s1.yhs1.ych wplikacji ge11rn1111 i pod1.ial<\w krnrn\r('k. 'W grnach wyslqrnją cały u.as kr(Jtkic delecje i nickou.ystnc 1rn1t:wje pu11klowc. Jeśli przys1osowawC1.o s1.kodliwc mutacje wystqpi<1 w kopii gcllll. kt<\ry nic: jesl j11:i. dlui.cj po 1rzelmy baklcrii, to dohtir naluralny 11ic h~·dzic przl'ciwd1.ialal clirninow11it1ich1. g1·11011111. IV związku 1. ly111 1.h~~dny gen 111oi.e hyl'. s1.yhko usuni<,'.ly z genomu. Niemal wszystkie geny ohc1·11c 11 fl11c!t11cm wys1,·p11j;1 niwni<'). 11 /is,·ll<'rid1io nili Kl2. Stqcl gl(>wny111 c1.ynnikie111 w ewolucji i!L'llOllHiw org:1ni1.1110\\' 1·11dosy111hi"IYl'I· nych hyla n1asowa 11trala 11iepolr1.clmycl1 /!L'IHiw. ( '1.as p()\vslani:i sv111liio1.y 1. 1ns1.yca111i jest szacowany na okolo »~OO 111iliot1ów 1;11 1L:11111. Od lego c1.;1s11 prn1Ts 111r:ity ge11wnie inlcresujqcc. jak poniw11yw:mic. w jaki sposr'ih 1.n1i«11ily si~ poszc1.egi'ilne ge1101lly . .Jed11y111 /. r()(l1.aj<.JW 1.111ia11y i11forrn;1cji ;.'.l'.lll'lyc:;.11cj 11 l.'.':1w mic .it'Sl inwersja. !11WtTs.j;1 polega Ila udwnll'l'llill rr;1g111c11tt1 Ilf'.!.\, \V wy11ik11 l°l.l').'.<> geny zmvmtt: w jednej 1. nici zostaj<\ pr1.cnicsio11c du drngicj. Rtiwm1c1.cc:nic ).liwyd1 1.111ia11 jc::I łranslokacja. l'uil'ga rn1;1 na 11s1111i<;cit1 frag1rn.·nlt1 l)f,I;\ 1.jed11c:).'.ll lllicjsc:1 i pu11u11·11y111 '· Wstawict1iu go w inne micjscL· w /'.l'lll!lllic. W pri'..VpadL11 daleko spukrL'\\'lli"11ycli /':1tu11 k<1w inwersje i lra11slokacjc 111og;1 prnwad1.i( du ,·alk< 1\1 itl'go pr1.t·l:1::ow;1ni:1 k11kj11<>::ci genów .. kd11;1k \\' pr1.yp:Jdkt1 ge11u111"w lilisk" SJ>i°« my nd11akJ.ć l'r;1g111c11ty ),!1'nrn1111. 11· kllt1,·1i il11:.;l11 ·111 dw(1cl111inlycli iwwrt·ji or:11. dw
I. Go110111y hezjijdrowców la jlc:;I i·;l('/.ci 111 i;crna. Va 11 J la111 i i11. ('.WO.\) określili to zjawisko mianem „skamieniałej 1;l;kj1 1 ()ści gL'.llllW" (ang. g1•11e-orderfiissi/). . . ( 'lwciai. /.arlll w 1okt1 ewolucji, Io jednak 11ie moi.na tego same~o p~iwicdzicć o kw,:n;:ji !'.t'IH°>w. Va 11 I l;u11 i in. (200.1) 1.aobscrwowali u tych galunkow. 1.c . iiii·sy 11rn;i 111icz11c zachod1.<\ c1.i;ściej ni:i. sy11011i111icwc (por. p. 11 .\)w pon~wn.aniu :•ali;id.t>\I' woliHii.yj;wycli. Wska1.11.ic' tu llil podwyi.s1.rn1;1 c1.1:stosc _utrwala1'.ia s1Q śrcd: '11 io 11 r;.y:;1osow: 1w,·/.o s1.krnlliwyclt 11H1lacji. l'-la ryst'.11kt1 l'.~._2 dlugosc1 gah,:z1 pro.wadzą~ L.,. du Uudtllf'l'll Si\ slosu11kowo dlugic. co wskazu1c 11a w1i;ksn: lemp~1 .n:uta~.11 tRNA "<'llllW 11 !\'Cit /'.illllllk ,, ' ' ' ,,··1J;rnlliwvch ' . ' w he1.plc1owych . p;u Jt ~) , ,1 't \.~ 1.( .... „ . . • '!iCJll"l'il :.~.ciHiw t( lg:ila i i11., ·_'.()()I).):)'.:' i'.<'11y 11ak:i.:\l'C do N. 1·011nr11 nie lllaJ:l swrnch r111 i1\l:j 1>1ia,litycil mlpowit:d11ik<)w 11 N.1•r011·1·::dii. a tylko J(J gc1Hiw /?. f"'.n.vąekii nie ma luiil.cj(llll\11 ,,"iOJl w olm·hic jest 1.wvkle 1ir1.vstosowawczo szkodl.1wel J ll<'l l Il' ' . ,sekWl'ltl·ji . . le"''llll . . " i 11 wi\'k:»i.ości i.'alunkliW taka nrnlitl'ja /.ostalahy wyclilllinowana w wy.ni ku sclekc.11. l~o pla 11 s 1.y 12. l(ll) poka1.nje gc11y H. co1111rii, klcirych sckwcn;-:.1.c ;,o:taly u~unlQ~C 11 ;i i. !.'l'llOltlll /( ,m 11 ·1i::l'kii 1ir1.t:z liL'iL·cjc. ()ich istnieniu w pr1„cs1.lose1 sw1a~lc1.yc moze 1 , 1.,:,.1i, 111 ·a 11 c 111;1r;'.i11al11ic 11i::kic podohie1\stwo frag111enlha gc11omy s:1 w prz~hltzcnlll l·J;liii;·;iriw. l\i!oi.11a 1rniwi1' j(:dyni1· o kilku translokacjach, ktrire wystqpil)'. we lragm~n: t:ii·li ;:il'i,·nionv1·h 1w pl:rn::;.y 12. l(a). l'uniwnanic kolejności gc1Hiw sta.1e sic,: hardz~e.J inl<'»<'Sllj:in· w pr1.ypadlrn 11ic,:o hardiicj odlcglych galt111k1iw. kd11ym ze sposobu~: :•r:ili\'/.llt'j pn·1r11tacji 1:1kiclt 11oni11•11;11i Sil 11.w. 111acicrn· krnpkowe (a11g. 11<:1-plo'. ma.Ili· . . pr1.vLladmv;1111:1c1l~r1. · '·I i g.1· t un I·,ow . ·1. im · l1·t111 ,.,,s). Tak:i wy1.11;1c1.011;1 <11 :1 lIwnc ·'. l?lwo/m1111 ,. H)L;i/ano ; r\·::. I :1 .. \ 1Wu1ld i i11. ..'.Oil Il. '/.a 1Hlllloc:<1 progra111t1 lll ,;\,<..;'f'P przeszul:ano 11 1 I . · · · w nic . I1 Ii1a . Ic'I· ·'/,
?.

cechuje duża koli11c:1rno.~ć. wskazujqca na pochodzenie tych chromosomriw od chromoso111t1 wyst\~puj:1cego u wspcilnego przodka rod1.aju Rfti;:o/>i11111. Wydaje sic; ż.e Iin iowy chromosrn11 /\. 111111e/iwie11s prnvstal p<"iźniej. Zawiera on geny 111aji1ce odpowiedniki w głównym chro11H1so111ic S. 1111'/i/oti. Roz.mics1.c1.cnie tych gcnciw wynika prawdopndob11ic 1. pojedy11c1,ych translokacji. Dlatego w przypadku tego chrornosomu nic wysti,:pujc wzorzec konserwatywnej kolejności genów. Su yama i Bork (200 I) pokazali macierze kropkowe uiyskanl: dl:1 wielu gcnornc\w bakterii i porównali, w jakim stopniu szyhko.~l; 1.111ian w knlcj11ości gc1Hiw zaló.y od rc:arani.acji. a w jakim od te111pa ewolucji sekwencji. \,'.l

.1

<

1,1

•

•

-

...... c '

\.()

•

-·

'"'

n,

:·:S '.:!

.!.:)

. :·. "„~·"' -~.o

,. ,

I ·1

..,,..

~"'..p··."·.·.•.

;::;

'J)

~

C•

j~'

~) I .li

·;:;

11,5

A

i.

t

.,

„

•

• •

0,0

0.5

I.O

1.5

1,0

2.S

kulisty d1romosoiu A. twuiflu·it 11s {pz · I O(') 1

Rys. 12 ..\. f\llacil'r/. krnpkowa il11struj<1rn kuli11l'anio:il' po111i\·d1.y kolistyn1i clirni11oso111111ni 1\. 111111 1:/ilt'il'lls i S. llll'liio1i (rc·prrnlukowanc z pracy Wood i in. :~IJOI: rnpyrigli1 2001 ;\i\i\S). Ka;i.da kropka odpowiada pozycji o najwyi.szy111 wy11ik11 111.t\STI' dla ohu sekwencji. A i Il wsknznj:1 odpowiednio przypuszo.:iluc miejsca inicjac.ii i lL'l'lllinacji rl'plikacji. ('wskazuje inny /',llal'l'.qcy fragrncnl niewykazuji\l'Y kolincnrności

Na rys1111kt1 12.3 wid1.i111y.

;i.e

11ajwi\~ks1.L' przclasowa11ia kolejności genów występuj<\

wkolistych chrornosrn11aclt w okolicach inicjacji replikacji oraz miejsc 1en11inacji replikacji. lJka/,lljc Io wplyw prnces11 replikacji gem1n1t1 na c1.yslość wysti;powania inwersji 1translokacji. Podobny d'ck1 moi.na 1.:1ohserwować w pr1.ypadku gat1111ków z rnd1.iny llid:c11si11 (plans1.;1 12.1 }. Zacieniony rragrncnt. w ktl\rym wyst~'pt1jq reara11;i.acje genomu, 1.najduje si1~ blisko 111iejsca lcrminacji replikacji. Istnieje jes/.l'l.e jedna s1.czeg(1lna wlas11ość rcplik
1124

się tempem występujqcych w nich mutacji. Replikacja cl1romoso11111 bakteryjnego rozi · czyna sit,: w miejscu inicjacji replikacji, postępuje w obu kierunkach i ko11c:;,y w micjs tcr111i11acji (na drugim ko1\cu kolislego ge110111u). Ka:i.da z n1c1 DN/\ Jest nicią wiocht dla polowy replikowanego genm11u, a nici<\ opM.nionq dla drugiej polowy, co do w1.orca zawartości ;r.asad widocznego na planszy 1.2. l. Ten sa1n w1.or;r.ec jest 1.auwa:i.aluy u wielu innych bakterii (Lobry, 1996) i mo:i.c być wykori'.ystywany do /.nawania 1.nicjsc inicjacji i terminacji replikacji w nowo sL:kwe11cjrnH1wa11ych genomach. tChambaud i in„ .200 I).

12.1.3. 1Ju11mrncja genów ornz 11oziomv transfer ~1m1ów Jak doU\d los ge11011H'iw rysowal sit,: w eie11111ych barwach sq one ska;r.anc na dcgcncracjt,: pri'.e/. s/.kodliwe 11111lacjc i delecje. Skoro 111alc genorny ulcgajq degeneracji, to w jaki spos(ib powstały wit,:ksi'.l' genomy. kllirc /.namy ohcc11ic? Najprnstsi'.yrn wyjaśnieniem pojawienia sit,.'. nowego genu jesl powstanie genu de 1101·11 w wyniku mutacji w sekwencji DN/\. Jednak taki proces jest trud11iejs;r.y 11i:i. 111ogloby sit,: pocz;1tkowo• wydawać. Mutacje n1usialyby wyslt,'.powac: na odpowiednich po1.ycjacl1 tak, aby ulwori'.'yl'. koduj<\C<\ sciwencjt,: podlegającą translacji i co 11ajwa:i.11iejs1.e dająq w wyniku i"u11kcjo11alnc białko. W edu /.apt'.Wnic11ia transkrypcji i translacji /.llllltOWancgo białka koniccwc hylyby równie:i. 1nutacjl' w sd:.wcncjach pu.L·d i po sekwencji jego ge1111. Jest mało prawdopodobne. ;1hy w genomach w wyniku lakicgo ci:1gu przemian powstawały nowe geny. \V pew11y111 1110111e11cie w przt:s1.lości powstało i.ycic, i aby wyjaśnić pochod:r.cnie życia 11alc:i.y 1.rm.umic'.Ć jak powstały cak i'.cstawy genów, które współpracują ra;r.cm i kontrolują funkcje organiz1n11. l'r1.yj1nujc si\'., :i.c musial istnieć kiedyś ostatni uniwersalny wsp(ll11y pri'.odck (ang. l11st 1111iversul co1111111111 oncestor, LUC/\) wszystkich obecnie :i.yjących gat1111kciw. Nie wiemy jakiego typu organizmem był LUC/\, ale 111oi.emy być raci'.L'.j pewni, :i.L'. miał 011 genom o du:i.cj liczbie genów, z których Wi\~kSl.OŚl; pel11ila i"u11kcjl' podohll<\ do gellÓW i.yjących ohce11ie organizmÓW, Jc:i.cli rm'.wa:i.:1111y sposw jest ich duplikacja (o.yli twori'.L'.llK' kopii genu ju;i. istniej:1ccgo w gc110111ic) urn1. po1.i()l11y tr:mskr gem\w (o.yli pozy:;ka11ie genu z innego organii'.lllll). Duplikacja mkinkl\11\. cu dupruwad1.i du jcd110C1.cs11t'._j duplikacji wit,·.kszc.i licz.by l'~'.nliw. k;,.l'li 1~ \'.e110111il· S<\ oht'\.'llC gc11 i jcgu kopia. to 111og<1 01tl' l'Wuluować nicza· lei.nil·. Wystt,:puj;\C\.' pmlst;1wic11ia ;1111i11ukwa~,owe w hialkach krnlow:rnych przez gen i _jL·gu duplikat 11ic h\'d'\ _ju:i. idc11tyn.11l'. l ·,.asc'.lll w jednej i'. sd;wL·11cji 111ogą wysl\'.po\VaL' pri'.yst11:,(111·awc1.o szkodliwe 111utacjc i udpowicd11i gen :;tanie si\' 11idunkcjunalny. Taka sekWL'.llCja ht,•d/.ic najprnwdopodohniL:j us1111i<,·ta / i~c11om11. ( '1.asarni jednak białko . 1· I . . . ' I [l ljJJ"ZCdkuduw;111l' pl"i'.l'Z /.d1rpl1kow:111y gL'll '/.ysk;1 nuwq 1111 \Cj\'. 111ci'.mtc1.11w ro1.11:\ m l · 11iL'_j. i w wy11iku d;.i:ila11ia dohorn 11;itmal11egu w gc11(1111iL' po1ost:111ic :;ekwencja genu

Genomy ilozj<\drowcliw

425

ijcj z11111lowana "·I", .„ l 1() . I „ kopia. kt(irt' 11ast1,:pnie h\·dq rnogly. 11 tcc i'.różnicowaniti 1· •si·i.tq.i IZdCJI · róinyc1I I un(c.11. · · Poziomy f.r:msl'c1· gcm)w" (ang. horiz.011/al gene 11wi.i"fi?J·) 0 ,, 11 ao.a wlqci'.cnic do ~ie„ noniu fl·a!~mcntu I )Ni\ pochod;r.qcego od niespokrewnionego orga11izrnu . .Jest to pro~~es istotn1c rowy \'.dprzekazywania genów w wynik11 replikacji i podzialll kolll(>rki. Istnieje kilka mozl1wosc1 pri'.cdosta11ia sit,• obcego DN!\ do kollllirki. Wicie haktnii 111 .1 :. _ 'I II . . . ' lllO;r. ti:vosc wc 1 a111:1111a :r. otoc;r.:·11ia odci11k<)w DN;\ dzi~'ki specjalnym rc·ceptorrn 11 11 a p()w1erzc:l1111 komork1 ko1110rk1 takie określa si<: 111iam·111 ko11H'irck krn11pell'nliiy<·h (all!!„ co111pel1'/// «dis). <)hec DN/\ 111o;i.e o.asa111i IWori'.yć ill'tcrodllplcks i'. I )l\Ji\ l'.o:;podar;:i i ~ast<;powac orygrnali1<1_ ko111płc111e11tarnq nić. l'(>I0111kowic 1<1kit·j ko111(>rki 111 aj; 1:;ckwc 11 C.Jv obc:'~~o DN~ _1ako 111tL·gral11;1 Ci'.<;ść ich gc11rn11u pruces ten nosi 11 a;.wt,· ilrnw; .. form:11:.JL N1cktorc bakterie celowo pri'.eka;r.uj;\ DN;\ do krni1N/\ pl:m11idowy111. W ten sjH>stih pl:1rn1idv. razem i'. i'.awarlym1 w 111ch gc11a111i, 111og;1 hyć pri'.ckazywam· do innych ko111aktcriof"aga iest w i'.aka:i.c11ia llOIVcj ko11Hirki. NicktlirL~ l"ra1'1J1L'llt\1 przekazywane I . .przypadku . '" . . I JN1\ . ,· 11 wl;10.a111a sit,: do gc11011111 bakterii. 1(01\l(·irki h:iklcrii 11 iajq c;tyl'l.llllŚt' 1 1uwn1ei'. )'l.l' 11 ·\.' 11·Iii .1 t I/. · orga1111.111ow · · 1·._. . . i'. komorka1111 ·1<1drowc(11V·. jaku :it· · wi,·k · · lnl·1nii ' ' JN;\ gospoclari'.;i i powoduje'. i.L' poziomy transler gc11ow .JL'SI bardi'.IL'j prawdopodolrny. . Zagadnienie poi'.iornego tra11skru gc1H)w budzi konlrowc.'.rsje i'.l' wi.gl<,.'lhl 11 ;1 i'.llaCl.l'· me w walce ;r. patogl'.IH1111i orai'. i'.wiq;r.ck i'. org:111ii'.111a111i 1uodylikmva11y111i )'L'llt'.lyL:i'.llil'. l'.wa~a..s1ę, 1.c ro;r.pr1.cstrze11ia11il' sit,• gt'.n(Jw oporności llil a111yhiotyki 11;śn)d hakt~Tii jest 11 z11,'.u.ny1n stop~1111 wymkici11 poz10111cgo trn11skru genów pri.l'llOSi'.onych w pl;v.rnid.ach. Znany J~St row111c1. Iakt, :i.c patogc1111c i 11iq>:1togL:llllL' s1.L:/.q1y bakterii nii:ni:\ sit,· od s~cbic ohec11osc1q lrng111c111W. Dopk:irn1owv 111 J. ;; :;·1.c/.l'jl z 'I·'!'()"/.\/"''''" (\~Je 111fekcw drug 111oci'.owyc:l1. Wc·kh i in. (200.'l poni11 nali 1~t:11u111v 11•1'ii to•·"l 1 ·: 1., ..1 ,. powD·r· 1· · · ' · -· · · • · · c liliowa I geny Jako ortolog1 w prl.ypadl,11 idc11tv<·1.11w:ci sd:wc1wji ll'i<,'i,:;1r·i nd

I?.

Ewolticja

12.1. (lllllOlllY llnzj:1drnWGtiW

()()'(,. iiri.v diip;i:;()waiiiacli ohej11rnjqeych ponad 90')!, dl1111.o~ci sekwencji gem\~. l<'i.li HJ')(i ;•eiHiw w:;pi.>lnych dla ws/.ystkich lr/.ech S/.C/.cpow. Jednak ca~lmw1ta 01'JHllll(lw · o I lec11;1 \V c; il c. 1 · 1111 1·1 11··'L'l'h Io 76··rn. co o/.nac/.a, /.e .1edy111e 39% ;;.., 1110 ~v:,:· oc110\V '" :.-. .' " · 'Ji':il . ll'SJlO· 1lll' ( 11 ;1 w:„, .. ,);SI 1· 1·l·lt '"'l'"/CJH iw Wvn i ki 11owyi.szych hada11 pri'.l~dstawiono na . ' "" · · · · . . , . . .

·I .'.. ·I. Mi >i.i ta pmlwa·i.al' pr1.yji_:lc krylcria wykrywa111a orlologow 1 wy111 k;IJąc~~ stąd zani, · 11 ·c·;I·" 1·" ·ich or1olon1)w 1· cdnak liezspr/.l'C/.llll' .po1111i.:dzy gcnrn11a1m występuJ't\····. /,UllC , 11 \\"'"\'SI ,)J,_ • t~ '. . .. ,, i::lollil: rt">i:ni('(: i !:;ii.dy'/. 11 il'! 1 1Ha )!.1:11y nahylc drog<\ po/.1on1cgo lransłcru gcnow. · ivl<; I<>:.:-. (k·

ITTOn

l.'1 '.!.,:'\\~

llll'\l:!!(l) 1,l'llll)'

!)

l:l•lb 17,(iu·o

1'111.'J.\\((ll'.i"/:ll"/l l'llh'n 1knv111
„,. ",. ll"/l'i'h s1.c1.l'11tiw /'.'. ni/i (rq1rodul.mva110 1.a 1.godą 1. pracy Welch 1•1.•. ·t., I' Pl t l\\ „ !J,l!Jll . 1·1l.·;IJ\' · . , · · 111 · ,. , , , ') . 1 'llll' /" „. 1111 01· 11ic Nillio 11 u/ .\rni/1'/H\' o/"S1·ie111'1's !IS:\.')'): I /O.~O -I. C.npynghl ~IHL Nat10nul i 111 „ „. 1!>1111 .„. . . I . I I . 1· ·· " · ,. · l IS\ l· ( ll"1.·tr\' • I"\" unl 11 wsb111ją pr1.1·wid1.i:m1: l1c1 'Y gl'll, • .' · " _ 11 ' 1 . ·' ' ' · ',. . , . , . . ·il \ 1 ·l ·ii 11 .1·,.,., 1 ·, 1·,·· 1 c 1ncl1 Nalciv. 1.\\T1"'i1' 11wa>:1· 11:1 1.ad1.1w1ap1co 1nalą hczhę gcnow · · I 1 \\',\/.!'S 11\'lll, t I \\ltlC 1l li~ ' · ,

, ·:

ii{ \'S.

„,.

t

\\:spnl11yd1 dla \\'S/ys1Lic!1 tr1.cch ~;zc1.L;pDW

„,.

pl!

1 .· .. I y pnrow11; · ( 'Fl'(l7) 111 11 ,., . 110111 .\' ,s;c1L'IH1 I\.ll'< · ·· · i KI '-· oka/.alo sii.~- i.c w genomie , „ szczc, . '.'lllc'Jtt1iw S('kwl'nc1·i · 1111 ">.:..• 1·7 1·1„(1/-. 1mnad 50 . /.asad. le odc111k1• ( 'I "1'():7 _i• \\f~,.1~\\VI() ' ' · " • u dlupości t:" •r, , 1

1

sckwciicji 0 l:iu.ncj dl11go:ici 1.3 IVlp1. sq spccylicznymi dla szncpu CI• [ 073 wy.span11 >'.l'JtOJtllJ.. l'imi:;lal
m„„-'.1:12::

. . · . ,'-./.Cl.l'JIOW, Cli

se

n.i; i µ,c 11011111 '"" 1·0/ i sq 1.wyk le hard1,1 > podobne do stcb1e u rozny:h ·tl't Jll .."· '\'JlllS"'L"/"tl;·c ich linie cwolllC"J.nL: 1u1.cs/.ly si\~ stosunkowo lllC· jlll/.\V, • · '· " · ' . J. . . 'k

11 , •;; 1; i<'ii'IOW<' j

dawiio. ( 'h;ir;iLll'.ryst \'C/.Jll' wyspy ;•,c1H1mu ~;/.C/.cpu CFl'07 3 powstaly /,ap?wnc w wy1n. u poi.ionH'!'.O 1r:in~J~:ru. gl'n11w. na co wskazuje wyst1;powa11iL' w tych odcmkach, gcll(~I~'.ll !'.<'ltri· 11 j„ :;; 1or1olo!::11lli i1111vch i'L'IH)w /·.'. 1·0/i. 1\la po1.io1ny transkr gcnow ':'sLI· . · · · · · „ ·i S ·cvf1cznc 1.ujr· i«>wnii·i. :iii:dii,a s1op11i:1 wvk11r1.ys1yw:11u:1 kodo11ow sy11on1rn1czn~c 1.,' pe ~ , .,;kdl:i oki«»·diinc;:•> organi1.1<111 111111:1r·.1c 1 11r1.chll'g prrn:es11 sclckl'JI p1ow.'.l'.'"' do c~i,u eh or!>.:111i1.11111 1.·1.\:s1osc1 wvk!lr/.ysl:i111a krnlrn1ow !>) no111rn1czny. 1111.•.·1 lr: 111 :Jn 11 !'l'JHl\\" L"<'Ci111j« i1111;i u.1,::;l11sć 11i.yci:1 pos1.c1.cgolnych km Ollll\V, '~ P 11 ' , . ,~ · • • • „ . ' , wysti;· · 11 .1\.,1 1·lcl\\"llti·i i··cli 1Ai.i1ic IV\'Jl\:t!':t 1"1.as11. Wvkazano /.11:1cz:1cc ro1,111cL: w c1,\~s1osc1 ' ' Y •· • • • • • , I . · .· strony l'"'v:t1iia k1JdlllH.lW po111i1;tl.1.y s1.l..il'IL·t11w:1 e:;.1,::·;L'I:\ g1~11u1rn1 :1 wysp:11111. '/. r 1ug1c.J · ' W/in·i.i'l' wykiH·i.ysl;mia Llldo111»\\' 11 1-.li.11ych .szczcpow t':. «oli jest bardzo podobny.

:,.1·

„„

Wide/. gc1H)w wysti.:pujqcych na wyspach gcnomu ma klt1c/.owe /,nacznic dla patogennych wlasności h;1ktcrii s1:1d nazwa wyspy patogcnności. Róż,nc szczepy E. coli ~yyks/Jalcily rói.nc lryhy i,ycia w /.alcżności od zdobytych genów warnnkuj;1eych nofunkcje. Jest Io prryklad islolnic rM.ny od tr/.ech galunków ll111'/111em, których linie ewolucyjne ro1.cszly sii_: w wyniku róż.nicowania sii.: organiznuiw ich gospodarzy,

w;:

12.1.4. Wykrywanie i clrnrn!derystyirn jlozimm~go irnnsiern genów p0 zio1lly trnnsl"i:r genów hud/,i kontrowersje, ponicwai, sloi on w sprzeczności /. tradycvjnym przedstawianic111 pr/.chicgu ewolucji w poslaci dychotomicznego drzewa. Jak już 1~~ponrnicliś1Hy. ohcc11c rn1.11rnienic /.Wi<\/,k1iw ewolucyjnych prnnil,'dzy S/,czcpami hakicrii wynika/. intcrprelacji filogcnc/.)' /,rckunslrnowancj na podstawie analizy sekwencji rRN/\. Kłuo.owc /,nac/,enic filogcnc/.y rRN;\ ilustruje c/.1,'Sle odwoływanie się do niej jako uniwnsalncgo drzewa iWocsc. 2000). Wra/. /,c w1.rnslL'lll liczby pOi'.nawanyclt genów, rośnie ilośc; informacji wydobywanych z ich sekwencji. Szybko stało sii.; jasne, i.c a11aliza filogenetyczna 1rn1że prowadzir: do niżnych wynik
tlnlllHl1l)!,l'.llllY

:il-I·

(·;tlLowit;1 lic1h;1 )~1:t1t\w '/(i{}~ ~qi)h {.~q„: 1 ~. 0 ) we w: .',y~;tl\icli .~ I) 11 ( 11,1)) \\' .! / ) \'.;"·! (-\(1,"11J u)\\' l ' \

427

na tyle czi.:sty111 zjawiskiern. iż ewolucji.: bakterii powinno się IH"/,L:dstawiać h:ml/.iej jako :doi.on:\ sieć powiq/.a1i nii. prosll:. dycho101nic/.n1.~ dr/.cwo (Doolitlle, 2000; Boucher, Ncsho i Doolitlle, 200 I). Inni uwai.aj:\, i.e jesl /,asadnc jedynie anali/.owanie rninimałnc„ go zeslawu najważnicjs/,ych gcnciw, klliry w całości jest pri'.ekarywany pot01nkrnn. 'l\tki minimalny zcslaw genów. kt
i t\ravind. 200 I). Jed11y111

1.

ciekawych przypad!Jlw jesl (iluRS dla

/~'. coli. Wic,:ksmśl'

j<\drmvców m:1 (lluRS i GłnRS. klórych sekwencje s;1 powiqzanc i prawdopodobnie poWslaly w wyniku procesu duplikacji. Z drugiej s1r011y. więksmść bakterii ma jedynie rnuRS odpowied1.ial11y za prawidlowc /.aladmvanic tRl\11\ 1' 1" i ro/.ladowywanic /.(Ilu 11 !RNA ' ". Prawidł1 iwo /.aladowany ( ll1H RN!\ rnn jest wyl war/.any ze źle zaladow:mego Uh1-tRN;\«1<, w reakcji lrans;1111id;1cji. k1ór:1 1iasl<,.·p11jc na C/,qsteczcc 1RN1\. \Vysti.·1mwanic szczepów /'.'. 1·0/i i 11ick11)rych innych protcobaktcrii rnaj<1cych gen (ilnRS i nicko-

428

·1; Gonon 1y lluzjqclrowców

12.

429

r1.yslaj;1cych ze szlaku lransa111idacji jcsl wi<,'.C rwdkic. Wskawjc to na występowani> po1.iomcgo transferu genów jądrowców do bakterii. Istnieje wiele polwicrdzo1tych c padków poziomego lransrcrn genów aaRS, co C:'.yni le geny dość niezwykłymi. W celu wykrycia poziomego trans rem genów ko11icc1.11c jest, aby gen pozostał cjonalny w organi1.111ic nowego gospodar1.a. Nowy gen moi.c zastąpić istniejący klóry ulegnie stopniowej delecji, lub leż moi.c dać gospodar1.owi nową, ui.ylcczną l'unkcj<,'., której nic 111ialy geny gospodar1.a . .lei.cli gen u1.yskany w wyniku pm·.iorncgo transferu genów bylhy nierunkcjonalnym pscudogc11L'.lll, wtedy s1.yhko zgrn111adzilby on wiele mutacji i w a11ali1.ic sekwencji bylby prawdopodohnil'. nic1.auwai.011y. Skoro więc takie rodziny ge11ów, jak aaRS S<\ cz<;slo przcd111iole111 po1.io111cgo lransl'cru genów, lo oznac1.a [O, i.C odpowiadajqcc illl bialka lllOg<\ funkcjonować hartl!.il'.j cJeklywnic W obcych ko1111'1rkach, a nic i.c DN/\ lych gcn\iw ulega e1.1,:sts1.cmu pr1.eniL'.Sicniu nii. i11nych. Czą­ slec1.ki aaRS lllllS!.<\ oddziaływać 1. e1.qstcczkai11i IRN/\, których strnktura jest wysoce konscrwa1yw11a; inne hialka mog<\ być zaangai.owanc w twol'!.cnic dui.ych kompleksów hialek 1. i1my111i s1.ybko cwoluuj11cy111i hialkami, wi<,'.C sekwencja pr1.cka1.ana poziomo moi.e uie być ;,dolna do el'cklywnego f'1111kcjonowania i 1.ast<\picnia wyst,:pujqccgo genu, ( 'zasami i.wraca si<,' uwag<,: na rM.nicc prn11i,~dzy aaRS i hialka1ni rybosomalnymi. Białka ryboso111alnc muszą oddzialywaĆ'. z wiclrn11a innymi hialka1ni i RN/\ wcwrn1lr1. ryboson1u, stąd dui.y nacisk na wsp<'llll<\ cwulucj<,~ tych gcuów. Bialka rybosrnnalne S<\ rzadko przekazywane vV procesie po1.iomq~o transt'crn gc1H1w. .lako krnieow<\ uwag<,: powinniśmy zapa111ii;lać, i.c nawet ge11y rRN/\, lak bardzo lubiane pr1.u. badaczy konstruujqcych dr1.c\va, były cz11sa111i transferowane poziomo, Y:1p, liang i Wang (I l)l)l)) odkryli, i.c u bakterii '/J1('1'111011w11os11om <"l1m11wgc1111 wyst<;· pujLo sześć kopii ryhoso111alncgo operonu RNA, 1.awieraj11cych 1.arówno geny malej, jak i dui.cj podjednostki rRN/\ . .Jedna z kopii jesl 1.nacz.<1co n\i.1ia od pm'.ostalych pięciu, ale ma bliski 1.wi111.ck z sekwcncj<\ wyslępuj11cą u spokrewnio11cgo gatunku '/'her111011w11os11om /Jistom, co wska1.ujc na prawdopodobny po1.io111y lransl'cr genów od tego gatunku. Wied1.:1c, i.e w pewnym slopniu po1.iomy lrnnsl'cr genów wysl,'.pujc u bakterii, waż· nym ccle111 jest oszacowanie e1.1,:s1ości jego wysli;powania . .Jed11y111 1.c sposobów na lo pozwalajqcych jcsl pr1.yjr1.eniL'. sit,: l'ragn1cnlrn11 genomu o wlaściwościaeh innych od po: 1.oslalyd1 olac1.aj:1cych je fragmcntl'l.yjr1.cli siL,: genom, kl\irc wyka1.ywaly prdcrL:ncjc kodon(iw w1.glt,:de111 typow~ch gL'.Jl(JW /•,', <'Ofi. \.\11.i<,:li n\wniL:i. pod uwag<,' lllOi.liwo~ic' po1.iorncgo transfcl'll operoiH~\V, .lei.cli kilka gc1lliW jest powi:11.anycl1 !lll.C/. prnn:s tra11sl:1cji, :1k 11ic ws1.ys1kie z nich s:1 nietypowe. hiorw· pod uwag<,~ powy:i.s1.c kryteria, to wlnly isl11iejc si.ansa, ż.e geny

zosraly przeniesione rai.cm jako operon kdn, . . . . częstość wyst<,:powania zasa~I 1'csl sl·h )Int z czynmkow r11ogqcyd1 wplywać na · „ · ' '< .imino' wasowy kodow'lll '" I · li 1.awrcncc i Oe Irnwn odkryli na przykład ie nich-·., 1 " 11 . . . ' e"'o ll:l . . ' · ·'OIL lid ,a 1.aw1cran dużo r"s·1 t I" 11 · · izyny. 0111cwai. lizynie Ot 1powiadaj:\ kodony AA/\ i J\J\C . , . „ . - .' • '' . . . . . .1, .1csl oczyw1s1c ze "L'n)' odi· . t ·I I " I I raklc1yw,1<1 się duzq zmv·irtości·i ;\ 1· .1. 1. 1 .. _J . _.' '" ,1y yc 1 lld C\ cha-, ' · ' , '

I:. .

' 1.

L\C!.<\C WS/V . . (lS/aL'O\Vanu /.e 7"i'1 ! ., )i'X . . ' "s·li" dl ' I l' c1yn111k1, . „ . " ramek odczylll li /•.'. colt J)()Wsl'll . :· -- '' (l iyl1 I 7.c110111i · ,1wwanc prze;. kierunkowe . " mm)' () •.-. L. a poc1.:11 .;,11 sq one ,I . 1 · 11 Hl 1.IL Je. /.nacza Io ie ,. . . , · stnsc1 1.asad ora 1. ci.est ości hidon •11 · . .· , · · 111.0ll L lllctypmvyclt l'I.\'0 ·1 u 1C!~aJq 1.1111:1110111 ·1ż sl'I . „· . . · • ' 11 01ac1.:1J<1cych 1c sckwcnc . (),c_·lilia n (I l)l)" ' ·.„· ' ' •1 .·•I\' 011L: podoh1w do„ · · I ,,'l\\'I'l'II. ' . . . . .11. ... l c I . „ ' . 1 1 s1<1d lllogl1 na podslawic L'/•'stoś" . . •ll LlS/.d<.ow,d1 t1.1:slosc1 111111aq 1 . . . . · .„. · l i wyslqiow11111a 1as·1d uzysl. : „ 11 .. · po,1aw1c111a SI\: gc1Hiw n:1hylych ll'I 1. · 1. , . . · ·' ". · \dl p11.y i 11.onL: czasy ·I I I · · ' l IO< /.C po1.1on1coo tr·iw·I 'l'lt () _ 11 w1e\ Io ",•-I 111ilion:1 lat CZL'lllll N;\ 11a 111ilion 1<11. . , , 'Oil 11p1Vll\' v od C/'l"ll r 1. 1. · . 1 , . . . „ cy1nych 0 alllnkt)w /•' .0 /'1 · \' •
„· . . "" .

. "'

„

.-

"·'

Powyższe os1.;1cowania nalei.y all'di1ow·1ć I . . .· : . . . czas określania sposoliu IHlWsl·111-i·1 ' ; .' . Psl1u1.nosc1q. !'01.Hllll i11cpcw11os1·i p()d I · · · · · ' ' genow icst wvsok1 ·1 ohli ·;'I · cownywanc rylko 11· 1 iiolH·iwic c .c iia w 1111.c1 1111l'l'ZL' s: 1 I I .- . 11 11.vp11s1.c1.L'll. M1lllo wsiysrl' "' .· . wyda,1e s1,: być o wide w·1ż11il'J"'/)' 11„"' l·t I· I . I . . '. ·: . ,o po1.1rn11y lrnnslcr !_!,l'IHi11· ' ' ' . " ' I/, \ () \() Wll' ( WC/l'"llll'J. I „ „ I czc111c111 komplelnych sehvcnc1·i . , , N' . ,, : Hzypus1.c1.a pr!.L'd wy1.11<1, . · „ ·' · · . . gcno111ow. 1cd:iwiie osz· . . · (() c 11111an, I ,awn'n · ce .. 1(1rn1srnan 'l()()()) . · • . .ilow.in1a 1 ,, 'P zyp1s11,1q po:;.10111c111u tra 11 sfl'rowi ", · . , . , . 12,8'Yr· e11011m I·:. coli \.Y.1rloś < 1· . , ·r . I . '"'c11011 ;,n,1c1.c111c w powsla11i11 .I , . ' . L .i JLS Wt\: (S/,a od IVS!"sll i ·I 1 . I I . JCrnego z Palu11IJJ1v \·''·ir·tLis'" „ . ·.1 • 'l pozosla yc 1 1. wv1<\lkic111 . •" · '' .L1101.111:1są'111· 1 ·;·. ·. 1. ·· ccgo DNI\ odnalezio110 w /11'. I . . . 'c „\co pu1111\ Lz.y gal111llrn1111, np. I I ,(,'.'i· oh· . . .\ < o11 <1.111111 1111c111110111r11· ·ile w . „ Il 111tali11111 nic
„ •

•

•

•

•

:

•

''

•

12·1·5. Slctnf]islrn grn1.l orto!ogic:rnych Prz}''. Jl tllownywan1u ·· · 1.l11on'iw . ee111'iw w r(,i11 icl , . solJJe zadajc111y jest Io i'I' ,_ . . ) l 1•u10111:wli p1crw:;/.v111 pv1:111ic111 i:iki(· ., · -, - · · ' ' orc "'gL'llo11· s:1 orlolot(ic1.11l'. ( )rlol( 1 „ ·1 ,„ , .' . · ktorc flowsr·il" ., , .• . „ • :~ .„\ /„.u1,11111 1 10111v(·l 1 I1111,ow. I • ' • d wspo 111q se 1·wl'llCJ „ li . · galunki lllialy doklad1-1ic IL' s·1111, . ,· ' .. I p11.1H \a w wy111lrn SIH«'j:wji. < ldvll\' 1":111· Il . · · · · • c /'..c11 /. 1"d11c1•0 p;1 1 znalc/.ć -jcPo . c o,„.1 11 ,.11.t l t~o 11111cPo "'il1111h1 I, I . 1· . . . .•„ ·"·' '„Lllld'.ll':·:l\\'ll'IL'!"'lll>ll".Li<>1·„ 1•\ohcc11cw11ickllirvl'ii ·d·-., · . 1yspo1111jc111y I .. ·' t nit. 11c ws:;;'slk1cli "J>o<'r i I I I I ·dl . „ ," . ·„_·. . " ,, ' ( .Lll.llp l'fllVl' I !'.<'llOllH>\\, i:i!.1111i . „ ' l0 1. 1.itp IL'!'o /(' powsr·dv p „. · . 'r :v wyniku delecji w t•.c11on;·1cil,„11: kt - - ·I· , _- ." i.11. flll'l'\\'S/.y u d:i111·1•u :•:i1.1111L11 :iii'" esr · · ' · · · rnyc 1 01vt>111:d111l' hvlv !'iii· . . 11·Ji:11\·ilv '" ::1· :I . . 'L--() Jl' /.
·1·

I I

„

•••

,,„

Gnnrnny l1ozj;1!11owców

12.

,,

'

,1•t·1H1W j:1drn1ff 11•1 1 1110::.:\ hyt; .icdt·n d11 jcdm:,!:n. jnlcn do v.:icli1 luli wicie do wiciu. Przyklacl skoll1pl'. 1.owa11vc·li d1qilil-.:1c'_li )'l'll•'iw pocLt110 dl:1 gc111iw ht:ksnkin:v.y 1ia rys.. (1.5'. · c1tnv p:1ry urtnlo)'.OW pt11111":d1.y c.·1.lmv1ck1t'!ll 1 s1.c1.urc111. ktore 11H11,1ia 1.1dentyfikować·•. d1q1lik:11:j" 11:1~:L1pily pr1.cd rn1.1·j:;cil'rn si\' dnig ewolucyjnych gatunków. .lcśli po'.. r11w11:1mv u.l11wick:1 / droi.di.arni. 111oi.c111y pmvicd1.icć tylko tyle. i.e istnieje rodzina 1i:11:il111•_<1W 11 ,·;lowit·k:1 i 1«id·1.i11a par:liog1iw u droi.di.y. :ile 11it~ 111:1 pokrcwic1istwajcdcnd11 Jl'd111')> ws1vstk() .IH iwicdzicl:. ze dwit• rod1.iny genuw„s;1 or10logic1.11t:, ho geny, które dały JHll.·zqtl·k rndi.11111111. pnp1wily :·;I\',,. wv111ku sptTplCJI w ok1Tslonym. ndkglym momencie

1.

!. ,:. :'.

Wystc;pują l~l

L'/.aSll. l\:1/.a d;111v"li :;ku pisk l'.t'llt'iw ortnlogic1.11ycli (ang. ( '/11s1a.1· of' Or1/iologo11s Group:i·, < '(J( 1110:;1ala utw11r1.tH1;1 w ,·t'.111 idc1ilylik;icji :;pokrcwnionych grup gcn(lw w komplct11vcli ·:i·l,w<'1wi:wli gt·11 wrai.li\1·y 11:1 wvl".11' progu. Jako i.c pnvnc grupy ortologio.1ie są znacz11il' \\:mli.i,:j .1.1'<1i.nin1w:11w 11ii. i1mc, hylnhy tr11d11e wyhrnnic prog11 odpowiedniego dla ws1.y::t k id1 i't:ll\ iw. li;11:1 d:111'.·1·1i ( '( )(; dla po·.·1.:1tktiw1l dost•:pnycli sied111i11 gc11L111H\w mlnalazla 720 -:k1q1i.·;L. \\ic"/.:\l':t wc·rsj;1 1101Vi\·L:;1.yl:1 si<; do .i_\ gc.11011Hiw. wlic1.:1j<\l' S11t'1·i111m111ycescl'· n'l'isi11<' j:1ko j<'tl,VJll'go jqdrnwc:1 ora1 s:t.t'.l'l'g !.'cno1111iw haktnii i arehcmvct'>W. ])o cl11vili "IHTll•'.I \\'y1.11:w1.1H10 .'..\O'/ :.k11pisk. l'u.y 1n.1 ty;:. gc·11ow w pl'lnylll 1.hior;.c gc11o!llÓll', (.\ tv:„ / 11ic·h 01%) z1dalo 111·1.ypis:111ycli do sk11pisk w('()(!. ()d;;etck gcnc'lW znnj-

dującyc,h si": w skupiskach 111:1 lcndc11cjt,' do 1.wi\~k~1.ania sit,: dla 111111e.1si.ydi genomów 1i:1ktcry.111):ch, np, u N11d111em 5h8 1. 575 genów (9lJW nic ma ort o logów u h~zJ:idrowcow. W miart,· dostępu do cor:u. wi\;kszcj liczby krnnplct11ych genonHiw j:idrowct1w prawdopndohn1c ht:d1.1e moi.li we utwor/'.c11ic bazy danych('()(; zawicrnj:iccj pow1ąza111a samych tylko gatlll1ków j;idrowct'iw. · · Jeśli .1.auw:1i.yrny. i.c 71 1X· 1.nanych gcntiw /'.osia Io przypisanych do skupisk. to oka· ),c sic;, 11. 1;:t111c.1c spura l1c1.ha gcn i . 11 Jm. 11 i. h . CJOV I coc; I) /, danymi opt;hlik;;wanyrni dwa lata wczes111l'.J (I atusov 1 11i.. 200 I l.„lnn:i inll'rpretacjq 1111>:i.c być to. i.e nas1.c 1nl'tody wykrywania 01tolog1c1.nych sekwt·11c,11 s:1 po proslu nicdostatecz11ie ci.ule. ahy odnale/.ć mlleglc dopasowa111a (icst In przy11aj111uicj częściowo prawd1.iwc, ale trudno oceni<.'. jak wicie dopasowa~1 przeoc1.yliśmy). Tr1.eci:1 111o:i.liwością jest to. że otwarte ramki ot1~· 1,ytu /.a-znaczone .1ak1~ geny w opublikowanych genomach w rwczywistości nic są prawdziwymi gc11a1m. J\nal11.11.i:.1c COG. 'l\1tusov i in. ('.WOI) udowodnili, i.c wicie 1, otwartych rai~iek odt'.zytu p1erwotn1c llJ'l'.ewid1.ianych u i\rro11y1w11 1>ernix (archcowiec niespokrewniony l~ 1~k(~ .1 1~opr;.cdn10 1.sdwt~nqonowa11y111i. gatunkami) nic bylo prawdziwymi genami. 1"1<11!:"1 ~· ( )('. '.rn~ze 1~:1'. potc11~·.i.:iln1e po111oc w 01~isywaniu genomów poprw;. wykry-11.m1c h1<1L11.1.1cych gL1mw. ksl1 11 gatunku hraku.1e genu, ale jest 011 obecny w kilku spnkrcwrnonych galurd\<1cli. to 111o:i.e to sugerować, i.c został pr1.eoc1.011y i warto ponownie bard1.1c.1 uwa:i.n1e pr1.es1.11kać genom. Innym potencjalnym zastosowaniem CO(; JCSI prrypadck. gdy gen 1.osi
1

bozjqdrowc:ów

432

·12.1.6. Filogenezy wyznaczane na poci stawie analizy sekwem;ji wspólnych ge' r pruteohakll'l'll'

Czasami filogenezy wyznaczone na podstawie sekwencji rói,nych genów nic są ze bą zgodne. Moż.e Io wynikać '/, ogranic1,c1\ uż,ylej rnclody filogenetycznej, z poziome ,,~ transferu genów albo z niedostateeznej zawartości informacji filogenetycznej w danUg'ol''.'.<' ., . I1. 'I'a'l czy 111acze,1, . . 111tercsu.P\ce . . 'tt. we1se1owyc sq pro'I1y ł mel owy 1·1 1 ogcnezy nu podstaw·'''.'· stopnia podohie1lstwa w zawartości genów w genornach, zarniast na podstawie podobiC'i{t 1 • siwa sekwencji pojedynczych genów. Niewykluczone, i,e daje to lepszy ohra1, ewoluyj\ calego organiz111u nii, len uzyskany z dowolnego pojedynu.ego genu. ·.'.' l'ierwszy111 elapern porównywania zawartości genów w genornach jcsl wyznac~~­ nic liu.by wsp(Jlnych genów międ1,y genomami. Suci. Bork i Huync11 (I 99l)) uż,yli al~ gory1111u S111itha--Wa1crma11a do pon\wnania ws1,ys1kich genów w zhior1,c kompletnych gL'IHJ111(1w. Para genów'/. róż.nych gcnornów hyla 1.dcli11iowa11a jako orlologi, jeśli dopa„ sowanic ich sekwencji było wyi,cj ocenione od dopasowania kai,dego z nich z osobna 1. jakimkolwiek innym genem i charaklery1,owalo si~'. wartości:\ !'.' 11111iejszą od 0,01. 1111 blii,L'.j spokrL:wnione genomy, tym wit,;ks1.<\ liQb\'. wsp('1lnych gcn()\v spodziewamy si~'. odnald.ć. Jednak genomy znacznie n·,i,ni<\ się liGhą posiadanych gcn
)',l/.yby

1

lliu1t,,1111 )

rn.~;linv

"'""'"'"'")

/ kn;tki ;11'\·!11..'lł\\'{'l

ltj1S.

12.5. Pilogc11c·za

\\')"l.ll:Jl'/.011:1 ll:I

potlst;iwic /.awarlo:·~cl w:-.p(>l11ycll

u1·11(1\\' \\'

pl'lnych sd, \\'t'llt'.i;irli

J!.I'

lllllllÓW, ohlio.011:1 z wykur1.yslallil'lll do111y:ilnv<'li pa1wm·1n'1w progr;11rn1 SI J( )'I' ( l
ka spośród gl<\wnych grnp l>aklerii 111anyd1 z lilogcm"1.v rl\f\I/\ r"l\v11i<'i. 1rnri11a /.11;il<'/(: wliloge11e1.ic na podstawie pl'lnych gc11rnu(1w. S;i jedna I; l'r;1g111c11ty dr/.t'Wa, klor,· 11i(' ::;1 dolm',C /,de(iniowallC' ( 11p. n 11,gal\''f.il'llia \VCWll<\lr/. kn')lcSI wa hakll'ri i :;q ''/.\''.;Io lllll Il i i'lll' kacjarni) albo sloj:\ w sprzccrności '/, filogcncza1ui u1.yska11yrni ua podst;1wic ::ckwc1JL·ji (np, I>. 111c/011og11s1N wydaje· si\' hyl' bliż.ej c1.lmvick;1 niż. C. <'l<'g1111s. :de lilogc:1w1.y 11;1 podstawie sekwu1cji 111uies1,c1.aj<\ !>. 111!'1111111g11s11'r i ( '. degn11,1· w 1•.r11pic wyli11kowcuw wśr(Jd pierwoustych. a ci.łowicka pr1.ypisujq do Wl\irrn1:;łvch (pm. p. I I. \„' )J. Moż.na mieć nad1.il'j<,'., i.l' lilugc·m·1.y wyz11:1<'11111c dl;1 <::1ly\'11 1:„11W \\' 111;ilv111 Mop11i11 1.aki,;1 od n1d1.;1ju 1•.cn(,w obj,·tycli analir.<\ lilu;11.·nctyo.11;1. hl1,'d< •W 11· :.„k 1\1<'1wji dopasowa11i:1. dohnrn gat11nków i llll'ludy krn1strnkcji drzcw;1, ;1 wi1;c ('/.V1111ik1i\\', Liu re 1naj;1wpływ1ia lilog,:nl"/,y wy1.11:w1:i11c na pods1;1wi(' :;,•l;w,·11cji 11oj\·dv1w11·cli ;•.<·1111\\'. Istnieje szereg sposobów ohlic1.ani;1podohie1\stw;1111i1:d1,v1•c11rn11:1111i. :-;1;111d:1rdt111-11 lll<'i ZWielkości gc11t111Hiw, 1.amiasl d1.iL'.kni:1 pr'l.l'!. lio.h1· 1•c11\i\1' 11111i('.i::1.".'·"" ·'""111111111. I .i1"1.li:1

or11a11ulli

11·;;p1ll11ycli )2.t'11r1.y elwicliby wykl11c1.yć gc;11y 11iclllającc ortolog1iw w :i.adny 111 ;•:1ł1111k11. Spo::ol1 ohlict.a11i:1 odlc1."lości na podstawie podohic1isłwa jL;st raczej 11v i 11ic' wvkor1.ystujL: dolir1.c 1.ddi11iowa11cgo 111odd11 ewolucji gc110!llll. Gdy mmny 111:1ciLT;: odlcglości. is111iejl' wiek 111etod wy1,11:1c1.L:11ia dla nicj drzewa fi l\Ji,·sl1'.ly. wszystkie Il' s1.u.cg1\ly w pL:w11y111 slopniu wpływaj:\ na ołr1.yma11e w dr·1.1·wo: l'~:.1d:il jcs11·ś111y w pou.:\{kowcj l"a1.ic roi.woju 111clod .li logc11~·tyct.11ych dla całych ;'.L'IHlllHJ\V 1 1111111" :i.c: 111d1Hly. takie pk la. prnwdopodolrn1c 111c rn1.w1q1.<1 wszystkich pro. l>l1:111{Jw, Io tlaj:1 11ad1.icj\:, i.c wr:11 z rosn:1c:1 liu.h:\ krn11plcł11ych gcno111«iw Ui'.yskiwane i1il«irn1acj<: llt;d:1 sit; slaw:1t' com;. hard1.iej ui.ytcc1.11e. \V 11rncy .')11l'1:1. l\urka i I l11y111:11a ('.:'()()~'.) 111oi.na 1.n:dciL; i11łncs11j;1ce porównanie :'.:111·:1r1w:ci g,·1111w w )',t'11<1111ach prnlL'ohaktcrii i arclwmvuiw. /,:1111iast wykor/.ystywania tJhcL·1111ści )!,t:111iw d<> łWtll"/.t~nia lilt>gl'1Je1.y 1.akladaj:\, i.c dri'.L'WO jest ju:i. :r.nane, a metody lilt1ge1w1yc1.111· :::111:i.yw:111L' w ct:l111.hada11ia mccha11i1.111tiw ewolucji gcnonH'iw w ramach l<')-'.ll dri'.nv:1. /.111ia11a zaw:1rtości ge11ów nllli.L' 1.acllOdzić popr1.cz delecje, duplikacje, po: 1.i
hr11L 1•.t·1111

)!Cl!

)!.l'll

:\

li

('

hrak

1•_e1111

Il

rnoi.liwo:;1: dw<'H.:h nie:1:ilc/i1ych /
1.!,.\).

\\1/11111 ·(·

\\'ystc;po'' a11i:i

'1t i111)' !L!l1:,kr ;•1'l1t 1\\'

gc1111

nd H do (' luh

w c1.1cnTh

n:111d\\'1/11,

hqdi

t!L'llt 1111;lt'h.

pr1\'.'"

k11lry 1110/.na wy1lu1J1<1c1,yl·

dwa 11il·1.ale/11c 1.:111iki

gc1H)\\' 11

hqdź

przez po-

gatunków A i D

( ilt>w11y111 u.v1111ikit·111 wplywajqcy111 11a rl'1.11ltaly tych had:ui jest w1.gl\~dny kosz! p1lypis:111v po/io111c11111 łr;insl«·rmvi gc11t'>w ora/. dt'lccji gc1uill'. Gdy gen jest obecny 11 Sl.ł po1.ionll')!,O lr:111sl«.:r11 '.'.L'.IHi11· jc::;I h:inl/.o wysoki. krytcriu111 111aksy111alncj

435

wskaże oczywiści<: delecję. \V rezultacie program rekonstrukcji filogenezy skrajnie duże genomy prwdbiw zawicrająL·e ka:i.dy gen, który wysti;pujc ~hecnie 11 clioć jednego 1. galtmkciw. Jeśli kosi'.!. pm.iomcgo transforu jest niski, w 11logcnczic nic h\'dzic delecji. Ucny będą pochodziły z innych galęzi drzewa i będą wiclokrotnic pr:r.ckazywa11c po1.io1110. St;id przewidywane genomy przodków h\~dą bardzo niale. S11eL Bork i I luy11cn (2002) dos1,li do wniosku. że pionowe dzied1.ic1,enic ,,cnów hylo gl<\wnym czynnikiem ewolucji genomów (tj. wi1,~kszość genów bylo przekaznnych pionowo 1. popr1.L'dnich W\~1.l1\w drzewa). i'. delecj<\ i pows1awanic111 gc111'iw de 110 ro jako dodaikmvymi pr1.yc1.ynka111i. Na podstawie lict.hy 1.dar1.c1! w najhardziej parsy111onie1.nym rozwi:11.a1.1iu uzn,ano, :i.c po1.iorny transl'cr gcnliw hyl wa:i.ny dla wyjaśnirnia w1.orcow ohec1msu h:1d1. braku gcnow. ale był r1.ads1.y 1111. utrata 1 lwor1.c111e ·się gc111.>w de 11m·o.

arsytnonii

1;rzcwidzi

12.2.i. Por.hmlz1mie mitochomlriów i thlorn11lastów zarówno 111itocho11dria. jak i chloroplasty s;\ organellami w korn(Jrkach jądrnwe6w ogra' niczony111i hlo11rnni i maj:\cyrni wlasne gcnollly. Pomysl, :i.cle organelle pochod1.c1 od e11ilosy111hiotyc1.11ych bakterii nic jest nowy (f\ilargulis. 1981 ). Wid1.ieliś111y ju:i. przykłady bakterii. kt(1rc 111us1.:1 :i.yl' wewnątrz wi\~ks1.ych komórek jako paso:i.yty h:1dl. symbionty. Przeskok od takich bakterii w kierunku organelli h1,;lh1cych inłcgr:d1q ct.i;ści;1 konu'irki wydajt.: się hyL' niewielki. IYlallly Phecnic mocne dowody 1. anali1. sekwencji gen<'>w pochod:qcych 1. geno1rniw organelli, :i.e z:in'>wno mitochondria, jak i chloroplasty pojawily się w drod1.c 1;,ndosyrnhio1.y. Zostało to poka1.anc przez wielu hadac1.y ora1. ornówione przez Ciraya i Doolittk'a ( ll)82) ora1. Graya ( ll)l)2). Jednyrn 1. hada1i połwicrdzająeych Il,: tel.\~ ,iest praca Ccdcrgrena i in. ( l 98B). Autorzy dop:1sow:di rRN/\ 1.ar(>w110 malej. jak i dużej podjednostki rybosrnnu 1. rcprczenla1ywnych gałunkciw archeowc6w. bakterii. jqdrowdiw, mitochondriów i chloroplasł.nych gatunków jest trudne zL: wzgl\'dt1 na duż;11111icnność w długości sekwencji poehod1.qcych z różnych domen :i,ycia. Mimo to si rukt ura drugor1ędowa tych cząsteczek RN/\ jest znana i są pewne nhs1.ary, kl(>rc sq praktycwic nic1.111ien11c we wszystkich domenach. Ccdergrcn i in. ( l lJB~\) wyhra„ lido anali1.y lilogcnelyc1.11cj l'ragmcnty sckwcucji 1. najhardziej konserwatywnych CZ\~Śei struklmy drt1,L',Or/.(,~dnwcj. Odkryli oni. :i.L.' podział organi1.mów :i.ywych na trzy drnm:ny - :irclwowcl', bakterie i j:1drowcl' hyl dokonany na solidnych podstawach ora1. i.e sckwL'lll'j<' 111itocho11dri1iw i chloroplast1)w stanowi<\ odgal\:1.icnil' wewn<\łr1. c11h:1ktnii. Sekwencje c·hlornplasł(Jw hyly blisko spokrcwninnc z .-;inicallli grup:\ wolnoi.yjących bakterii rutnsynlL'Zlljqcycl1. Ornac/.a Io. :i.e ro1osyntc1.a 11 j:1drowd>w (li.Il. roślin i alg) zostala „wyn:ilczirn1a" Jll'l.l~/. he1.jqdrnwcl' i przejęta prze/. j;idrowcc 11<1 drodze cndosyrnbiozy. Sl'kweneje 111itochondri1iw hyly pod11i)J}l' do posiadanych pr1.e1. u pmtcohaLłcrie grup\' zawicraj;\C<\ bakterie wewnqłrzkornórkowc, takie jak Nicke11si11. Cll«iwn:i ro„ 1 lą wsp(>lc1.esnych mitochondriów jest oddychanie tlenowe. <)1.1iact.a Io. i.c oddychanie „ __

I

J

436

12.

Iknowe r(>wnie:i. 1.ostalo wynalezione pr1.cz bezjądrowcc i pr1.c.kte drodze endosy111bio1.y. Wicie z genów ue1.eslnicz<1eych w systemie transportu clektron(>w w procesi~ dychania znajduje sic; w genomie mitoehondnalnym. Dwa najbard1.iej konserwaty ;, nich to podjednostka I oksyda/.y cytochromu c ora1. cylochrorn h. Sicheritz-Pon Kurlnml i Andersson ( 1998) por(>wnali sekwencje tych dw()ch gen(>w z genomów lll cl1omlrialnych i bakteryjnych. Odkryli oni. :i.c geny rnilochondrialne byly spokrewn' '\ /. . . 1· . I . I . . I I ·, IO.ne z ge1ia1111. I'. \TC\('//su1 1 os/.acowa 1. /.c (rogi ewo ucyJnt: rn1toc 10nt now i Wckett.~la'„· rn1.dziclily si1,: okolo l„"i···2 miliardów lal temu. Jest to zgodne z pochodzącymi z· • . , Ie I s1.acun lzam1. l Iotyc1.:1cym1. czasu powsta1na . Irnrnorc , I<.J<\t · Irnwc\lw. Inną gru ' lll-. nyc Il i.r()( Y sekwencji dostarc/.ajqcych clowodliw na IL'.lllat pocl1od1.cnia organelli są białka szot:\ cieplnego I lsp(>O (u bakterii 1.1rn11c jako ( :roEI ,). S:\ Io białka 1. rodziny chaperonin, kt6~ re po111agajq n io. w i 11i1,:I y m ora1. "/.le 1.wi 11i\~Iy111 bi al krnn w udnajdywani u prawidlowyćl struktur. Anali/.a lilogc11etyu.11a tych sekwencji n'> w nici. poi w_icrdza pokrcwie1\stwo mię~ d1.y 1111loclm11dnat111 1 Hickellsw oraz 1111\?d;,y chloroplaslan11 1 s1111can11 (Vtalc i ArakaH f 9lJ4). M_i1110 iż_ białka swku cicpl11,cgo 1lloi.1ia 1.nald.ć w mitochondriach, kodujące)~ geny 1.na.1du1ą SI\: w .J<1drzc J<1drnwcow. lntcrprclaCJa lego laklu JCSI taka, i.e gen Hsp60 ws1.cdl do j:1drowców w krnrn\rkacl1 haklcrii, które przekształciły si\' w mitochondria i :i.L' gc11 1.ostal pM.niej pr1.cnicsiony z gc110111t1 1nitochondrial11ego do genomu jądra. Jak 1.ohac/.yrny pon ii.ej, wicie i1111ych gem\w również. /.ostało przeniesionych do jądra z gc, 11omów orga11cłli. Wi\:ks1.ość gc110111ów rnitochumlrialnych jcsl 1.naC1.<\Co 1nnicjs/.ych od genom6w haktcry_i11ych. Na przykład genrnn mitochondrialny c/.lowick:i, co jest typowe dla gc~ 1101rniw mitochondrialnych zwierząt, ma dl ugość jcdy11ic I (J kp;. i /.awiera 37 genów: 13 genów kmlujqcych hialka powi:1za11e ;, la11cuchem lransporlu elektronów, dwa gci1y koduj:1ce rRN/\ oraz 22 tRNA. Ewolucyjna luka mi\~d1.y mitochondriami i bakteriami 1.1rmicjs1.yla się nil:dawno znau.:1co w wyniku zsekwcncjonuwania wiciu genomów ml~· tochondrialnych protistów (Gray i in., fl)l)8). Spośr(>d 1.sckwcncjo11owa11ych genomów rnilochondrialnych najbliż.s/,y baklerii jest genom nale:i.ący do !frcli11011101111s a111erica1111 ( L:1ng i in„ 1997 ). Jest to jed11okon1órkowy prnlist slodkowndny nalc:i.:1cy do grupy na: 1.ywanej l.1111ko::.oo. Genom ma długość (Jl) kpz i zav,1iera 97 ge1H1w. Na obecne w nim hialka składają si\'. 24 białka 1. la1icucha lransporlu elektronów. 2l\ białek rybosomalnych (lj. składników rylmsolllu 1nilocho11drial11ego), ,J białka wcliodz;1cc w skład polimerazy RNA, Ci i1111ycli pclt1i:1cych ponlllicjsze funkcje i pic;ć: o nict.nanych funkcjach. Wysl~' puj<\ lulaj trry geny tRNA, jako i.L'. poi.a typowymi !RN/\ 111ale.i i du:i.cj podjednostki rybosomu, wysl\~puje tu )S rRNi\. ksi lei. gen rybo1111klca1.y I' !{N/\, nieobecny zwykle w gc1101Hach 111ilochomlrialnych. jak niw11iL~:i. rozszcr1.011y /,L'Slaw '.2(J 1RN1\. Opr(JC/. faklu posiadania wi\·ks1.cj lio.hy gcrniw, są tc:i. i1111c przesłanki do twicr· d1.c11ia, i.c N.. wneric({lf({ rna gt:num hanl1.icj 1.hli:i.011y do gcnolllll pierwotnych bakterii, 11i:i. jakikolwil'k inny 1.c /.11a11ycl1 ge11orn(Jw 111ilocho11dri:d11ycl1. Czlcroskladnikowa po· li111~:ra1.a RN/\ kodowana w tym gcnrnnil' jest podolrna do tych 1.11;dc·i.ionych u bakterii i jest ona /.11ac1.ąco odmie111ia od jcd11osklad11ikuwL'j puli111era1.y kodowarn:j przez geny j<1drowe. jaka wyslt,:pujL: w wi\·ks1.uści 111ilocho11driów. SugcrujL'. Io, i.l' jednoskladni~o· w:1 poli1ncra1.a 1.astqpiła lrnktcriopodolrnc· geny polimcrn1.y w proce.sic ewolucji 1111!0·

\\'f1·/1.1Thlflllii

f'tolull1ccu wi< k<·1/111111ii

f\,lil
/(i:c/ftH!l/10/1(/.\ Ull//'lir Cl/IU

Ule h1'lf.\iu 111rnvu1ekii

nuucliu IJ11rydo1/eti

lsd1cthl1ii1
l\up/1yr11

/Jlll/!lllCU

l.}/1fllllf1/HJftl/HllWftJX(/

d.1nnt_lrit'Jw jui. s1os1111Luwu wu.es11ic. l.an.<.'.. 1· 1·11. ( J<)lywy Sl'k1Vc:11cji 1.11:1jdt1j:1cycli c:i,· JIOIV\';.L·j kl)(l1111tiw ::1:1rl. lłln.- „i,; 11. 111·: 1. ·:i·· byc sel · · SI · · · I. '.''IVL'llc·.1a1111, lllll' Dalgarno, 1·11 s11gnuj1·. i.1· 1r;111:d:1cja j1·::1 i11i«jll\\';it 1:1 '·' ten :.: 111 : '•posoli. cu 11 bakterii . .il'sl lei. wicie upcrn111iw (tj. grnp k11kj11ycli. w:.p11l11i" 11: 111 :;L 11 · howanych "l'n(iw) . , ·I l \\' )'.l'llOlll:ll" Il /,;li"()\Vllt> . •\ . · ''.'. . W\''"I .·" \'flll" .l•\l.)'l N.. 11/llCl"i<'illl•I. j:il. j l1:1k1<'1 il. · nderss()n ( 1lJl)" · · . 1· · · · 1 · 111. <>) 1>u1uw11.i 1 )!t'll1i111 11111odw11dn:il11y /\. 1ll!i<'l"i<"u1111 „ 11;ijli:iril/il"j

or!) ano Ili

439

~.~L'.llOl!l(iw milochomlrialnych byly odnajdywane w ge"0111ach j;idrowych gatunków, które nic n1aj;1 lllitocliondriów. Sugeruje to, że grupy li' inusialy kiedyś 1nicć 111itoclw11dria i 11tracily je na pM.11icjs1.yrn etapie. Nic jest 1' ' z Pcnrnnow ' ws1io'I c1.esnyc Ii !~alu11 I, . . Ii llllloc . I1011rnw 111ema1ącvc wi,···c .l",isne . , c1.y I'11\rvs J tlrióW foktycznic pochodzi rnlkowiciL: od gc11ornu orga11i1.rnów, kt6re nigdy nic 111ialy nitoclH>t1dri1\w. 1 (lcncralnic 1.aklada się. i.c pr1.ypadck cndosymbiw.y prowadzqcy do powstania chlo1.darzyl si\' po cndosymhiotycznym wyks1.talccniu się lllitochondriliw, gdy:i. wicie jądrowców niemających chlornplastl°iw, ale niewicie takich, kt<'>rc s<\ pozb:nvionc mitocl!o11dri1)w. lst11icjc kilka typów alg wyposa:i.onych w chloroplasty,. k.tóre powswly pr1.c1. wchlonit,:c.ic wc1.cs11ych sinic. Nicktlirc /. nich cwoluowaly pM.~11c.1 do roślin lwlowycl1. Jest w 1111:11\' pewne, ·i.e chloroplasty we ws1.ystk1ch lych orga1111.111ach wywodzq si~'. z pojL:dy11c1.cgo pr1.ypadku c11dosymhio1.y (Gray, l lJ 1)2: Douglas. I lJ<)}\). jednak isl11icjc wil:lc j:1druwc1\w 1naj:1cych chloroplasty, co do kt1\rych 1,aklada si1~. i.e po, wsialy podczas wt<1rnych pr1.ypadk1\w e11dosy1nhio1.y, gd1.ic algi powstałe w pierwszym pri.ypadku hyly wlqczo11L' do wn1~trza innej ko11Hlrki j;1drowców. Wtórne pr1.ypadki en· dosYlllhiw.y najwidoczniej nasl\'.powaly wielokrotnie (Douglas, 19 1)}\). Niekt(lre z tych koi;i{H·L~k wcit\i. rnajq rn1kleornorr ( klóry jest po1.ostalości:1 j:1drn ko111órkowego algi włą· czoncj w c1.:1sie wllirnL·j cndosyrnhiozy) obok pelnego jądra jqdrowd1w pod1od1.qcq~o zko111(1rk i 1H1wego gospodar1.a.

"cnY uwai.anc 1.a pocl1od1.:1cc od

c,

: .11111'irki 1·11k;11io1yc1.11c ,·h;11:1L1c•ry1.11!:\ ~:i1· ohccnoś,:i:\jądra ot11c1.011ego wlasnąhlonąją; dr•>ll':\. ::L:1d P'"·h11d1.q gcnv w p\dr11·" l·ilogcnu.a rnok·kul;1rnawskaz:1.1ąca 117.y domeny. "1.:>,:111i'l.1111\11· i.ywych 111c 11111i.c d:1c 11:1111 1ldpowwdz1 na pyta111c czy .i:idr'.lWce Sl\ hlii:ej ::p11\..n·w11i!\llt' '/. h:1L1t·nalll1. czy z :1rl'11,:mvca1111. ho dr'!.cwa sq 111ellkOr'l.L~n1one. Gdy mó. wi111v "1·alwi1·i oq•:111i1.11Hiw :i.ywyl'l1. 11ic potrali1ny wsk:1za,: grupy 1.ewnętrzncj, która 111"it' posliri.y1; 1.a Lor·1.l'i"i. l'rohlc111 te11 1.1Jstal ro1.wią1.:111y popr1.e1. ui.ycie par genów, L11'""' 11kgly d11plikacji pr1nl z1'1li.lliulwa1iiL·lll si1,~ 1r1.l'cll donwn i.yci:1. \V związku z tym .:·:111111l:i /. Lai.d1·j z do111c11 111aj:1 oh:1 g,·11y. l;ilogcno.y sko11strnowa11c na podstawie tych 11:11' ;.:1·11ow 1l1:1j:1 dwie pnlowki. L:1i.da 1. pnl61wk stanowi kmze1I dla drugiej pol6wki. i'u.yLl:1d1·n1 t:1Licl! gen11w :.:1 gc11y ,·1.y1111iL1iw dongacji. u.1·sć aparnlu translacji. lwabe 1 i11. (I '>~;')l om'/. ( iog:1rll'11 1 i11. 1I 1 )~) 1 J) wnioskowali. :i.c km/.L:1i 1.11ajdujc si~~ na galvzi 11r11w:Hl1.qn:j d" l1;1ktvrii i 11 1.wi:vk11 /. ty111 j:1drowc1: są hlii.L~j spokrewnione z archcow1·:1111i. St:1d w11iosl'L. i.l.' j:1drnwcl' powsllily z pr1.mJka, k11iry hyl archcowccm . .lcdnak~.e 11i1·k1mL' lilop.L·11L·1.y hi:ilck wsk:u.ują. i.ejądrnwcc są hlii.s1.e jed11crnu 1. I aksonów bakterii. ( i11ldi11g i ( it1pl:1 (I 1) 1J)) sugnllj<\, i.e jądro u jądrowców jest chimerą, powstałą prawdol"Hlol111iL· 11a drnd1.1.· l't1zji archL:mvc·a i bakterii. ;\le jl'śli po1.irnny lransfor genów był •.·.1.1·::1,v w1· wc1.<·::11ycli i'az:ll'li 1:wolllcji ko1111.lrki, Io moi.li we. i.l' genom j:1drowców prze~ i:\I ).'.c'llY 1. wi1:1i1 1·1ii.11ycli /nidcl w nii.11y111 u.:1siL.'. l'l!ilippc i J!orterre ( 1999) ponownie 111·/r:11wli·1mv:ili d:1111·, k11irc posl11i.yly do ukor1.cnic11ia dr1.cw 11a pud.'itawie zduplikowa· 11yc:li gL'lll.lll'. Odkryli. i.1· d11.cwa 111wm1.unc· dla nii.nycli par gL:1H1w hyly c1.ęsto niczgod111: i wsl::mdi niw11iL.'i. na prohle111y wysycenia sekWL'llcji rnutacjau1i i pr1.yciqgania się dlu:,id1 i!.1.hawio11L' 111itul'i1011dri<°lW grnpy pojawiały ',i1: puy P"d::tawi1· dr1.1·w:i i w 1.wią1.k111. l,Vlll okrL·śl:11!ll jL'. mianem 1\rdli';,011, sugcruj<\C .,. ,"l'lll'\' I<' :;:1 prad:1w11y111 1ak:;"111·n1. l;i1\ry ll'yd1.iclil si\'. 1. gk>wncj linii j:1drowców 111 i.<»I lajk\' i llirl. l 1JlJ/'.· Roger. l 1JlJ 1)). /.darzyly si,· równic·i przypadki, gtly

12.2.3. Trnnsfm- genów organelli do

•

c

•

•

jądrn

Liczba genów w genomach chloroplast(lW i milochondriów kolosalnie si<,' zmnicjszyla od czasu ich wh1c1.cnia do kom6rek j:1drowc(>w. Widzicli.~my jui. tendencji,: do redukcji row1iaru )!,l'.IHH11u w bakteriach wewnqtr1.ko111órkowyeh. takich jak U11d111ern i l?ida'/tsia, wynikaj:1ccj 1. utraty genów. kt1)n~ nic były jui. bakterii potr1.ehne, gdy~. kom6rka i gospodarza dostarczala substancji, jakiL'. musialyhy hyć wytwor1.onc pr1.cz gatunek wol·110~,yj:icy. fod11ak organelle pos1.ly jcszc1.c dalej. Wi<,'ks1.ość genów hialck potrzeh11ych do funkcjonowania i replikacji organelli zostala pr1.enicsiona z genomu organelli do j:1dra. W dohr:;.e 1.lrndanych galL111kach, takich jak czlmvick i drni.di.c, Wi\'ks1.ość j:1drowych gt~11ów hialek 111itochondrialnych 1.oslalo zidentyfiknwa11ych. lst11iejc specjalistyczna h:m1 danych l11dzkich białek rnitoclmndrialnych (na stronic pod adresem htt:.p: I /bi o i 11 I o. n .i:,; t. qov: 80 flO I exarnpl•:c::,~ I :3t::rv1eLc: I index, h Lnd.), klt\ra doslan.·1.a szc1.cg(Jłmvych informacji 11a lemal hialek j:1drmvycl1 i mitocłurndrial­ nych zakodnwanych w 1ni1ocho11driach. S1<1d wiemy, i.c lransler gc111)w do jqdra hyl li' pr1.es1.lości c/.~'.sly ale uy nadal nasl\'.pujc? Jednym 1.e sposoh
l!

J

440

12.

[stllicllic l'rng111cntów 111itocholldriai11L'.go DNA w .i<.1dr1.c wskazuje, :i.c transl'crin~; :i.c być nadal 111o:i.liwy: ale nic jl'sl pcwllc czy pr1.c111cs101lc g~ny !nogą st.anowić funk~ cjonałllc odpmvicd111k1 gcnc'Jw w 1111lochoi1dn.urn. W, ~·1.cczyw1stosc1 .w .nu.lochondriach zwicr1.qt (tj. wielokomórkowców) tran si er na1 wynv.lltC.J 1.al r1.y111al St\'. pk tś czas Zwicrz<;cc genomy rnitochondriałllc mają hard1.o zrcdukowmq liczbę genów, ale dokładnie taki sam zestaw genów 1no:i.na walc:f.ć u wszystkich typów zwierząt. lie1.ha gcn1)w vv tych gcnornach llStalila się pr1.cd 1.rM.nicowanicrn się typ1)w zwierzęcych i pm.ostała lliczrnicnna pr1.cz ponad 500 milionów lat. .lcdllak 11 roślin okrytonasiennych istllicjc wicie llicdawnych pr1.ypadk()\v (tj. w ci<1gu ostatnich kilkuset 111ilionów lat) truns-. f'cru gen1·1.ehadali zbilir q kompłclllych gc1m111()W cliloroplasl(1w, wykou.ysluj;1c gc11rn11 silliL'Y jako grupą ze. wnęlrwą. /.idcnlylikowali 205 ge1H\w obecnych w co naj1n11iej jed11y1n /.chloroplastów, kt1'ire 111usialy byt'.· obecne w genomie wsp(llnego przodka chloroplast()\v. 46 spo~ród nich rno:i.na .na(ial 1.nalci.ć we ws1.ystkich gL·11rnnach. Na podstawie sekwencji tych genów wyznae1.0110 drzewo opisuj:1cc 1.wi:vki ewolucyjne 111i1;d1.y gatunkami objętymi anali1.<\ tilogenctye1.ną Wyznao.one drzewo wykorzystano do prowadmnej z u;i,ycicm krytcriu111 1;arsymo11ii anali1.y procesu utraty pm.ostałych 159 genów. Odkryto, ż.c 58 gcn(1w zostało utraconych tylko rai., ale I OI gen()W utracono wit,'.ccj ni'i. raz (wlic-1.ając kilka, które 1.ostaly cztl'rokrolnie 11iL'1.alc:i.nic utracone w grnpic zaledwie 9 gatunków). /.atc1n r(1wnolei!la utrata lct!,o s:1me!!O genu naslqmwala bard1.o c1.t,:sto. Trnnskr )!L:nu organelli. do j:1dr;1 n:-1sl1,:pujc w kilku krnkach. Najpierw kopia l'ragn1L:nlu DN/\ Ol'f!anelli lllUSi lr:tlić do jqdra. Nasl1,'.p11ic rragl!lcnl lllllSi /.Ostać wstawiony do gcnrn1u1 .i
44·1

ile nic 111:1 l'u11kcjonuj;1ccj kopii w j:1dr1.c, zaklad:ijqc że jest lu gen 111aj:icy 1.asadnici.c nacze111e organelli). Od tego v~IL'L' '' . .· · I . dla l1111kc1onowa111a I . . -. 1111J111e'11 t11 inie/)' . ,' ' 111 J' ' ' \.t 11 LL!.,()l l~lllłl gcn~tyo .~)Oj.1ll,\1C~.J11C.J. l~laczego gen /. organelli powinien być zasl<\piony pri.ez jl'!!,o kopię w J<\dl ze· Cie1101n .i:1drowy zwykle reprodukuje si1: pici owo i pr1.echod/.i rcl~o;n. pode1.as g.dy organella powiela si,: hc1.plciowo. 01.11ac1.a to, :i.c t;e11011 1 orPanl:lli . szkodliwe 11111tacjc poprze;. mccha11iz111 zapadki Mullcra. fvlo:i. 11 ;1 n~~wnic:i .. ze obecność reko1nhinacji 11prawdopodal111i;1 111rwalc11ic sit,' pri.yslosowawcio , korzysl11c1 niulacp w sckwrncji kopii .j<1dra. W oh11 pr1.ypadkach jeśli ko1;ia j;idra sianie ·~ siv lcp1q fll'/,ys'.oso.wana w okwślonych warn11kach, Io po pcw11y111 e1.a:;ic j~·st hard1.iej • prawdopodolnK, ~.L kopia 1.11ayl11.1•wa SI\' w organl'ili 1.osl;111ic wycli111inowana. fllny 111 jslol11y1n · · 11'· niill)' , . c1.y11111k1c111 . .1esl r , '•· , ;-~ · l :-. l 1... t.. C . I, . I U\\'ll n~o.gqnllcc sd~'kl)'.W,11;1 p.1<.cwag\'. nad dlużs1:y111i g1·1101na111i w 1.akrcsic s1.yhl~u:;ci rcpli . k.1cp. 1Io11101.c · Ila tL'lll11ypo111111a Oil ~2c11oi11 • ' '' 11Vil.son 1 111., 1 dilo1opla:,1011· / 11\'1011\ch ;il« c'h()( 11 1' / '' 1 f!/l'l/1111 . l . '' " . llll' fl'S org:11111111L'lll lotosyntl'ly1.11i;1cy111. .fcpo u 1·11o111;· 111111 iif"\I1 11'1 / '\ l "Clł I I . 11111 I I I . . . . ' ' " „. \ ' ' , I' ) 11a c; ry 1oson.1alnych oraz l!e11)1 lloli111c1··1'/)' l'l'-/1\ ·s;;vstl · t „. I 11 . . , . dC pu I/,(' lll\' \\' ('(' . c• . • ·. \. „ i'.,lr:i11skrypcji i trnnslacji pozoslałych lrzccłt gc1Hiw. Minio /.d\:):Cll\'l'UW;ll1<·j ,,1 111 1;1 1111 ~~'.l~l'110111u. 1rn,tal 0111aclm1\a11y w 1•111pic ap1ku11q1h-kc")\\. co ;, 11 .''<'llllL. , 1,..1 111 dl.i I g,u:111m1 i:1k;p, k111C'/OIV:\, lllef)(l/lla11:1 dotyclwzas r llllk<'i\". I 011111110 t:ik wielu dl'lecp gL'llOW 11· 01ga1wll:ll'li, 111 1.·wich- /l'o,f 11111 p:idl.ui\ 1 I' I.li\< Iopo< Io IIli) IP 1.iytych gc11ów, kt(lJl' '/ost:tły wst;111·1011c do .l.'L'll0111011 <1l.",,lllL'll1. .

,„

•

·,

.

.

.

•

·

.t

t

_,

1

(

„

i

I1

,„,

II

I

443

. . . . . 111 l.ego 1..',··1wi··h jcsl raki :i.c \\' pr1.ypadku wielu typów or11:qpr():;ts1.y111 wyp1s111c111t ·'" . . . ' • (" . ·I .. · <'· · . ..· . 1. "· •. · . 1JN1\ J)l'/L:·; lilrnw on1anel li _1csl Irudne .. 1cnrnny n11toc 1ondnnlne 0 , " u;111cll1 p11.1:111,1ll\lll ' ·· · · '"i"', I. · / ,. . . •.. 1 v . 111 \Id lej rcguly. Sq ouc 1.1iac1.111c \\ą.,s1.c Ol zwierzę •. ·.•· 1)\'L: 0 <1s.1c,ps r11sl111 wyd;q:1 \ L · · · '~ I .· .· 1·" I ··I· I· · ·' · · · · ·I 11-·1.1111 v 1·ii ;.c w·;,oli;du na ohccnosc L 111.c.1 1cz )y 111c 'Ol UJących t'Vl'li )'.L'lllJllt()\V lllll(IL ]()li( ' } . "' • . : " • • I. "' • ·I· I " . . . ' „ l\i . ·„ I . 1111 ic 11110sc1: 1 dlt11~osc1 sck\1t11c.11 111c,OL L1.J.e1101m1 1111loc Hllll nalncoo · · 11t>lllll. J:;l1111·i;1 dowody n:i wst.1w11 llll .' ''. .' . . . „ , , , ;. · . -. . 1· „. , ·. 1dn'· ak rau.L'J· kopie . 1d1ot1.mspo1.011ow, \ 1;11//1111111 i'iw l•vlv l1l 1u 111.1' ,.L 11 ) .1'· . · . . . ktorc . . · · L'il'llll'ill.illll · · . · · .,,,t Il) I li_," Ini do 'samod1.icl111:1~u 1. wstaw1a111a . -·1 llllliiJill\'1111 " kop1owa111a . · .się, ..111„ ·yl.lc w ·r:1111ach ge11rn1111.J.\c ·. J1m1i, · , "'.. o. ( '· 'enrnn 111itocho11dnal11y i\._. 1/111/1m1<1 nie „,zaw1eru .• , : ... , . 'll'ilh"''' . . . l'I'' \ . ()/'Jl'\('°/'\ :i.1· CI\'.SC thl'\J/\ lllllSI hyl. (1ost<11cz,111e l.l.o /.1·:-;1awt1 l:~1·11L1W I ' , ; . ' t> . '„„. . .. . . . ·I I·" I " . , . . _. , ·, l'l\l;\ 1.t(ir,· mu·i.n;i i.nakz.c w gclllJJlllc 1111tocmm11.ilnym, t>ro:1111·ll1 .. »JHlSJIHI )!Lill)\\ I ' . ·.· . ·I !·"I ' r ' ,. . · · · • : .. „ chlornpl;1stow1· 1111. 11i1.:l.ton· wvdap\ s11,: lllllL l.tll.LJ•· pm·li ,L. nt>\I · . 1·I 1Im pr1.c111cs1011vch do gLnomu n11toc1onto .i«tly11y /.ti:11P,' < ' iihstow '· ·

·cdno hialko i dwa tl\N;\ 1.an1il.'llil się 1rnc.1scc111 1. c1.erwo11ym blokiem zawierającym Jedno bi alko i jt:den tl
l. 2. 3 . . J

•

•

„

,

I. ·3.

2. Lf

W ly111 przypadku /,Jl:1ki minus pr1.cd .1. i ..l wsk:11.11j:1. i.c geny te (l11h bloki g1·1HiwJ są teraz 11:1 Jll'l.cciwncj nici i s;1 lra11skryhowam: w pr1.cciwn:1 slron\:. Nalc:i.y 1.auwa:i.yl-. i.e nic 111ialo to miejsca w pr1.yklad1.ie c1.lowiek kurc1.ak, gdy:i. c1,e1wrn1e i i.t'1ltc bloki 1.najdują si\'. na lej s;11m·j nici li obu galunkt'llv. /.a111iana dw1ieh bloków pr1.y jedm1c1.l'.s11y111 za;:hmvaniu ich na lL:j sa111,:j nici 11H1/.c by<; osiqgni\'la d1,ięki lrze111 odn,:lrny111 inw,:rsjo1n. jak w puni:i.szy111 pr1.ykladzie: I . .2. .\. I

, I. ···.2,3.„1

··?I.· 2,··3,'I

I, 3, 2. ·'I

Jednak Io nzn;10-.:tlohy. i.c w gc11rn11ic dokonały si\~ lr1.y inw,:rsje w tym samy111 miejscu wkrótki in pr1.cd1.ialc c1.:1,;11, hez pozostawiania w populacji gatunków 1nającyd1 JH>rl.<\-dck gcJl(\w pochod1.ący 1. dwóch pośrednich ctapt'1w. To 1.dccydowa11ic nic wygl:1da na wyjaśnienie parsyrnonic1.11e. Istnieje inna. dość prawdopodobna droga. l:t1irq rnogly sit,• doko1iac: 1.a111iany u czlowicka i u kurczaka. a rnianowicic przez duplikacj<,: i nasti;pujqq po niej de leci\':

t ; 1.11 n1 11v

„

.. 1, 2, 4

"dzic kai.da cyfra reprezentuje gen lub blok 11as1,:puj:1cych po sobie genów. Istnieje kilodwr6cenia porządku dw(1ch blok(iw. Jeden z nich to translokacja, podczas której jeden z blok1\w jest wycinany i wstawiany ponownie na innej pozycji. Dr11g;1 1110;i.liwnc;ci:\ jest inwersja, w czasie którc'.j l'rag111enl ge1H111H1 jest odwracany i prnmwnie lączony na tej samej pm.ycji, s1:1d:

[Jimów

· · •... 1 „ 1 dulirym Jlr1.yklade1n. j,:śli si.u kamy proces(1w pro: 1 · Im • .1.wiu 1111111clHHH.na i„1 s, · . ; · ·, „, t, .. . I · · • · łł· . · , [' rn·td .:J70 sposrod 1:,c11rnnow 1.w1e11«[. zos 1.io wadi:icvch do 1.1rna11 w pm1.:1c ,u gcnmi. 1 ' .· . '·. . „ . , • • 37 0 : · : · · ·I · · ·rn·tł ws1ystk1e 1.aw1e1«1JC\ ten s.11n Zc;St.1w . eC· l':tlkow1e11: 1.sckwenc1onowanyc i I nit: ' . . . . . . .. I· ·I CJGR• . ·.·I . "' " I I "1ności u n\:i.nvch gatunkow. B.11"1 l <1nyc 1 J e l w HJ/.lllJ ,o L_ . . . . • , ·I . . . „ „. ·I "· i.Hiw. ale wvst1;p1qqcyc .. . . . I' ·trin• tl) nwiL:ra inlorn1ac1c o kornplctnyc 11.w1c11.t(cyc 1gc t:111;!.. ( >n;u11i·l:,nr (111:111;111·'·1~\ 1m1:vala,na wizualne po1:(1wnallil: dowol11ej pary genomó:v 1101 11:\l'h 1111l11c 101H.11.i nyi · ,1 1 „ , J ·t·iwi-1· . oenomy nu. · ''()()\) Pr·1yJ·hdv poka1.a11c na planszy 1„„„„ Jlll.Lt s' "•1 1 b .. 1.l:1111t·so11 i 111„ _.. . .' . ._ '. '":, . ni :t·1« :i1· w r;.ec1.ywistości są one koliste I ze oba 11whrn1dr1:tl11<' l111L·;m111'.. i:.iiL,':' ~hll ·c~h~c". 11.ici transk1:yhuwane od kwcj do prawej są L1H1•T sq 1.1: •:01 1:1 pol.iu.iiill.. \\'alll' j:1ko bloki prnfric·j ce11lralnc.1 l1nn. a geny _1. .L11.'.1g1c_1 I , ' . . J•·t• \V.l'llll' ·1·tJ () hiokl JHIW\'/.l'J illlll. - · . ' 0 · v l't)du1"1cych lll"'\Vl'I 1lt> lt'Wl'J. s:\ p11.u" •1 · ' "' ' 1 ' '':. " l'I·· 11 . .. I '· l(·1) prL·:1.1:ntuje 1li< II." I · gL'nOJH llll'tochond1T1, 1ny e1Hl\ ,' N.'A k • .... ' 1.,;..1 „ „ . „ ' • : , . · , ., rR Ni\ kolorclll 11i1·h1esk1m. a 22 tR ·,0 lii:ilk;1 11·s1 1>/.11'11·1.rn1yu1 l.olr<'Jll :;1.:1rv1ll. l'o11111;d1.y gena 1111 wg( 11011 IL . ' ·. „ ·. . . : · ·" .„ „ Jlil"ic'ii ocno. . . • •gu !°"i .11unul ' I1I· i·torv JL:Sl llllCJSlTlll 1n1cJ.lC.JI 1e1·Il ·." 1· .rówmcz "' . ' jl'llii<':'" tl11i.c:•t) n1»Lodup1u ' „ · . • . . :. 1 1 · · . „ · · ,..t, · e u ws;yslk1ch ssaknw 1 01.ys,owyc ·.'' 1 1 11 11 111 ·1·:1 •::1111a kolt:.p1os1· gcnow 111 ·' ~I 1.1 · · ·: · . .. ; .... ł') ?(b) 11orów-. · .. I L'.t I11 ' 1I' Jl l:l•l I · 11· '1i111·1 ss·1 1,ow. 1 1.tnsz,1 ,-·11 11il'l11 i1lllVl'il Ln'!!OWCOW · ·' ·SI\' od ··' l'tórvch . ',. , I . I . J· . „ ·t1··1 l"i"l"llll'nty 0 l'lllll1Hl\V, w ) J ll!lj\' ".l'lllllllV 111itochondr1:tlnc t'/. owic '' 1 1 .iii i 1". " · ''' · "' „ yin hJlorcm. . .. . I. li I '"ltt11tl·ti11· ,.. , ()/J\;ll.''/.Olll' IVlll s.tnl ' l""'':\rlt'k i•1.·111l\\ 1c.·:;1 1:1,.1 sarn ' a o lll ,.„ . . ·". : . ".I·\' dwom·1 natun. ·. · I I I.- .„: "·11
ł

ka sposobów

dri:tl111·1•• >. rnan.mżacii

,

I, 2 . .\,·I

· I. 2, 3. 2, 3, 4

I. ~1'.,

.'\, 2 . .1i. 4 .„„,

I ..1, 2. -I

W lylll przypadku 11<1st:1pila landc111owa duplikacja regionu 2. 3 (np. poślizg polirncrazy podc1.as replikacji DN;\). T1.:rnz kopic tych dwt ich gcl1l\w sq zhcdnc i oczekujerny. icjcdna lub druga kopia zniknie w wyniku akumulacji szkodliwych mutacji i 1110/.liwc równiei., :i.c pod wplywe111 selekcji w celu minimalizacji dlugości genomu. Gdy dwie zduplikmvanc kopic 1.nikn:1. 1.ostaje111y 1. gcna111i 2 i 3 w odwn)conyrn porz.qdku . .Jednak jdli zamiast tego delecji t1lcgl;1 środkowa parn 3 i 2. to 1.achowana zostałaby oryginalna lolejnośl- ge1H„1w. l\.fochaniw1 ten wydaj,~ sit,• prawdopodobny ikkrnć widzillly 1.miany . porządku\\' dw(1eli kr<'>tkich sqsiaduj:1cych ze soh;t f'rngmcntach. l'r1.ypadek, gdy lL'.n sani 111ccli'.111iz111 jest W)'SOCL'. prawdopodobny (lloore i Br'.l\VJ'., I 1)98) dotyc1.y rragmenl11 '/.
j

IV„ ;\.

N„

C

y W.

1\,

N.

C. W.

i\.· N,

-('.

Y · -· ~1\,

<'.W.· N.

Y

444

12.

/'.auwai.llly, że wszyslkie ge11y pw.oslają na lych samych 11iciacli. wi\'.C jest '''""'"'· prawdopodobne, i.e miała 111icjscc inwersja. Co inlL'.rcsuj;1cc, 1.111ia11a la nic jest cal na: jeśli 1.duplikujcllly c1.lcry gc11y /\. C.W. N u lorbaczy. to nic jcsl llloi.liwy do porządku takiego, jak u loi.yskowców. Mobil11ość genów IRN/\ w ramach 111ilochondrialnego ilustruje plansza 12.2(c). Pnrwna111y gcn0111y rM.nych typów 1.wicrząt. często daje si\~ 1.auwai.yć· skolllplikow;111c w1.orn· rc;wni.acji. Jednak jeśli wyl;ici.yllly z anali1.y 1RN/\, to l'l.\'.Slo wylania si\' prosly w1.orl.\:c n:;1rnni.aeji białek i rRN;\. W por(iwnaniu llli\'.C/.aka i stawonoga pr1.L·dstawio11y111 na planszy 12.2(d) niebieski blok gc11ów uległ translokacji. a i.tilly blok gcn(1w i11WL'rsji. Moi.na to porównać z dui.o bard1.icj skornplikowany111 w1.orcc111 1.111i;lll. gdy uw1.gl<,.~dni się tRNA (por. slro1ia inlernctowa OGRe: .larneson i in„ 2003).

·12.2.5. filogenezy wyznaczane na 11mlstmnrie analizy lmh~jności gen(JW Koil'jność gL'.11(1w rnoi.L'. być pole11cjal11ic silny111 111arkcrc111 lilogc11clyu.11y111. Istnieje tyle 111oi.liwych kolejności gc11ów (nawd dla 111alycli gL·1H111H·1w, takich jak genom mitocho11drial11y), i.c zaobserwowane niez.111ic1111e w:r.orcc kolej11ości gc11(iw prawdopodobnie nic 111ogly dwukrol11ic powstaL: 11io.ak;i.11ic. Na prt.yklad rcar;111;i.acjl~ ll{N/\ wspólne dla rM.nych rni1,~G.aków byłyby mocnym dowodc111 polwicrdzaj:1cy111. i.c gatunki le tworzą spokrewnio1u1 grup 1:, oo.ywiścic gdyby nic hylo nam lo ju;i. wiad0111c i potwierdzone s1.erokim zakresem innych dowodów. Jednak w niekt6rycl1 prt.ypadkach porządek genów 111oi.e doslarc1.yć silnych arg11111cnlliw 1Hog<1cych ponHic w rm.wi;v.aniu kwestii, w kt1'Jrych nic: 1Ha rozslrt.ygających dowodów pod1od1.<1cycl1 1. innych /.r(>del. Jednym z takich prt.ypadków jcsl pokrcwie1\slwo 111i1:dzy c1.lcre1na głównymi gromadami stawonogw 111o;i.c liyl- wykorzystana do konslrnkcji tilogc.·11c1.y 111ulckularnl'j dla wiciu )!rrnnad s1.karlup11i. '/, pr1.ypadkmv lakicli. jak powyi.Si'.l'.. gd1.ie wyrni11ic widal- wsp(11i1l'. od1.iedzicz~J· 1w cechy w postaci kolejności gen<\w. rnoi.11:1 \vvdohyl" wa:i.llL' jakościowe i11f'orma~JC lilogc11clyu.11t'. /.1ia11L' s<\ pnihy opracmva11ia hard1.icj 01u'>l11yd1 algory11111'1w ohliczen10·

445

•...;•.t:

wvch budowa11ia łiloge11czy 11a podstawie kolci'ności oe 11 ('1w 'I" I· "1· „ li •. „ ·t " . . . . . . . · · · b · · "'-'"'w p11.ypa1 \l1111dod wykl:I?~. ll:J·\C)'l: 11 s~l~wc11c.1~'.. na.111'.·os1s1.y111i do i.rozumienia s: 1 mclody ~vykori.yslu'qcc 111,1ciu l.l. odl~g!osu; Mus1111y. n:qp1L'.rW 1.ddi11iować 111iai\'. odległości 111 ii:dzy lhvic/11 a I ote111 111ozc111y zbudować 111acicrz 0tllc'ol\1S"l·1· tll·i 1„,.; .I · gcnow. , . . • . , . . . , · ·t· • • ,, d q pary il<"· w 101.p.1!1 yw.111y111 zbiorze 1 ui.yc tej lll'lcicrzy i" ihi lhll" ·i· ·" · · " 11 omow " . . . . I· . I . . .. ' . " '. \ < J c 1 WCJSCIOIV)'C 11 w ( 1 \)„ wolne.i, ze. sl,1m .JH owyL11 111c1od odll'plosc1ow"ch J"il' 11 'I I· „ I· „ . · · . • . L" ·' · •. ' ' ie Ol .i p1 zy .\l 1„11ua s:1s1ada l11h 7 mctod,1 I 1lch.i-Margoliaslrn (por. rozdz. }I). !'ozoslajc kwl~slia sposobu wy1.1wo.ania odległości nvoi 11 cyj 11 vcll 111 [,:dzy d ,·, . ocn 1)\\ J I · 1· . „ ' . \\ 1\111.1 se'I Wl'llCJ'lllll .' '··Cl Il<\ 11101. 1wosci:1 jesl po prostu 11oliuc11ic linii\• Jl\· ,· (Ili I'~ I" . . . .. . . . 11.ycp„ pr:;c la111an anc icllc, \.U111sawa i .Sa11ko!T· I\)\)\)) Jest lu in1 111·.L)'.Jll.i. · , Ia 1wat - Io 1.ro1.u1111,·· · ·· . " „ , . . . . . . 111a1111.11'.1 lego: pk d11z:1 11asl:1pily 1.111ia11y w kolej11ości gciHiw. ksi olla hardi.o prnsla obl1u.c111owo. się he/.j)()Śrcd11io :;. i·iLlii\'lll 1·\Oil 1·'11· ·1 ll)'lll 111c·c . I1a111z111e111 · .„ „ .· . . „ " , Jednak 111c w1:\i.c . . . . . . „ . 1c.11,lllZdlJI ,~c11rn1111. lnny1111 111ozliwy1111 1111arnrni odkolośl·i· s·i 111 11„,1 : .· . I I · • . r„ · ( , ., . . ,. . . „ c., „ osu 1l'«"cvpw 11 1 (Sa'.1 dl I ,L:. I ) J_.cJ, klon'. s:\ .wy1.11:1c1.;111c 11a podslawic 111i11i111:d11cj lic1.liy jl'dllos.IJw„ 0 wycli, opu.1cp z11H,111y du IJ"ll ·1· · .. „ · I · . . . . . polo1.e111a . o e11ow polr1ch11"ch · ·· .1 • • is rn 111.ic11.1c1 1wgo por1.;1dk 11 gcnow_ w 11111y._ N.qp1osls1.;11. 111cli hylahy odległość i11wnsji. w kl(ll'cj jcdyiiyini du , .. lo:1y,111 1 opc1:'.1cp1\u ..1cdnostkowyllli s;1 operacje inwersji nasl\·pujqcy\:I; po. S\.ihic hli;j~:'i~v ~l:llO\\.1 ~-<~~~·\ h)'.L 1uw111c1.,ohl_10.;111L' odległości. kt\irc dop11s1.ct.aj:\ 1.dari.cllic lransloka· CJI 1111wus.11 (lll.111d1ellc, ku111sawa, Sa11kolT. l\)\)(i). Mi1110 że zasad;1 ohlicz:111ia odkglo:;l·i rL·dakL:yj 11ycli jcsl prnsl:i do ukre:;h:nia ·dn 1 rylrny 1vyznao.a111a lak1cli rnJlcglośl·i s:1 skornplikowrnic (por. I\·vwcr..~00() i od;i:i~~:i k1)'.J.esl1 ,gcn.y .'"' 1~c1101111c są pu1111111crowanc od J do N. Io nioi.liwy pori.:idek gc.'.llO\I' mozc l1yc. ,', JllZcd,,l.1w1rn1y 1ako pern111laqa lych licib l'.J'IL' ·!·1"OIL · ..d I):!.01)'1111\1 .. . · . " . " . . ' . ' . . . . . . 1:1d1.:1 sul11c z.1:c 1m~il.lc.J•'. 1111 ,lxi. /.naku. IJ. gdy 1g11orowa11y jest kicru11ck lrn11skrypl-,ji i Io. 11a kll'ircj nici ,z'.1 :~1'.lu.1c.~I\, -~cll, ". lict.y Sil,~ .JL'dy111c pozycja genu. Jed11:1k hard1.iL:j rcalistyc1.11v 1;1 podc1sc1un .1csl 11.1klow.1111e por1.;\(lkmv gcnow _piko pn 11111 tacji i.c /.llakicii "i· . 11 .: , khlhch w p 17) I i· I · . · i.,1.1," 11 ·) _.: ; , . . . :. , ·-·--.' • gl I.Il' zinh 111111us 1r1.11al'/.a 1.'.l'll 11:1 k0111plc1nc111ariH~.i 11ici. Oka1.u.jc s11;." 1.c '1sl111c,1c dokladnv wy111·1u·111i·1 odi,L)!. IW•l: "I 111\Vl'ISJI · · (IJ. (H>ri'.ądk\IW:lllla .„ . ' .. "' ' ;il«orylm .· b '. . · _' · " : pc111~ul.ILJI .1.c 1.11.1k1c 111, u1.ywap1c tylko 111wcrs.1i) d1.ialajw:y w c1.:isic wicl!lllliall\11VVJl1. kd.11<1k 111c,1csl z11a11y laki algoryl111 dla udkglości rcdakcyj 11 ycli wykmi.vslllj;\cvcli r;iw nicz lrn11slokaqc, Wl\1\' lqo.011c odil'i:lośt·i inwersji traw:lok·1c1·i 111;1„1· 1 i;n' iic\. 11 I r) styczni , · ·· · ,1, > c 1ct1 ·. · L. Jl!lpr1.cz spr:1wl 11.a111L' wi\'111 lllOi.liwyclJ śc.·ici.,·k pośr,·d11ich 11o;J1i\' Iz\' I1v . gc110111a1111. '( " t tll11.1 „

.'„

„

t

1

•

·

,)

,t

"

,

·

1.askakuj:\L'L\ , 1·:;\'l'l''\l'J."l"<'ll P' ·tCo • dość · I · · 1.oslal\I poka1.a11c. i.L' 11· 11r1vindkii ·, · · · .,- · " , . ,,,.. l" 11 , >I 1H111· l'IOS l Jlllary OL !.cgloscJ W)'i':ll:tCZatlL' JJ;i podslawic lic1.liy jHl/.ycji pr!.<'.Jat.llati s:\ praWil' Hllowo. p1op01c1011al11c 1.armv110 do odlcglo:ici i111vcrsji. jak i d\I lq('/.Olll'j 1.11a 0 ,· /.\ p ' I .J.d \() \ .lllYl li ll'CIS\ 'J()\\'Vl'il do :ilgorvl 11111 I i,, igc1 ll'I \'<.'/.I il'!!<) 11) V il'l 11 V 11 l;J(' il' 11·Y Dl ll'ulosc1 wyhir y 111 · I ·· · · ·· · , .,„ · · :, ' „'·~·s. .F\cyc 1 rozm: sposoby P"111iarn wllq.!.losci 11zv::k;1111y 11· wv 11 ib1 1 11 ·1· " · · \ryodlli.\ lopolog11 d11.cw.1 .. ksi Io ar1111111<'11I 11r1L·111·1wi·11"1 ·;· ·i · · . ·· · · · · "· 1 . •1 11 „ 1'L 1«111 11:111'1« 11ii; 1 IJ. odkt!,lości 11·y·1.11;1c1.111ll'J. 11a (l\1tl"l·111·1·,. 11· 1. "11 1 · . ·. J · cglnsc1. I· ·" . . ." · · · "· '· .· 111 ·" :1111:111. ,. SllliLJC 1'0\l'lllL"/. ::/.l'l'q'. llll'lod ko11sl111kcji dr/.c11· 11;1 podsla\\'i1· l;pl1·1·11w><:i ,, 1.11 , 1,., kl,Oil', wvl · · · .«l:i'· "' or:;y ·. s IUp\ I\rylc.1Jii.· 11 ow rccli kodrnvanycli 1·ako ()al hu I (Il "„, I) i· "/I \ll;,, p~11:,_VlllUlllC/.ll_\' dl;1 d:!!H',!.!.O drZt'\\';\

:s;

1

i:w

•

.

•

11 • ' ·

,

„

.

·

•

,l!Jli

oronnolli

1,·si :;u 111 ;1 lic;.l>_y 1. 111 ian .';l:11i<'iw ,·,·cli w calym drzewie i wyhicra si\'. dr/.e\V() o nąjmn Los1.c ie. 1\ hy o hl iu.y(· kosi.I dla dowol 11cgo drzewa. lr/.eha określić ,;1,; 11 n·<'li dla ka;.dcgo /. IV\'.!.lów wew1H,:lr/.11ych, a 11asl1,:p11ic zsumować lie1.b<; koiiil'1·;.11vcli do wvslqpic11ia ·1.111ia11 na kai.dej 1. gal\'./.i drzewa. MG!oda la jest 11:1 do lllL:i()(lv dr;.,:wa 11aj1rn1icjs1.c-j lici.by po1.ycji przl'iam:11\ (ang. 1n't' 111 ,·iliodl ( t \ lanchclll'. J(1111isawa i Sanko Il. I <)l)lJ). Kolcj11ość ge11(1w jest wii;c 1: 111 ;1 dhi k:i)ik. 1, 11 1. W\'/.li.liwic 1wjrnnicjs1.a. i-:
„

;;;.v 111

(_:il I .

„.

.

'

·I

"· I ( \Til;i dl:i p;iry :i,_\ '/.ostai
i.

i .. 1l I.

11yd1 krylni<'iw. . . , . lim;\ wykor/.ysluj:1c<\ kolej11ość gen
c·ji. "dwoliij;1c si1,' ~Io 111o
447

1>:idali genomy 1nitocl1011dri:i111e grzyh(iw i kilku 1.wierząt. Genomy chloroplastów 1.os1:1IY przdiadrnw dla rod1.iny C.11111}(1111don·111' grornady okrytonasiennych (Cosncr i in„ ?ooo) om/. dla fotosynle/.11j:1cycli prntist(>w (Sankoff i in„ 2000). './.wier1.ęcc genomy llli, :lchondrialnc hyly badane kilkukrotnie. ale U/.yslrnnc wyniki nic S1V kks1.e1.y, w pr1.ypadku lwdes /Ji'rs11!u1111s gt'.11rn11 po-

~--

\:

~

41\B

449 er)

"iostał 11ic1.111ic11io11y, pudc1.as gdy li H. .m11g11i11e11sjcst on istotnie z111ic11ny. Wśród innych stawonogów (nic b1,xł<1cych pajt,:czakami) wyst<,~pujc wicie pr1.ykładów owadów i skoru-

o o

rl

<( ~

.5

~

c:

~

E!

~~~

V

cJ

2

....,

o bi1

V

'Cl

V

o

~

v o

V

·aV ·a 'U

o

r·-

,,,

'.!)

t·~

(/)

"'

r·I

I'-, „,

o

C'I

(··-

r I

1r·1 CC)

,.

ce,

I'• r·I "° '"

,„

r.1 r1

<2'

V•

'błi

!" :;::

::>

;,, t•J

~l

C',~

,D

"' u

;~·


cJ' l•J

s ·-;:;

'0

o

'd Ei

""

'\)

x:

bt}

·a

b.' n

~

N

u

V

~

·o .~<'.! 'Ci 2c:

'()

~::

.I:~ 'f, ;,~·)' :::;

f:~

>· r-:

·::-J

·::.: ·;:;;

E

r:=,

o

o

(/)

1 r1

'I' •r,

„,.

ce,

··1· •r, "•

lf'J

o

o .8·

>·

!;:

~I

.i::

!-'

c:·

.s ~~

§

,•,

~

o c: ·o

.8

,,,

rl bil

<.:1

~~

o

Q)

ć""J

1J

1

~

'U

~ .. ..:::· '·U

•.!:::::

;

·:J

("j

::::o

rJ

6u

'2 ,,I ()

;>,

b;

N -;:J ~-:;

H

rl

;z,

: ;iiakt\W, jak n. n1c/1111ogaster i A jiw1<'isn111a, gdziL' wysl<\łiilo niewiele zmian, ale S<\ tci. rzadkie przykłady ,'.'.iltllnków, jak 'f: i111rtgi11is i /'. fongiC(ll]J/I,\', kt(Jrych gcnonty wydaj:\ · $iv być kompletnie „poszatkowane i Jt:t powrót poskładane''. W tych dw{Jch ostatnich przypadkach wic'.ny, i.e d.ui.a czt,:ść rcarani.acji g'.·11ont11 nastqpila ,w \)(li1.olowancj poptilacj1 orga1111.mow w krotk1rn o.asie. f'!1c putraf11ny wytlt11naczyc, dlw 1.awicra l'rag111cnty i .c11rn11u u krntscrwatywnL:j kokjności gcnr'iw (11p. /\'. t1111il'11/11, F 1'<'111s<1, li. .1·01Ji1'11s) ora/. l'raglllc11ty u 1.111iL·1111Lj kuil'j1m.~ci (11p. C, giga.I» 'f: //'U//,\'\!1'/',\'(/, f'. fi1•id11s). V\IS/.ystkie gatunki lliCiL'lli. kl<\ryd1 gCll()lllY /.usta„ \v dotycl1c1.as 1.sckwL:11cjrnmw11nc, wydaj<\ sit.c' dw. Jednak nicienie nie sq ll:i. poduillll' du :i:ad11egu z po1.ustalyd1 typ,·,w, wit,:L· 01.11;1cza Io ran.ej lir;ik dowodów pu.cmmviaj;1cycl1 r.a wylinkuwc:1111i, nii. po1.ytyw11y d
'V, r.:~~

,,I

,„"' ;;: "' :'2 :'2 (.)

N

u

Q}

o :;; o

rJ

~I.

!;i ::>

Ei

F ~:;

,,o

u

V•

;;:

(':l N

(rJ

•J

-~

6

~s:

u •c .~:~

'"

~J ~l

E

V

\~ '.-J

;..-. ,_:,~

·2

..:.1.

·r~ ~cl ::J

o..

,O rJ

.tl

;u· }2 't.:

(:>/)

-.-J u

E: o ·~

·c '\;

·c

::::

'2

o

·u '"'.9 ·c -~ :,~;

ki.,

,>,

.!:~

q:;

6 .~~!' ;::i·

i~·

,_,

~,:

rJ

•!".j

.5

~.

c•j

~·

..'...:!

,,.

rJ

r..1 .•

Pi

<:•.J

't~ ·~

f/ t!~~

o

f~ •

('j

bl1

·o c

~:

c

ą,

e f~

·~1; .~.::

u

-~~

.~.!

'J

.:!.,

:::. o ,_N

g

•l'..J

()

t:.·

..

Poclsumowanie

~

ili " t' ;:: ·~

"•

";;(,

..,'.,.::

"c:

@

v

l~

"' ·~

t::'u r:,~

"'Cu

,„ ...:::.„

i-:; ,_.,

~...

::::,,,

;

~

:::::

.„

::;

";,:

(:;•

.f:;-. ;;

'.,';

':-·

2 t".:

':~

'u

v.

~,„

·[) ·::::.. ~~

~l

·~

.„ \-·

~·

-~

::t,

., ;.::'{,

et: CS ~! -r: 1i'.

.,, ·~-,,

.s

r~·

()

(,

:?;

,..; ct:: :;-:I r-·i

•'" ~'j

'"Zi)

.c

:::'.

'"

r.:.

<;')

(_"';

9.

~

•.c::

~~~ :::

t•! H

;~.i

'.1l.:

"

u

rl (l,

:::~

,_:::;

·~:

:.s .!:;.

,, " '" »„

.~: :_~:~~ 'E'.;:; ·;: ·~·~' ~~~ '\, ·::: 1::: ~~ c; ~ .~:

t:i1

:·;::;

~J' "

-'.~

c

.'" ~~

;:

W chwili ohl'l'llc'j jc:sl dus1t;p11ycll 11 ick 11· ,·;i\u.\ci 1:.c·k11,·11,ju11uw:illyd1 ;'.<'ll(llll<.ll\' h;il.1<'1\'.J nyd1 i 111.u wa\i;1 się od okolu p<'>I mili1111a do 111111ad kilk11 111ilirn1t'1w par 1;1sad. I .ic1.1>:1 !~'.<'ll<"ll' 1.111i1·11ia si<: pr:i wie proporcjonalnie do ro1.111iarn gcl1011111 i srl'dni" ,·o I (1(1() 1.as;1d ru!.p< 11:/.\'llil si1; lH1wv !'<'Il. li baklcrii pon1ii;d1.y gc:11al11i IV)>.Sl\'PUic· slos1111kow" l11al" "'killk
1.11;H"1a1·11

/l't'l\11

to 1noi.liwuśt: t''li111inacji /. ge11011n1. w kn'11kirn okresie c1.as11 .~ 1J'l1t.1W, k11'1re nic'.,;\ 11i1·/.L(·tl1\i'

;1

d11

i.ycia urg:111i1.11111.

·~j

co l;:~ CL

11

_!',t'l1tll1111. ( );11;H·

ni'i.11yd1 ~/.1"1cpc)\\' hakll'11i ll'J1.U ~;;111H')!u ,!!l\llłnLu p111.\'-\1 iwu.~t~ wy.o...,l~·puw;111 i;1 z11ac.1.1H'gu 1x1):i11icow:mi;1 111.1 ·1Hl!t11 'iw 11:1\\'1 ·! 11 I :d

/,sckwc1H:.jun11\\'tlllil' gl'llOIJH)\\'

lily

1.auhSl'l'\\'o\\l;H: rnu:i.I

l>ld.P :.111ikr1·w11iu11yd1 11r:.>.:111i1.1111i11» /,11:11uiL·1111y111 _jest pu.yklad /;'.1rlwri1·hiu coli, kiedy s/.l'/.t'PY 111ajq is1ot11ie n)i,ne zc:;tawy gcn{l\V. ( 'zt,~sto istnieje 1it'11tyliLmva11ia li p;llO)',l'l111)'l'li s/.C/.l'jlllll' bakterii i'rag1m·11t1)\\' gc110111(>11', 11azywanycli 1•atug1·1111n:;«i. ktt\r1· /.awiL'rn.h )'<'Il)' odpowied1.ialiw 1.a palogc1111oś1' (powstak ,,. wy1iiLi1 po1,io11ll'go 1r~tw·Jcn1 gc11t'iw). \ V loku ewolucji po1.ion1y transfer gen{)\v 1iicsptlkr1·w11i1111y111i gat1111k:11ui wyd:1j« si<: występuwa<' z d11i.q C/.\'Siością ldjawily si 1• w wy11ik11 iw:ncji, moi.na ·1.idL>11tylikmv:1<' d·1.i1·ki niżuicorn w <>ivd1iw Prai. pr1·l«·n:1ll')'.i11«11111 wyst1;pmv:111i11 kLHl011t'ill', kltir1: odhi1·11,;1ją ml w1.orców charaktc. rv;11i:i«.v«li l"""stak frap11H·111y s«L11·1:11cji. l'll1.irn11y tra11:Jn gc11mv 1uoi.c ll'i. hyć przyci.ym\ n')inic w tupologiach dr;,1:\\' lill1gc11dyc1.11ych uzy~.k<111ych ina podstawie zh1or6w n'l:i.11 ych !'J'11111· i ni1·p;11oge111w

1

in)\\' dln lt'go s:t11H-p.o '.l.cst;1wt1 gal11nk1hv.

l:;111i«j: 1 silne dowl)(I\' 11;1 pocliod1.L·ni1· 111itod1llndri1iw i c:hloroplasl(>w od i>aklerii, które· /llot:d)' \1«·hlu11i1;l>' pr:t'/ pinwut11<' kt11111irki jądrmvctiw. llaktcrit· stały si<,'. 11a poC1.qtku cndo„ ·,\'iuhin11t;11 11 i. hy w Lonvu pr/t:ks/.1;ilcić si\' w inll'gr;tl11:\ L'/.\'!~L: ko1111')rt~k j:\drowców. Analiza .'.'Cli\\\\' 11r;!•llh'ili w:,L:11.11ji' Ila pt1wi;11:u1ic po1ni~·d1.y 1nitod1ll11drianii ;1 n' protL·uhaklcriami, la1.illli j:d; iyj:icc· 11h1·c11i« lii1Ie11si11. 11al1>1niasl ddllrt1plasl)' 1:10.:1 prnlolllle zwią;.ki 1. sinicami. < ;c·11t11ny 11q «11wlli \~(Hluj<\ (l11i.n ll111ic.i gl'JH)\\' W jHln·iwn;111iu '/. 11;1wl'I 11:1jnllliejszych rozmiarów )'t'IHl\11:1111i h:ddnii. 'vViL·k '· 1>llL'l'll)'l'h w nic·li \l'l'!.dllit•j gt'lll'>IV 1.ostalo pr1.L'11icsio11ych do gc11111rn1 ndro\\'l')'llll"/.l'hlll' mg;111cllorn. kLHIOIV:llll'. pr!.l'/. )'.<'.\\)' j:\drmVl', wykształciły l'"l'il'dy sy::11;illl1Vl' kicrujq1:,; hialk:1 dll wl:1ściwycli org:111clli. Wyd:1j« si\'. i.t: proces pr1.cnoszc11ia )'1'.llllll'; ;1<'nu1111i11· or:•:111l'lli d" )'<'11111nt1 j:1drowego dohit·gl ko1\ca w pr1.ypadlrn gcnnmc\w 1nil1H.'ltl1tHlri;il11v1:li ;wicr.1.<\! i i.l' pt)/ust:dy 111:dy z1·:.:1:1w L.luczuwyl'il 1 1,l~ntlw jeslju"i, niezmienny "' 1„l,11 c1\'lli11tji ll'ielllLll1111>1L»11·c"11« \V pr:.vp:1dk11 rośli11 i chlllropl:1sth\ opi:.:111ia 1:1ki.11<1;;ci L'll«>lucy_j11ycli po11li\'llt.y grnpa111i llrga11i1.1rn\w, dla któn«l1 '''I dosl\'j>ll<' 1"'111<' s1:L ll"<'111.j1: )l<'llllllll.ll\', 11a IH>dstawit' 1.:1war1nsc·i i kokj11ości wysti;cpmva11i:1 ."t'llllll« rvloi.liwc, i:c lil»,'.:<·11t:/\' Lll11strumvanL' 11a l'"dstawic a11:1li1.y c:dycli gc11omtiw dają l>ardi.il'j l'!.t'l'/.)'ll'isty uhra; ,·wolucii m::a11iz111«iw 11i·i. lilogL'nl'1.y Lonstrnow:111c 11a podstawie ;,cL wc11cji poj1.:dy11C1.yl'li g<'1\li1V. \V p1'1.ypadku 1>:1kterii ud: do si\'. ztkli11iować 111i:1r\'· odkglości pn111i 1·d1.y g1.·11L1111ami, kt1ir:i 1uoi.n:1 11i.yć _j:1I;" dane wc·jściowt: w klasycznyd1 mllcglościowych 11H'illd:wli 1ilog1·11ctyu.11y1·l1. Tak 111.yska1w wyniki s:\ \I' 1.11ac1.:wej więks1.ośL·i zbieżne z wy11iL:1111i 111.ysk;111yllli 11a p1Hlsl:1wi1· :111:di1.y sekwt·11cji rRNi\. 'vV pu.ypadk11 kolejności genów 1Hll1'.)'.lllś<' ;ni 1·d1.y gc110111a111i 111oi.11a 1.dcli11imvać h:idi 1.c wzgl1;d11 na lit•zh\' wyst<;puj:1cych po" 1vcji pr1.1·la11>a1i. h:1di. ukr,·:;lajq« li1·:!.111· jcdnostLmvych opl'racji 1.111ian (i11sercji i tra11slolrncii) L1H1il'o.11ycli do pr1.1.·Ls1t:il<'l'11i:1 j1:d11l'gll gL·1101n11 w i1111y. 'vV 11i1:ktorycli przypadkach inl'orma· •.cisl,~11i1: 11iekt<»rycl11. IV\?.iów drzew 1i\11;'.l'tw\yc111ycl1. l'\Jk jc~;t dn kn1w:1 _j;1s11c czy w pr1.ys1.lości ht,·d·;il· 1nniJiwl' wyznaczenie wiarv:•<11l11y«h drzt'W lilll)!l.'1\l'l)'Cl.ll)'«il !Hl podstawi<' sa11\L'j tylkll kL1lcj11ości gc11l'ill'. IVktody wyko" uy';tujqt·l: 1aw:1rtull'. 1

\\'h1·l;111. J. :illll l':il111cr. .I.Il. '.'OllO. Repcatcd. 1".. Siclwrit1· Pt11lll'IL T., /\!smark, l.I.\ ',fVI., Pndowslii, 1\.:\1. i'·L1\l1111d. ,\,!(„ l'.rik:,:,011. .\.S„ Wi11klcr, 11.11.. a11d K11rla11d. ( '.<;, Jn1e sequencc 1il l·~il·L,·11·,!:1 J'l'P\\·:11d,ii ;111d 1li1.' tiri; 1in ()r rnit1wl1nndri) I h I. l\l;111cli:11-.I. J.I. :111d I .y1ll'l1. r.I .'llOtl. ( li)>.<111<·11:11 :•c11t·,,: Wl1\ du 1lwy 1·11d 11p i11 tlic 1111ck11s? 'fremls iii

. \1!:1111:„ l\.I. ll;iln» ll.(l„ <,Ji11. Y.I. ii-:111·,!«r~-. o[ ;1 111ł1cid1n11dri;tl ~-'i'.IH'

< i', ·, 11 •/ i ( -.\ .

a'' : -: 1 ·-1

,-~o

.

\ll 1\w

illnnch:irtl. .LI„ a11d Sch111idt. (I.W. 19')6. IV!itod1n11drial DN/\ rnigratio11 CVL'nt in ycast and liurna 11 s. Molel'll/11r !lit•logv 111u/ F1·0/111i1111, U: 5:17- ·18. IJlanchcll<'. M„ Kn11isawa, T.. and Sa11kol'L Il. l'J'J<>. l'ara111l'tric gL·110111c rcarrangc1m:111. Ut'lll', 172: GC J I 17.

IJlanchclll', Jvl„ K1111isawa, T„ and Sa11koll, Il. l'J'l'J. (ic11.: mdcr hrcakpoi11t cvidcncc i11 ani111al 1nitoclmndrial pliylogcny. Jo11m11/ of'Mo/t'rnlar F»ol111io11, -19: I lJ:l--20:\. !loore, J.L. a11d Brown, W.M. lll1'1'l'fo11111t'11/, H: 6()8- 7,1 _

·

11oorc. J.I .„ I ,avrnv. Il. V„ and Brown, W.IV!. I lJ'>E. , 3'>2: (,(,7 8. IJouchcr. Y„ Ncslio, <'.I .. , :111d lloolittlc, W.I'. 011i11io11 in 1\/inohiolog\'. „J: ~~H) t). uourquc, {i. ami l'e\'/.lll'I", (;1•J11JIJ/(' Nt'S('(//'l'/1, ł

P, :~oo.:.

2:

~'.Oil!.

Microhi:ll gL·no111cs: Dealing willi divcrsity. C11rr1·111

( lclltlll\t'-SCti!l' l'\'olutio11: Rcco11strucli11g ge11e nnłl'rs i11 ;111ccslrnl Spl'.cies .

,,~(1„_)().

('e1k1yrc11. R„
Cok, li(. ( 'l1:1i. 1\.. Marsli, TL„ 1':1rris. IU„ \V:111g, <)„ 1'111:1111, S.1\„ C11:111dr:1. S„ IVlcUarrell, Il.I\!.. Sch111idl. TM„
t 1

rn:;11.

(,:1.h1/]1! rnl I. drzewo

li). (:m 1 : . m::u. Pd11 /p11h::; /N/\l·~ I

fłlogc11ctyc1.ne he;j;1drowc<)w: .

H.:11 ·l„, bnn( :_ t r

t!('.

pel f

Cosner, IVLJ·:.: Ja11sc11, R.K„ Morel, B.l\1 U·:„ R:111hcso11, L/\„ Wang, L.S„ Warnow, T., and Wynwn, S. ·2000. An c111p1ncal co111parisn11 nr phylogL'lll'lil' 111ethods 011 chloroplast gcnc nnlcr data in Ca111pa11ulaceac. 111 Il, Sa11kulT and J .11. Nadea11 kds. ), ( '0111parativc Ucno111ics, pp. t)l) , 121. i\111s1c,rd:1rn: K luwer Acadc1uic. lloolillle, W.I'. 2000. llprooti11g thl' Irce 111' lil'c. S1·it'11tifi« 1\illt'rirn11 , 2g2: i11io11 i11l,'t•111•ti1·s11111/ ll1•1•t•fo1•1111•111, H: 8. I'l:1s1 id 1.:vol111 io11: Origi ns. divcrsi I y, I rc1Hls. Ct1rl't'11/ ( J11i11io11 i11 i ;,•111·1 i«.1· 111 u/ J >n· 1·/o1„ 111tn1. B: li'Vi .C.I ll. Fitz-Ciihho11. S.T a11d l lons1.-, I'. I I. I tJ. Whok: gt>IHllnchascd phylogrnl'tic analysi., or frc:c- livi 11 g 111icrnorgan1s1ns. N11dl'ic :kids Nt'Sl'l/J't'/1, 27: ·I'.' I 8 22. Gogartl'11, .I.I':, Kihak, IL, I Jittrich, I'., i i11. I'!X'>. l\vol111io11 or tlic vac11olar 11+1\Tl'asc: lmplicatio11s !'or tlll' ong111 ol 1•11karvoil's. l'ro««t·t!i11gs 11/'ti. G1·1y · 1Hol · I1ypol IH.'SIS . rev1s1tcd. . . ' , tv! · W. l'llJ' ·-· Tl H' t'IH Io~,ylll f111,·n1utin11ul R.t'\'ie11· cf ( ~\'111/ogy, l~ł I: ~~33-~.\YI. G1ay,tvl.W. :1rnl llt1ol1'11l1·, \-\i.I·. JlJ''' n.:.. 11 a:-. I IH'

· l'JI( I(lS)'!ll 1110111

I1ypothcsis ht•en proven'! 1Hin·nhio/ogy N<'1'if'11·,

6: I ·I,!.

llray, M.W„ I .ang, IU'„ ( 'cdn,,•.rrn. I<.,< lolding, l'lagc, I\„ I .i11lcjol111, T< I„ l'lanlt'. I,, Rio11x, l'o, Saintl .lluis, I >„ Zhu, Y.. a11tl BurL'.cr, I i. J tJ
452 lwahc, N .. Ku1na. K.I,. I lascgawa. S„ { )sawa. S„ a11d Miyala, T. I<)})<). J '.vnlt11io11ary relalionship bet\ dwcbaclcria, cuhacleria, a11d L'llkaryolcs i11krrl'd fro111 phylogenelic lrces nr duplicaled gencs,v[' <'dings 0(1!1<' N111io111J/ !lrndc111v of',\"·ienas l!S1\, 86: 9.155-90 .la111cso11, I l„ (iihson. A.I'„ I ludclnl, C„ a11d lliggs, P.< io '.WO.I. ( J( iR,:: analysis or n1ilocl1011drial ge110111cs. N11d<'ir· !leids Nc.1w11r/J, J I: 111.1-p: I /oqr(::.. lHCHh'tstc~L·. ('.iJ Knn11i11, I~. V„ Makarnva, K.S., and 1\ravind, I .. 200 I. l loriwnlal gem: lranskr in prokaryolcs: and classilicalinn. ,\111111<1/ N<'1'ir·11· 0(1\licro/Ji11/ogv. 55: 70'J •12. Korhl'i, .I.O„ S11el, IL, I l11yne11, l'vl.J\., a11d llork, I'. 2002. SI I< ff: ;\ wdi scrvcr ror ihe crn1slruclion of gen\),' 1i1c phylngc11ics. 'frl'nds in ( ;,•111·ri«s. 18: I 5i{ (i2. 111 lep: I /www. l'.n r·k. l•'.l•llll.- 11<•·.i rl< · 11 ic„·q. de I ;:JJ(J'I' I .ang, I I.I'„ l\m~>.c:r, < I„ ()'Kelly, ('..I., <\:dcrgrc11. I\.. ( łnldi11g. (i. li„ I .c111icus, <'., Sanko IT, n„ Tunncl, M·, and fłray. M.W. l'J'J7. An anccslral 1nilncl1011drial I >I'";\ 1«:s<·111hli11g a cuhaclnial gc110111c in miniatur~' N111111«'. J87: ·l'J.l 7. '

453 . 0 ff,

Il„ I kne:nlll. l'v1 „ llryanl, I l„ I .c111ie11s, ( :„ ;111d Tur1m·I, M. '.WOO. ( :hloruplast gl'.ll<'- ord<-r alld tlw divcrgcncc> ol p1:!111s a11d algac, fro1n the nonn:tl ii.cd 11u111iicr or i11d11eed hrcakpoinls. 111 I J. S;lliko!T alld .i.IL Nadeau (eds.), ( '0111paralivc ( łe1101nics. pp. })
Sncl, IL, llork. I'., a11d I l11y11c11. M.:\. i')'J'>. ( ic·1H><1tc phylo1'<'ll)' has1·d 011 !'.<'li<' eo11tc111. N11111n· (;.-11c1ic.1. 21: IW> I O.

Il„ llork. I'.. and l l11v11<·11, fVl.1\. 2002. ( ł<:11<11l1<'s in ll11s: Th<' <'V<>l11Jio11 or arch:w:tl a11d prnl<'ohaclnial gene contt·111. (;<·11011/(' N<'s<'un·h. 12: I'/ )i. 5uy:1111a. fv1. and Bnrk, P. .1 001. Evolution or prokaryolic r<'.iaJcd Sjll'Cics. '/i-c11d.1 in I ;„11,·Ji«s. 17( 11: I() 1.\.

:•.t·11c

order: ( 1~·11u11h'

rcarra11rJ·111t·11h i11 clo~.cly

1.argcl, Il„ Si1no11. I U .. , and Kadanc .. I.IL 200::>. llaycsia11 phylogcn.:tic inl«-n·m:c fro111 ani mal 111itochon. drial ge1111111e arrtlllf!l~IUL'llls. Jo11r11ul 1f!lu· '1!.11yt1/ ,\'f(1fislit·o/ ,)'ocii'ty li, (F!: (1H I JH.

'foillSOV. R.L„ Koo11i11, !-:.\!..and I .ip111:111. I) .I. l
1.awrcl\Cl', J .(I. and Uch111a11. 11. I '1'18. iVlolcc11lar :m:hacology or the I'schcrid1ia coli )'Cllllllll'. l'rocccdings o( r/Je Norionol ;\rndmn· o(S«ir·11n·.1 US1\, 95( I (i): '1-11.\ I'/.

falll:;ov, IU .„ Nalalc:. ll.1\„ ( łarkav1sc1. I .V„ Ta!11sov:t, T.1\„ Sila11kav:1r;1111, ll.T„ l\a", ll.S„ Kirv11ti11, I\.. (::dpl i11 .Lm. t tj J i . q( >v / t 'ul; I

I .o bry, .I .R. I '>')(i. ;\sy111111etric s11hslitution pall<'rns in ihe Iwo I >N1\ ;:trands or h cl<'ria. Mo/ernlur Jlio/ogy 1111d /•.'1·0!111io11, 13: (1(iO .'i. .udwig. W„ Stnink. O„ Klughauer, S„ Kl11gha11cr, N„ Wl'il.<.:ill'.)',gcr. fvl.. Ne111naicr. L llachk:ilncr, M„ and Sd1lcikr. K.ll. 1'1'18. l\actc:rial phylogc11y ba,,t'd 011 co111para1ivcscq1w11c·,· analysis. /,'/eclrof'/Joresis, I'>: .'i.'i,I li l·:volution. Sa11 l'ra11cisco: W.li. l'rc·e111a11. [Vlarie111'c.ld, .I „ Unsc Id. lvl „ and llrcnnickc. i\. I l.l'J'>. The 1nilm:hondrial grnrnlll: or /\rahidopsis is compnscd ul' butli 11alivc and inm1igra111 inforn1atio11. 'fi«'lllls in l'/,1111Sdc11ce, "I: ··1'15 -502. Martin, W„ Slocbc, IL, Ciorcrnykin, V., lla11s111a1111, S., 1lascgawa, l'vl„ and 1-:owallik. K. V. l'J98. Gene lransl'cr Io !he nuclcus and the cvol111io11 of chlornpla;;ts. No1111'i', .l'>J: I ri:L ..'i. l'vlillcn, R.S„ ( l1111stead. IUI„ J\da111s, K.I .. , l':tlnll>r, .I.I >„ I .ao. NT. I kggic, I ... Kavanagh, '!'./\„ I libbctd, .l.iVI.. Uray . .l.c>„ l'vlonle11, <'.W„ ('aliL>. l'.L .kr111iin. L.S„ :111d \Voll'c, K.11. 20()1. Ma11y par:illcl losscs ur inf;\ rro111 chloroplasl DNA during angiuspcni1 <'.Volulion wi1h 111tilliple indcpcndcnl lransfcrs to the 1111cle11s. '/he /'/<111/ Cell, 13: (vl'i-- 58. <>ch1na11. li„ l.awrt>11c·c . .I.li.I\„ arni (irnirn1:111. !'.. /\. 2ll00. 1.alcr:il )',<'llt' 1r:111sler a11d tlw nalure olliactcrial i1111ova1 ion. N11/tl/'I'. ·!05: 2'JlJ- JO'I. Ugat:1. 11.. J\11dic, S„ l\c11esto-1\11dilTr«1L I'„ hi11rnicr, l'.I·:„ llarhc, V„ S:1111so11, I J„ Ra11s, V., Cossarl, P„ Wcissenhacll, J„ ( 'lavcric, .1.l'vl„ <111d [\ao11l1, Il. 200 I. l'vkclw11is111s ol c\'Ol11titlll i11 Riekcllsia conorii a11d R. pruwa1.ckii. S«il'lln', 2'>3: 20'!.1 X. Olsen. (f.J„ Wm·sc'. C.IC a11/llt1«!1'riologv, 176: I (i. l'cv1.11cr, I'. '.'llOO. ( '0111p111a1iu11al Molccular lliology: t\11 1\lgmi1l1111ic t\ppruacl1. ( ':1111hridge, Mi\: MIT ['res,„ l'hilippc'. 11. and I'orlnrc. I'. I'!'!'>. Tllc· runi ing or the 1111ivcrs:il Irce of' lik is 1101 reli:tl1[,._ .lo11rnal of'ivlolccular l'vol111ion .. Jl): )0'1--2.\. l\oclmla111., 1\.1.„ I h:grngillicr. l'vl.I·:„ :111tl Il lad;, W.C. .1002. l'iovcl rcarrnn· gc1ne111s ol':!rtllropod 111ilocho11driall>N1\ deJc·ctcd with long· I'< 'R: applicatio11s to arthrnp11tl phylogcny a11d t'Vulutio11. 1Holl't'Hlor lliology r111d VFolu1io11. ł9: g,11 t). Roger, ;\.J. l'J')'). l{n«>11slrncti11g carly t'Vc·11ts i11 c·1il.arvu1ic cvul11tio11. ,\1111'1'i<<111 N<1111n'. Ei•I: Sl·-l(l-(i:l. Sankolf. I J„ I .«dt1c, (I„ i\nloinc. f'i.. l'aq11in. Il., I .a11g. 1\.1'., and ( 'cdcrgn.·•1. I\. I'J'J2. Cłene order comparisuns for pliylogetll'tk i111'crc11t:l'.: hvolt1tin11 or llit• lllitucllo11drial gl'lhHlll'S. /)/'(l(.{'('di11,1;s (ff lit' Nt1ti01wl „\«11
278: (i.\ I 7.

Van d<' l'e<"r. Y„ B:ild:111L S.1„. I loolitlk. \V.I'.. a11d fvkyn. 1\ ..'OOO. 1\11 upd;it<'d a11d co11lpn·lic·11"ivc l>:i~cd /:'po/111io11. SI: 5
{\I\

rnlt'·c;ilihra!l·d t'Vnl11ti1111;1rv dislt111cc:: . ./011n/(// o(;li11/1·~·u/,11

-

l'an ll;i111, l\.l'.11..1.. l<:un,·rhcck, .I„ l':ilacio,„ <'.. P.ausc·ll. l'.. 1\ba,;r·al, I'„ fl;istoll:1, Il„ l'c111;u1d,·1„ J.l\·1. Jilll<'lll'I„ 1„. 1'nstigo, l\·I.. Silva, I'..i., ·i:1111a111c<;, .I., Viguera, I ·:„ 1.al•llTL'. 1\„ Valc·11cia. A„ l\·I< 11 ;111. '!'. Y„ and iVloya. A. '.'OO.l. lfrd11c1ivc' gc11011w cv11>1/ 1\mdm1y o( S.-i""' .,„1· l/S1\. IOO: 'iE I I>. . Vialc, /\.l'vl. and Ar:1kaki. A.I\. i'!'>·I. The ch:qicrn11i: col!llL'l'iio11 to ll1t· ori1!ins ol'tlic i:11l.:1ryoti<' 111p:11wlk.'>. /•F!IS f,c11<·r.1-, J.!I: I ·lh 51. . . \Vclch. I\./\. i i11. 200L l'.xtcw.ivc 111osaic: strucll\l'C rcvc;ilr:d liv ihL· ,·,1111pk1c 1'·''11(S«ienu'.1 /IS,\. 'J'!: 1/11.'11-'I. Wilson, R.J.M„ l'c1111y. l'.W„ l'rci<.t.T. l'.R„ l·'.ang:1chari.K„ l\tll)('rts, I\„ Roy, A„ \Vliyi<'. .\„ ,•;11:1111.1\·I. i•lu orc'.I U„ tvluon:. I'. W„ a11d Willi:11wa111. I l.11. I ur 1iJ,· plaslid Iii.,· I Ji'I:\ "I tl1<· 111:ilaria parasitc l'las111odi11111 l:1kipan1111. .!011m11/ o(i\lo/,·n1!11r /lit>logl'. 261: l'i'i /.'. Wucse, C.I\. ll)H'/. Bacll·rial t:V()l11tio11.1i!i1Tnhio/ogy /\n·i1·11·, 51:

.~:~.1

'/I.

Woese. ('.I\ . .!.OtlO. lntc1prcti11g the u11iversal phylogt'llt'lit· lr1.T. ! 1ri11·c·r 1di11gs 1:/ tlw Nu1ion,rl Scii'11Ci's USi\. 97: }{.\
_,\i·t1d1·111_\'

'!/

\Vocse. ('.I\. and l"o.\, (I.I·:. I trr1. f 1liylogenl'lil· structun· ur tlll' prnL;iryotit• du111:1i11: TlH· p! in1;11"~,' I, i11,!i_dtll!l.'>. l'rOt't'<'dings 1~{!/Jt' Nt!!it111<1/, \1·11dt'lll.\' i~(.\'t'il'f/1'1',\ I IS-\. 7 ..J: _i)(ąrn JJ(),

IVolk, K.11.. I.i. \\'.li.. alld Sharp. l'.M. llll~/. ""Il'-' or llt1«i<'"1idc "11k.1i1u1i"11 1·;irv :·n·;itil a111<>11!' pl;1111 lllilrn:liu11drial. chlur(Jplast :ind 11uck:1r i)f'li\~. / 11'01'r'c'di11g\ 1!f"t!t1· Ni11in110/ \1·1t1lr'l!/\' 1!/s, i(·11i·1',\ (!,\' \. H4: <>US-I

~-i.

Wood, D.\V. i in.~~{)()!. Tlw 2'!.I: .!.\17 U. Yap, \V.I I., /,lian;.~.'/.,

gl'l\l)!}}l'

or 11;1111ral

;111d \\'ang,). \f>l)tJ.

gt:łlt.'lil·

1•111 1.i!ln't

/\j 1 ł"()h;wkriu111

.lourntt! o(l:t1t'frTiulo,1;1·. jgf:

':1:-„ ,\'j./1'//!'1',

I li:.tincl 1yp1'>. ol rlU,L\ 1q)(·1u11, \.'' i·,1 i11 !l1t· "1·11i11111· 11! 1l1t ;1,-11 ll11ri11HJ!:1I !r:111.-.!"··1 (il ;11: r·11111• 1llf'l \

IHH11ycetc Tllcnnu1JHJ1H1:--.po1a (·l11<111H1). 1J'll;1 ;111d <.'Vitk11cv !"tli tlH' OPL'ru11 .

li!!lH'f:H·ic11«

.L).

1

{)! li.

455

T11cl111ilrn hadrn'1 rnikro111aci111zowycll

eslawtiw !'eJH\w lub białek w mlr(i:i.uir~llit1 od s1.c1.c1~(1lowych bada11 dolyc1.:1cycli

C'l IYCIJ '/.

llVl!fJ

''

'·

-

j.cdy11czych prz.ypadkt\w. . . . . 1 (lcnomika rc:prc1.enlllJC nowy sposoh myslema w b1olog11, ktory stal Sły mo1.l1·,.ki rozwo1·owi 1eclmolm·icz.ucrnu w ci<\f...'ll ostatnich lal. Picrwsz.ymi owocami 1V)I (l'/l' Y ' • '' '· wspo11111ianego roi.woju tcclmologiu.ne1~0 s:\ oc1.ywiś~ie projekty sch·;cncjonm.vania calvch gcnom(iw. Rów1mu.eśnic 1. po1.na111em sckwcncp calyeh geuomow opracowywano ~chniki poz.walaj:icc bada(! 1.hiory z.mvartych w nich genów. To _właśnie. omówienk 1ych technik (l/.W. technik wysokopr1.qrnstowychl jest przcd1rnolelll llllllCJSl.cgo rozd1.ialt1. vVysokopr1.cpuslowy 01.uac1.a w 1yrn przypadku prowad1.enic pojcdync1.~go eksperymentu jednoc1.1~ś11ic dla vviclu rM.nych genów lub hialck. Eksperyment laki .1esl irowadzony w sposób a11toma1yc1.11y l11h c:t.\:ściowo automatyczny. Eksperymenty wy·~okoprzep11stowc dostarc1,;1j<1 d11żych ilości danych, k1<)re tri.cha uasl1:pnic s1.c1.cgólowo przeanalizować, tak hy 1.idenlyłikmvać wys1nrnj;1cc w nich trendy il'.h lc:i. inne islot1lL' cccllV slalyslycznic. W ekspery111eulach wysokopr1.epustowych popwia Sł\'. wiele 1.ag,ad-· nieii- dolyc1.qcych inlcrprelacji, 1nodelowania, jll'/.echowywania i zarl'.
„

,

•

•

•

1

i'li11icjS/._I' rm.dzi:il jl'sl p<>świ<.!c·o11y wykm1.ys1;111i11 wysok\lpr1.L'p11s1nwych lllclod ckspcrvmcn1al11ych \\' h;1d;u1iach lra11skryplo11111 i proleo11111. l'r1.cds1awia111y h11
1<> "l'i.,11jc111.1: ledu1iki 11orn1:di.1.:icji d;111ych /. 111ikrn111acicr1.y i powi:11.a1ie 1.11i111i 111c1ody anali?,y .•.l:ily»lyc1.11c11>ra/ w11.11;i111.:w11 da11vd1. a laki.c: 11;1jwai.11icj.,1.l'. lr'L'luiiki ckspcryme11ial11e slosow:11H' ". p1:011·rnnic« or;11. li:Hl:111i:1 11:1d sicc·i:1n1i odd1.i:tlyw:11i 111i\·d1.yhialkowycl1. Prczenlujcmy 1;1.,>!:1d1111·111a 1w1:11.a11c· 1. pri.«cl1<>wy11;1111c111 1 wydap1y111 pnn)w11yw;u1ic111 1.loi.onych inf'onna'.'.JI h1ol<>1•1<·1.11ycl1. klad:\L' 11;1cisk 1rn ko11icr·1.11ość slosowa11ia odpowi«d11ich sla11dard11w, takich J:tk s1:111d:1rd iYIL\l\•11'. (dl:1 da11ych 1. 1nil,rn111acicr1.yl. \Vprmvad1.;1111y pojęcie schematu bazy d:111ych. klory s1a1mw1 slrukl11ral11y opis 111rorn1acji 1apisa11cj w ha1.ir· danych, oraz poji;cie 011 • l
l'r:1klyl·1.110 k:ri.dy 1. nas spolk:d sii,· 1.e sloWL'.111 !~l'llo111 1er111i11e111 opisującyrn skomplikow:111:1. dzit:d:1.icz11:1 sckwcnL:j<; DNA orga;1izrnu. Clcnomika In dziedzina nauki 1iuświL;c1111:1 h:1dani11 gL:nom1iw. l'onil'wai. gennn1y 1n11i.11a h;idać na wicie sposobów, !'·':norn ika jt:sl stos11n ko wo s1.erok itli pojc,:cicni. \l\I roi.dziale 12, rnrrnwiaj:ie słrukłury ;:,c·1H11rniw. ;;tmvi:diś1ny pyl:111i:1 do1ycz:ice ko1nplełnego 1.cslawu gcn<'1w \~organizmie llr:tl. p11rii11•11yw:tli;in1y .!!,L'llo1ny n·ii.nycli orga11i1.1nL'1w. l'onicw:1i. 11111awianc zagadnienia d"tyr·1.ylv calc;•.11 gL'll\lllHI, a 11il: pojc·dync1.ych guH'1w, treść ni1.d1.. 12 111ie.~ci siy w Iw;· !'.11 tc·111atyl·1.11y111 g\'IH1111iki. ()r·110111ika ;;k11pi:1 si1,· 11ie tylko na slruk111r1.e i ewolucji :·c·11m1'. Ol1r:jlllujc 011a !akie· wiL.:k dodaikowycli z:1g<1dllie11 :1.wi:r1.anvcli ·;, ft1nkcjonow:111it·111 ;:t·111111111w. l'1111invai. ll'i1:k.·;1.11ś1' prncest>W zaclll1d1.qcycli w k;m1t'm;e jest ściśle I'"11·iąl.:111:1 / l'J.:1101111·111. 1111ii11a od11icś1' 11T:1:i.e11ic'. Żt' pl)d poj~·1·il'1ll J'.L'llLllllik;; kryje sii; 11· ist11cic c:tla hiolllgia 1111>kkularn:1 11r:l/ gL'llclyka. Oc1.ywi.~ci1'. llil' _~jest Io prawdą. '1(1, "" L11lrL\/11i;1 )',<'lllltl!ik,· od h:1rd1.icj ko11w1·ncjon:tlllyd1 h:1d:t1! w 1~cnety1·1· i biologii 1110l<-L11l:1r111·.i '" sk:ll:1 prowad1."11vclt «ksp<'ry11w11tl1w. < ic11rnnik:1 sld1pia si(; 11a badaniach

Mikrnmade1·z ll>NA 10 płytka. na klt'1rq 1i:1uiesio110 regularn•\ siatkę (tj. macicr1.) pól (ang. s1iots). Ka:i.de pok 1.awicra wiele kopii odpowiednio dohr;wcj sekwencji DNI\, przylwicrd!.onycli do pmvier1.clH1i płytki.'/, ka:i.dym polem jesl 1.wi:11.:1na kowalc11cyj11il' inna sekwencj:1 DN/\. Pola s:\ sto~;unkowo niewiL~lkit'. (typowe pole ma średnic<,' kilkusl't lllrnw) i c111.a ty111 id1.ie na płytce 1> śred11icy kilku centymelniw, lakiejjak szkiełko podslawowc mikroskopii, nHri.na umicścit: tysi;iee pól. Sekwencje DN/\ umie;:/.c1.nne na polach pclni:1 roli: sond liyhrydywj:wycli do k01nplt:11w11larnycli sekwencji, kkirc rnogt\ znajd1111-;1c: si1· 11· had:ull'j pn'lhcl'. Olir;1/nw:111ie 111il. 11a ktl\rych 1.as:t.la hyhrydyzacja, wyko11ujc si,· 1.a po1110q odpowied11ich lechnik t111mesce11cyjnych. kl
Tnchnil
456 (a)

i;-,. ,-;

mikrnmacicrz cl>NJ\

koll'kcja d lNi\ zwiclokrol11ic11ie insnt11 Zll pOllHH..':<\

r3

J>rn

o wysokic.(gv~;to~;ci .

'•.

--=L. =:.c fj~~-JTJ:JI[-[Tj:JTE;::'j

ę:

8

11iikro111acicr1.c oli1~\111uldc11tvdmvc

.. ·

·u o ..!-i.

(h)

.]_]J:l=[:~C.1=-

=LI~

i'''' I:
sl:irtcrv

dla wck!or~1

startery dla gern\w

„, l o. •)

:~ynt~;.u in situ

za pomocą

lt1!ol1logrnlli

iloraz ( 'y.'i/( 'y.l

hyl1rydy/ncjn lllll'SZ
~D

'f?.

"'

cl lN A wyz11ukowanc

Cyl

·µJ"' luli< 'y5 ;:~,

o

l'fl

(,,

O.Tl

·.n ..o ... eto

tr;111skrypl'j:1 iu1·itr1

cRNA \VYZlltik()\VilllC

hi~1tynq

podwt'~jna nić cllN;\

calkowik

RN;\

D.

ko1111'1rki/ ~!J,a11 ktl

poly1\ +RNA lw1w\rki/

tkanka

Rys. U.I. l·:1apy ckspcry1m·111u 1nikro111acil'r!OIVt'f!.o dla (a) 111il;rnn1ac·icr1.v cl >Ni\ i (h) 111ikrrn11acicu.y o!igo1111klcotydowycl1. (fl'1rna CZ\'Śl· ry~11nk11 ilustruje pr1,ygol<1\\'a11ie 111iLnrn1:\cit·r1.y. dolna 1.aś pr1,cdstawia pr1.ygn1mv:111ic p1/ihki (1.:1c1.np11i1'l
duj<\ si<,'. w llad:111l'.j pn\hcc. I )oiiry pr1.cgl:1d tcclrnik 111ikrn111aci1:r1.1111•yclt 111u/,11a znaleźć 111it,•dzy i1111y1ui w pr:1caclt Scl1ulzL'";1 i Dowll\v:mla (~'()()I) ma:;, I ,1·111icu:::i. Altarunicgo i .')die11a (I 1!98). l'odsu111owa11il' pos1,l·1.q!(1l11yclt clapt'1w w ckspet')'llll'ltcic 111ikromacic1--1.owy111 pr1.nlslawio110 11a rys. l J. I. ls111icj:1 dwa typy 111ikrornacicr1,y. kl\'>rc ru:i.niq c;i1; spusohc111 pu.yg\ltowania ply1ki llnt/. pr(Jhki. l'ierwszy :;, 11iclt tu t1.w. mikromadrr1:~· oHgmwkko!.ydmn'. w k1órych l )N/\ 1.wi;11,:111e '/, plytkq wyst1;pujl' w posl:1ci kn'ilkid1 1lligonuklcu1yd1\w, z rq!tily o dlugw;ci J5 '/,as:1d. iVlacieu.c lego typ11 s:1 prmlukow;11ll' pr/1.'/, li1rn1; 1\lly111ctri.\. Sekwencje

4fi7

iwiązane z pos1.c1,eg<'llny111i polallli s:1 w nich ściśle ukrcślo11c i 1.ale:i.q od gc11rn11u badanego organizmu. Kai.dy'/. oligonukleotydH,·pnic 111icjsrn, .w l~t1ir:vcli ;\ nałó.y wstawić do sckwe11cji, s:1 na:iwiella11e. l'owodujc tu ;,wiv.anil' ;\do l:1C1.11ikl'11v wnaświetlonych lllicjsc;1cl1. Na po1.o:-;talyclt po'l.ycjacli ;\ 11ic ulega '/,wią1.a11i11. l'o 11:1-świctlaniu plytki ro'/.tw!ir A jest '/.lllyw:111y. 1\1wlogic'/.11y proces wykrnrnjl' ~:i1; dl:1 \\'::-;.y,•;tkich pozostalych typwtarza11:i dla kolcj11yl'i1 po'l._\'L:ji w se kwcncjach. a:i, do '/.sy11tcly1,owa11ia wszystkich uligonukln11yd1iw. l'o /,L:sl:iwicniu li11ii produkcyj11ej dla zadanej kości, jest 111ożliwa powtar'l.:i111a synlc'/.a wil'lu jej c1u.c111pla-r1.y, z których kal.dy 1.nwicrn dokładnie le salllL' oligrnncry. Dodatkowe i111'orrnacjL' 11a lcmal produkcji kości 111ikro111acicr'/.y s:\ dost\:pnc 11a strnniL: WW\1<,I lin11y 1\ffy111elrix (http: I /www. ;1 f f'y1ncL1 i z. cu111/). Badania 111ikro111<1L:in'l.owc maj:\ na celu po111i:ir IHl'l.i1111Hiw t•b:pn:sji genów w komórkach, tj. O'/.nac'/.aniL' st<,::i.ui rnRN;\ odpowiadajw·ych hada11y111 gcnun1. l\u'/.lwory ' ckslrnhowa11e '/, próbek tkankowych 1.awicr:1jq du;-.:1 lic'l.ht,• ni:i.110rnd11yl.'!1 c/.:\sll'c1,1.'.k mRNA, kt<'>rc '/.najdowaly si\: w ko11H'11"kach w trakl:ic ekstrakcji. l'o11iL:wa:i. cz:1stcG.l;i le nic sq wy'l.nakowa11c. nil' rno:im1 wprnwad'!.ić icll lio.po~n.·d11io 1i<1 plyll;(;. W 1.wi:vk11 z tylll przeprowadza si\: kilka reakcji hiochcmic'/,11ycli, kl\>rL' 111aj:1 11:1 cl.'!11 '/.S'.'lllcly'/.o wanie c'/.:\SIL'czek RNA '/.11akowanych hiolyn:\. Sek Wc'.11cjc tych c'/.qslcu.ck s:1 ideni yc1.111.· I zsckwcncjan1i w populacji mRN/\ wyt•kslrnhow:t11L'j '/,próbki tkanki. W :;por'l.qd?.011y1n w len spos1'1h roz.twor'/.L'. RNA znakowanego hi1Jty11:11.:111ur1,a sit,'. plylk(,'. 111ikro111:icicr1,y. 1 l'lylka znajduje się w ro'/,IWor/.L' pr'l.e'/. kilka god'l.ill. w c'/.:1sil' k11'1rvch dochod'/.i do l1ylirv dyzacji RNA z oligo1nn:u11i I l[\j;\ na plytcc. !'o 1v111 C1.asi1· :;ck\~'<'lll'jl'. l;1(m· 11i1· 1;ln•..l1· hyhrydy1.:icji. s:\ wyplt1kiwa11c. Sck\wncje RNA .1.wi:v:11w 1. hio1y11:1. 1'"11it"w:i:> 11u::i:; da ona silne powi11owaclwo do slrcpt:1widy11y. \Vla:;ciwość ta jest wykuo.yslvw:111:1 11:1 ostatnirn etapie ekspcry111cnlu, w k1óry111 plytk\' prnldajc si,· d'!.iala11i11 1.wiql.:11H'i '/. ::lr<'p lawidynq L·'/.qslcc'/.ki llt1orL'Scc11cyj11cj. ( '1,:1:;1co.ka 1:1 h1,·d1,i1· wiq1.:111:1 1.:1 pu::r1•d11i1·11,1·111 Slreplawidy11y w rnicjsc:wh, w kt
\ 3. IV\il
Normalizacja danycl1 z 111il
111 L inikr(J:;l;opii \lplycziwj. ( k1.ckujc111y pr1.y ty111. i.L' wy1.1wc1.rn1e. P\l'f.iomy lluorcsccih <'Ji l>i:d:\ l>r(Jpon'j(Jll:iliw do '/.:tw:ir1nścipos1.<·zcgól11ych111RN~\ w p 1~rwolnyn~.ckstrakcic

1

, pin),.;, . 11· 1· ·, 1.1.,. „, 111"; ;.inier;.:imy . . do 1Jorow11:1111a p
„

11 ,1 (Jdpmvi:idaj:icycli sobie połach prn11i\:d1.y ply!kann repre/.enttqący1111 kole,1nc próbki I ii()I( ll' il"/ 111 ·' . 1) 111 ;.:i lyp 111 iknllllac:in;.y 10 l/.11'. miknmrndcn·zt' eDNA. cl JN/\ (gdzie c pochodzi Io 111c DN!\ /.synletyi'.owa11a za pomoctt l ll I
,

\

,

.

•

,

,

- •

•

•

•

•

•

,

ii·:iu:Jivi>cji w L\l>ry 111 nic' l{l\11\ !Hiwslajc na lrnzic WZOl'COWC.J 111c.1 l.).~I~.' /'.a pomocą · . ·l·i·)'l'l'l'/\' llli·l·· nasl<;p111e zw1clokr.otnić . 1.1 I lLTIH'I \V I );H I·illl)l ' ' ' 1L·l1 . '/•·v11tct"/nW;llle ")J · .Y , · 111c1 1noz11a • • • • · I I ·1 · I'( 'I' ot 11v11 111j·1c w ekkcic ro/.lv1or o wysok1111 sl1,~zemu cDNA 1 .a1>0111rn:;1 ,:,;1111,1 '· .'J :' ·. . .· .. · . . ,,. , w laki spos 1>1 1 11 1wrn·i.ll!Hl bihl101<.'k1 cl ll\11\ /.aw1crn.P\l'l' du/.c i'.h1rny sckwGncp dl,1 wic· wys.1\.I. )ll.J"l'"Ch 1v1)ach krniH.lrek. B1h1Iotek1 te nuizna stoso-. i li !.'('IHlW . 'l ._, ' w. rt1iuor()(l11vch • . j . . ' ' · ·1a I\u '.~t· I\\\'cnc1c .·. sont · I 11·· 111 ·11·\. 1·1Ji11·1<·1·<·1·1·1<·l1 Sckwe1lt'\C cl długie \\l:1t· „, )Ni\ S<\ stos11ukowo .. „ ': I

'-

'

I

,,)•

·

•

'

'

'

•

'

•

.„ .. ·

L

•

,,

•

,

•

459

IJUlll'eSCCnL')'jnego. 'Jl.:clrnika ta pozwala porÓWllaĆ dwie próbki za pomocąjednej pJytki.

zrcgnly jedna z pn)hek to pn"lhka rcf'crencyjna. druga zaś to porównywana do niej prób-

ka 1estowa. ( 'clc1n poniwn:mia jest wskazanie gen6w. kl<'irc wyka/.ują przyrost poziomu ekspresji w stosunku do pnibki ref'creneyjncj. jak n)w11ici. gcn
•

.'.OOO 1 .:i:::ai). Tylll s: 1111 yrn ·1 mvicrnj:1 rnic istot11;1 C/.ę:~c .sckweucp genu,. chot: 111.c~ · · ca I v !~Cil. . 11 111) 1..1, Ll"'/'t<·i"i • ' "·· · . ,., J . • . . . , · lllll l.~l:IH>ll'I
1')()()

1

•

(

'

11rn1;i.liwi:1 rn/.r
" ·. ' l.·I )!'-I'\ ll'l' 1·ii11tL'l' \\' '''lll lll"l.\'Jl:ldku llsi na takq plytk1· regularn:1 siatkę poi zmv1era,1ąc~cl.1111~.. 11. ...t' I .li''·\ 'l t·1~. °\L'St t·11i )'/'I \\I )H)l'(JWlla111ll /, pl"l.)'!!,Olowm11cm rn1k10111a\Vll" \Il: :I I o~~CJ 'ii . ·1·.·l·l111'1I l \t , ' , .( 'l 1

1·il'l'l.\' oli!•oiiukic
1: 1 , 1 ·1
sckwcm:ji ge1101rn1. pod w;1runkielll. i.e odpowiedni. 'l.csław. sckwci'.. ··1·1 ··J )l\J \ ·10~1·rnic· dohr;111v c:k:;p,:ry111cut;1 I 111c · ..V'', przypac li·,u 1n'I· · 1n·ic1n1y 1\IO ' · ol1nonuklc'; . • l, (. I '' ' ' ' . . · . •'J' ; ' \V sl"lh ll',\'<'it /.iiajornnś<' st·.l.w1:11cji genc'lW ,1cst konieczna . w n11:11v n1oz. 1wosc1 \~ '~h 1 „,Ji,·!'.ll :!<'.>Hlllill. Tt:l'l111iki :;y11tl'/.V in si/li s\w:ow
.

.

„

·

·

· 'I I I 1 ·Il ·1<'st łrlll il'()l:1ilo:;cilH,li\dl'IHlll
„

l'i1ilil,·iii IL'll r11/wi:11.11j1·

1.:1

p111n1>C<\ spry\lll.')lO syslen111 dwukolorowego zn,h

'

Dane 111.yskiw;ine w t'kspcry111en1ach prow;idi'.onych /. wykori'.ysl:lllic111 1nikrornacicr/.y cDN/\ to warto:;ci i11lensyw11ości L'i'.crwonej ora/. /.icloncj fluorGscencji kai.ckgo z p
w prW in1ensyw1HlŚei lluoresccncj i N1 / (; 1 z pos/.C/.eg<)lnych pi\1. Wy1,11ac1.c11il' ilor:m'iw i111e11sywnośl'i c1.crwoncj i i'.iclom:j ll11oresce11cji. za1niast analizy he/.W/.gl<;dnych war\ości int<~nsywności. prowadzi do isto\m:j redukcji poi'.ahiologicznych nii.11ic· po111i1,:di'.y pola111i 1w ply1cc. (;dy ilor:I/. inlensyw11ości ł'lt1orcscc11cji jcs1 Wi\:ks/.y od I. pm.io1ll ,·ksprcsji odpowil'dniego gc1111 jest wi1:kszy w próbce \cstowcj lliż w pnihn: rcl't:renc.vjmj kzyli 1.'.L'n jcsl wl:1c/.any). (idy wartość ilor:1zu intensywności ksi 111niL:js1.a od I. pm.iom ekspr<'.s.ji odpowiedniego genu jesl 111niejszy w pnfoce te1

i\ doLladnicj. ll11llrt'sn·11cji o

dl11gości

J';di rnlpllwicdnio ""· Y/ll11i11 i ol;. (>'/On1n

(jJl''.'..\'f>. 1/11111.).

13. Milmlrnacier:w

4li0

danycl1 z rnil
M· =lup. I

...-..~

\Vykres surowych danych R

(:i)

slowej nii. w próbce rel'erencyjlll;j (c1.yli gen jcsl wyb1czany luh ulega suprcsji).Ilo intensywności fluorescencji wygodnie jest przedstawić w skali logarylmicznej:

(·~~;-). Ci; .

.

'::;;t~'~j~,t«,

W powyi.:;zy.111 równaniu z.;'.stosowa.no logarytlll o podsta.w1c 2. L:o 01.nacza, i.e llwukrot;\i''

pr1.yrosl poziomu ckspres.11 odpowiada tv!; = I, natomiast dwukrolny spadek poziorńti ekspresji prowadzi do M; --1. W analizie wyników ckspery1ncntu istotną rolie i)chii'-. . l. wykres ilora1/lw,, inlcnsywności fluorescencji poszl;zególnych pól. w lunk~ji ich śrcclnief' 1nlen~ywnoścL,!'.~ednrn gcornetryc1.1ia 1nlc~1ywn:ls~1 czcrwonc.1. ,' 1.1clonc.1 llu.orcsccncji · .iest ro w na J !?; (,;. W skali logaryt1n1c1.nc_1 srcd111a 111te11syw11osc lluorescenc,1i pola jestr(>Wll
l ·

'·

l'r1.ykladowy wykres prc1.entujqcy rl.lTzywisll: dane 1. ponad 27000 pól 1nikromaclcrzy cDN/\ myszy (Quackenbush, 2002) pr1.edstawiono na rys. I :l.2(a). Skala dla średniej wari ości inlcnsywności fluorescencji 1rn wykresie jcsl zadana przez log 10 ( R; G; ), a wii;c jcsl proporcjonalna do warlości 1\; zdcliniowancj w powyi.s1.ylll równaniu. Na wykresie widać s1.crokie pw.iollle pasmo, 1.awicraj;1ce pw1kly clla dui.cj I iC1.hy ge116w, oraz kilka punklów i1.olowanych (ang. 0111/ier 1111i111s), kh'lrych ilora1.y łluorcscL~ncji są wyraźnie powyi.cj luh ponii.cj średniej. ·ni właśnie punkty i1.olowa11c są inlcrcsujący111 obiektem hada1\. Punkly le rL:prczenluj:\ bowiem geny, klórych ekspresja podlega silniej, pozytyw~ 11cj lub negatywnej. regulacji Wi'.głędcm pr6hki rel'crencyjnej. Zanim jednak uzyskane wyniki hęd1.ie moi.na 1.interprelować, konieczne jesl skorygowanie poloi.cnia post.cze~ g<'>lnych punktów na wykrL·sic, lak ahy ogranic1.yć wpływ c1.y1rników wypacząjących wyniki po111iarn. Proces len jest 1ia1.ywany normalizacją. Znakowane sekwencje z pr{Jhki lcslowcj orni. próbki rderL'.ncyjnej s:\ mieszane w taki sposób, aby calkowila ilość cDN/\ 1. kai.dcj 1. prt'lhek hyla laka sama. Jeśli ekspresja pcwnL:go genu nil: ulcgla i.mianie, Io nalci.y oc1.ekiwać, i.c N.; c= (l; i co za tym idzie M; = O. Mimo Io na rys. L\.2(a) i.decydowana więksi.ość punklów ma ujemną warlość M;. Nic oznacza l1l oczywiście, i.e wi,~ks1.ość gcn(l\v podlega negalywnej regulacji. 01r1.ylllany wynik sugeruje raC1.cj. i.e dane s:\ obarczone hl\·dem systematycznym. kdnym ze sposob(Jw eliminacji lakiego hl,:du, 1.aproponowanylll w pierwszych ekspcrymcnlach 111ikromacier1.owycl1, jest nornwli1.acja danych w1.gl<,:dem genów o ekspresji ko11slylutywncj (ang. lw11sck1•c11i11g ge111:s), c1.yli gcmiw. dla kll\rycl1 1.aklada się stały poziom ekspresji, a lym sa111y111 hrak ró:i.nic po111i,·dzy pnihk<\ IL'slow:1 i pr(Jhką referencyj n:\. W pudcjściu lym p01.irnny ekspresji gcm\w pr1.esmva si,: lak, by dla genów o ekspresji konslylutyw11ej /I,;/; O. \>\ladą lakiq~o sposobu 11urn1;dizacji d;1nych są lrudności 1.wi:vane z identylikacją genów, klcirych d;sprcsja l'aklyo.nic 11iL: uległa zmianie. Ponad· to nonllali1.acja /. wykor1.ysta1iiL·111 gen(lw o ck;;presji krnistylutywncj 1.mvodzi w przypadku kilku i1111ych lypliW /.nidt:I hł~'.th'>1v pu111iarnwycl1. ;\licrnalywnyrn, prosty111 spt_>· sohelll nonnali/.acji da11ych jcsl dod;rnie pewnej slalej do wartości M;, kll\ra pr1.es11mc,1~ lak. hy ich warlość średnia hyla równa 1.cro. Obydwa wsponlllia11t' sposoby normalizac.11 s<\ 1cchnika1lli 11ori11ali1.acji gloh;tl1wj, w kll'm:j w;;1.ys1kic p1111k1y na wykresie s:\ przcsu·

\VykrL~:> danych

(h)

I\ I pn rn11111:1liznrji l.(J\Vl~SS

}

G o n:,

,, ()fj

.2

-I

13.2. Ilorazy inlcnsyw11ości ll11on·scL'llcji 1. 111ikrun1acicr1.y cllN;\ 111y:;;.y: (al sttr<>Wl' da11c ptl.l'd 11rn . malizacj<\ i (h) po nurrnali1.;1cji za po111ocq ttH.'lody I.< JWl(SS. R I 01.11ac1.a i lont/. i111l'11syw11o;ici (a111•„ Nu!io ·/11te11sity), w niniejszej pracy rcpn:1.c·11Iow:111y przw. il/ maz 1\ 11.ao.erp11ięto z ()11acke1;li11sh, :'.OIJ.' ..1.:11.grnl<\ Nalure P11blishing (irottp)

wanco lakąsa111:1 warlość. W l'fekc:i'" nonllali1.:1cj;111ie 1.111icni ks1.l;iltu cl111n1rv Jlllltkl(->11· zrys. U.2(a). Jedną 1. pr1.yc1.yn syslc111alyc1.llL'go 1.:lllii.e11ia po1.irn1Hiw ck;;pn:sji. 1vidoc1.11q•.o na rysunku I 3.2(a), sq hl,,:dy 1.wiąr.a1w ze 1.nakowa11iclll lluo1't·sn·m·yjny111. '/.iclrn1:1 ora; czerwona populacja l'l )N;\ jcsl 1.nakowa11a odmiennymi harw11ibmi ll11on·scc11cyj11y mi. Moi.c Io prowadzić do hl~:d 1111rn1:tlii.:wj:11•ltll1:tl11:11>oll'i11 na usu1i:1l' :1rlefak1y bt•d;1n· konsekwc11cj;1 tych tilc·dt'>w. Al1crnatyw11;1 111c·1odq t·lirni1rn,.'jj hl\·tkiw 1.11:1Low;111i:1 ll11on·:.1·,·11cyj1w1·<> j<':,1 llll<' prowad1.c11ic dodntLmvego ckspnv1nenl11. 11· l,lurv111 1.a1llit'11i;1 rol:11111 ".n11·11111 i zielony barwnik. \Varlości M; 1. oi1u ,•kspery111c111<';w odcj111u je 1Jt I si,·l •i<\ Ili.I ;;I. 11 j: 1c dwukrotność prawidlowcj 11·arlości 1\I;. l~ohi ;;i"· 1:1k dla1c:1•0 .. :i<' opn;1,j:1 '""'il';,,\\';11ii:1 puwod11jc w1.ajcn11w sko111p,·11sowa11i,· si~: łilt,:d(111 1.wi;11.an1·1·1l ·11· 1.n:tl" •11 ;111it·111 ptlllw! ..

13.

Mi1;1omacinrzu DN/1,

! '1, 11 ·c, lm;1 Ia '1J, rt'.:da11a jvsl jak11 sa1rn111orlllal i1.acja ( rnig. sd(11om/llli-::.t1/io11) (I !ang i '()il \J. '/,11nr111;di/.111V:111y pu1ni;i1· dl;1 kai.dl'.go /. p1il 1.aló.y jcdyllic od ilorazów inteii'. w110:;,·i ll11•H"t'S1:c11cji rnil'r1.n11ych 11a polach. 11;1tollli:1st 11ie 1.alci.y od intcnsywnnśd i1111\Tli c1y1111ik•'1w ()(ld1.i:ilywuj:1cych 11a pola. S;i1rnmorlllali1.:1cja pozwala wyelimino~ ' 11 :iC Lai.dv typ hl1:d11. dla kt1iwgo Jlloi.na zaloi.yć zmielllm~ć porni1·d1.y pos1.czególnynii l'"L1111i. ltT/ hrnk 1.Jllit·11110.~ci po111i1·dzy 111ikron1acier1.arni. Niestety h(idla hłiedów l"''11i:11"wv•·ii 111".1•.:1 hyl- l1ard1.i,'i s11h1cliw prawd1.iwc hlt,:dy pomiarowe nie mu" :./:\ liv<' :·:l;dc dl;i ws1.ys1kid1 p1il (cti jL:sl pods1mvmvy111 1.alo'i.t:11ien1 11r1.y stosowaniu 111>rn1;di1.:tcji 1•loli:tlm~j ). jak niw11il"i. 11ic 11111s1.:1 wykazywać 1.mie1J11ości porniiedr.y poL1111i 1>r1.y JH1wl:1r1.:dnn:;ci w Lolej11ych 1llikr•1111:1cit·1·1.ach (co 1.aklada si1: w procedurze

,„„

:.;11111 >11ur111:il i1acj il. 1«.!11y111 1. l)'J"l\\' hl1·1h1w po1ni;irmvycll. kt1iry nic jest hlt;dt:n1 globalnym, a z.ara"' 111 111c· ,·:ilL1iwi•·ic 11i1·1,;ilc'i.11y ml p1)I na płylcc. jcsl hh\d. kli'iry /.all"i.y w sposób :, :::ll'111:1ly«1.11y rnl :;1·cd11il'j i11lcJJsyw110Śt:i ll11ml'sn:11cji pola 1\;. Na rys11nku 13.2(a) jest 11 idtl\'l.llV wyrni.11y 1n:i1d w·1.mslllW)' wartośL·i M; pr1y dui.ych wartościach 1\;. Zaraze1H lir:1k pr11·::i:11ll'k. hy prt.yp11s1.u.ać, 'i.c w krnn1\rkad1 dochod·1.i dn po1.ytywncj regulacji 1·l:::pri.:::ji 1yl'i1 gc11nw. ktCirych :;rcd11i pm.iom l'ksprcsji jcsl wysoki. W pierws1.ym przyli\ii.t·11i11 wys1:1pii:11ic 1101.v1yw11cj l11li tó. 11L·ga1yw1wj rcg1il:1cji ekspresji genu powinll() ln:1· 11i1·1,;1lci.11" od :irnliiiq.!.O p111.io11111 cb:pre:;ji. l'oniewai. kr1.ywa trcndu wzroslo11·•')''1 11<1 1·y:;. I .\ ..',ta) sklada si1: 1. d11'i.cj lic1.l1y p1111kt1'1w, 111o'i.crny pr1.ypus1.czać, :i.e jest u11a pr1.1·j;iwc111 :.v:;\L·rn:11yc1.11cgo l>l\·d11 ekspnynwnl:dm·):!•>. l\łqd taki 1rnri.e być spowod11w:111v 11:1syc1:JJit:111 dctl'ktorn ll11lln·::ct:ncji w ohs1.ar1.t: wysokiej intensywności sygnału, :..;11>sllwa11c dc1cktmy 111111;1.:1 byt' na 1ylc ci.ule. hy wychwycić sygnał w polach o najnii.::'/.t'j intcnsywnllści. 'l:1k wi\'1: ich 11dpmviedi. dla hard'!.o wysokich intensywności może l>vt' 11il'lininwa. l'rzycl.yn:1 ohscrwowa11ego hlt,-d11 111oi.c być r(iwnie.i. nit:liniuwa zależ1;.\;;,: 1\''!.t1llat(\\\' IH>S'/.Cl.q~(ilnycil L'lapt\w eksperyrne11tałnych, 1.wi<11.anych /. preparatyką 1irohki, tHI pic1w1>ll11:go slt;i.enia llii~l\11\. Bl:1d 111o·i.c tak'i.l' wy11ikać 1. 11ielinimvości pro,·,·:;11 liyhrydy-mcji 1.11ak11w:1111·gn I )j\J,t\ do p1il. \ l111:1wi:lllV IYI) hit,'!liJ pu1niarnwcgo 111o·i.ua wyeli111i11ować np. za pomocą techniki 111H·1u:di1.:icji 1.wancj lokal11ic w:1'i.onyll1 wyglad1.a11iL·1n wykresu ro1.r1.lllu (ang. /Dcally \\'l'.'i,1~/11erl S<'11/11'J'f>/01 S111001/1i11g. ! .(>Wł \SS). W 111etnd1.iL: tej do punkt(iw pomiarowych 11·:;1 d11p:1:·:owywa11a ft111kcja 111(„\ l rl'pn."1.•·n111j:1ca gladkq kr1.yw<1 (dopasowanie krzydo p1111kt1)\V 111o'i.11:1 pr1.cprow:1d1.ić np. ·1.:1 JHllllOG\ metody 11ajnllliL:jszych kwadra1t1w l. r'-la::l1:pllil' wy1.11au.a si\' skorygowane w:1r1ości ilora·;.tl w::1.vs1kicli p11nktnw po1niarowych pocl1rnl1,;1cych 1. p1il o inlcusywności /\, :i 1,;11,:111 IL't.:linika la nie jL:sl n·1w11oważ11:1 :;a1111Hlllrill:ili1.acji. \.Vyllik ·1.astosowania nor111ali1:1cji I,( >Wł :ss do da11ych 1. cl >N1\ 1uys1y pr;.,:dslawiono 1ia rys. l .\.2(b). Po tej t1t1rlll:ili1.:tcji 1.hi11r pt111kti'1w j!'st wysrndkmvany 11a wartości M O w calyrn przedziale 1111t'11:,vw1111śl'i ,\. !'lllwdlo w dauvch 11ic ul1scrw11jc111y ju'i. trL·nd11 w1.roslowcgo. l..:;>lcj11v pr1yklad .sk11teu11e;~o 1.astosnwani;1 1H1r;nałi/.acji l ,OWESS znajduje się ,,, ll!,11 (:'Otl3). l'od11h11ie jak w ornawianyrn pr1.ypadku, dane 1>r1.o 11icli u1vsk:11ll' wyka1.yw:llv syslL'1n:1tyc1.11v lrcllll wzgł,:dc1n 1\. kl(iry 1.ostal usu-

Normalizacja danych z 111ikr11111acierzy

41i3

ni~ly 1.a JH>11mcq 11orrnali1.acji. !'r1.yklad ten stanowi niwllic'i. demonstracj\~ błędu ckspcrymenl< 4. Pmvstająca rnikrrnnacicr;, jest poi dzicl'.i1w ua I. <1 ohs1.arciw. w laki spost'ih, i.e kai.dy 1. tych obszarciw jesl drukowai~y przei. inną 1~·''': l,01cdync~a .1gladruku.1e ws1.ystkie pola w ohr1:hie odpowiadajqcego jej obszaru. Rm.lllCL' we własc1wosc1ach pt'>ł zadrukowanych pr1.c1. rM.ne igły mogą być J.nidkrn systcmat):cznL:J l.lll'.cnnośt:i porni~'d1.y poszczególnymi polami na płytce. z tego powodu, Lcu11g < avalit:n (200.n 1.aslusowali 11orn1ali1.aL'j\~ LOWESS oddzielni•· do ka:i.dcj z J(1 grup pni udpow1adaJ<\C\'cli pos/.L'l.cg(1lnyn1 iglolll.

!

)\()

711 (i()

O. I ·11) hl

''•

.;:::"

·IO {{)

.'.O

O.:i

il)

O.<> IO

;:o

:Hl

·IO Lolumna

Ry~. 1.Ll. lll:id po111iarowy 1.;1h-i.11y od poloi.c.11ia pola 1.aohscrwowa11y w rnikro11iacicr1.owych bada11iacl> dwzd1.y; hl;1d os1acowa110 poprzc1. dopasowa11ic do każdego z I<> ohszarciw drnku gladkicj fu 11 kcji kwa·· 1lr::.1owL'.1: przyp1~up1cc.1 wanosL'. ilorazu i111c11syw11ości l111orcscc11cji do wspólrzęd 11ych poi;; (zaci.~rpni\•io zł.mg 1 11i.. 200.'. 1.a 1.god:1 Oxltml l1111vcrs11y J>rc.\Sl

. , .S1.u.cgt'1lowa anali1.apozwala odkryć jt:s1.c1.t: hard1.iej suhldne blt;dy pomiarowe, kirnc zalt:I.<\ od lokalll.:lCJI pola na płytce. h1ng i in. (2()()Jj dopasowali gładkie f'unkcjc k~vadralowe, ktt'irych argumenlarni sq numery wit>rs1.y i kolumn repre1.e11tuj;icc poloi.en.ie poi naplytce, do każdego z 16 obszaniw druku w rnikrn!llacierzy drożdży. Wartość .~red-· n'.aka1.dc.1 1. dopasowanych !'111ikcji jest 1.alci.na od igły, ktt'lrq wydrukowano odpowiedni 1cg1on. \V oh1vh1e ka1.dcgo regionu wys11·puje także dodatkowa 1.mic1rność warnnlJ\\v ckspcry1m:n1alnycl1. co 11widao•.11ia rys. I.I ..\. „ ·-l~olcjn)'.lll 1,;1gadni,:11iclll islotny;n w ckspL>ryrnentach rnikromacier1.owych jest loLili1..~cp1 poi w trnkcic.a11al1zy obrazu płytki. Rm.rM.nicnic pikseli piL~rws1.oplanowycl 1 (IJ. poi l od 11:1 wylwm1.1c s11: za pomocq odpowiedniego oprogramowa11i:1. l'roccdur:i 1: 1 J~SlskUll'Cl'.Jl:J, gdy pos/.l'/.l'gt)lnt: pola sądohr1.c widoczne. \I/przypadku gdy plytk
464

wzorco w linnycll mikromaciurzowycl 1

465

Iowali przykład. w którym wykonanie korekcji 11;1 zwii;ksz.a z.awarlość szumu w 1. ·k,·i·'.ll.l. '.·1l.~. ·.'~indcl11 iog-normalnym. co O'/.llaC'/.a, :i.c logarytllly ilorazów intensywności n1aj:1 ro1.klad J Miillcr--Lcvct i Sanchcz-Cabo (2002) zaprezentował i dyskusj<,~ niekthcc testowej wzgf~'.dc111 próbki rcfcre11cyjncj Io 1'11mla111cntalne zanów wyka'J.11.j<1cych istolJH' '/.111ia11y po'!.io11111 L'ksprcsji. Techniki Il' 11111s'/;I ll\\l/.)!.l<;d11i;1<: gadnienie w :i11ali'l.ic danych 111ikrn111acicl"l.owyclL Na z11orn1:di1.owanyrn wykresie tv! takie uwarn11kowa11ia. j;ik 11iewicfk;1 lic'l.ha W) 1 krn1a11ycl1 jHl\\'ltir'l.1'Ó c/.\' 1':1LI pr'l.l'lll'll\1':1 W'l.ględc111 i\ wyr:1/.nic widać duży rozrzut punktów; jcd11y111 '/. istol11ych źr6dcl obsertlzania du:i.L'.j liczby tcst\iw 1w tych sa1nych d:111ych (podc1.:1:; gdy sposn'id tysit;cy )'t.'JHiw wowanego nl'/.r'l.utu 111og:1 hyć statystyc'/.lle hl~~dy po111iarnwc. l'rnsty111 sposobem idenna mikro111acicr'/.y '/.n1ia11a poziomu ekspresji 11H1i.l' lly( ogrnnic'f.Ulla do 1.alcdwic· kil Lu tyfikacji 1.1lli:111 poziom(l\V ekspresji. które nic s<\ d'!.ick111 1n1.ypadku. jest wyliczenie przypadków). co 1.1WC'/.:\co wpływa na pozio111.y islol11ości slatys1yo.11cj. D:ils;.c i111'orn1:1wartości średniej 11 ora'/. odchylenia st;111dardowcgo o· '/, ilorad1w inlc11sywności /y/ (zacjc ni. testów statystyc'l.nych dla danych'/. 111ikrn111aciL'.rzy 111o:i.1w '/.11alc;:.(: 11' pracy Slo11i uwa:i.1uy. :i.e dla nicidwna zero), ma (2002) i 'l.awartych w niej odnośnikach. pnwy '1'11shcra. Tihishirnnicgo i ('Ilu I .200 I) a następnie wy1.nac'/.c11ic dla ka:i.dcgo ilora'l.ll intc11syw11ości punktacji <: (ang. z. score): oraz pracy Li i Wanga (200 I). Dodatkowo prarn i"inkdstci1ia i i11. (2002) '/.;1wicr:1 w:u·„ = (M - /I)/n. Gdy rozkład wartości M jest zgodny z rm.kl:1dc111 nor1llal11y111, to praw: 1ościowy opis projektu ekspery111c11lu ora'/. 111L'.lod a11;ili'l.y s1<1tystyu.1H'.i 111iLro111:wiert.\'. dopodobicristwo, wyst;\picnia wartości spm.a przedziału - J .9<1 I .Wijcst równe kliirc wykm'l.ysla110 w ko11sorcj11111 gc110111iki f1111kcjo11al11cj 1\ro/Jido11sis (:111)!„ 1\rol>ido1iy;;, (por. podrnzdz. M. I 0). Mo:i.na pr'l.yj<\Ć, :i.c gL:ny '/. p1111klacją :: poz;i ty111 przedziałem sis F1111c1io11({/ Genomie.i· ( 'onsorfi/1111). wykazuj:1 istot1q statystycznie z111ia1w pozirn11u ekspresji. ::

0

W pewnych przypadkach bl11d slatyslyczny 111o:i.e 1.ale).eć od intensywności w szczcg<\lności pr'l.cprowadzcnic dokładnego po111iart1 lluorcscc11cji p(il o bardzo malej i111c11syw11ości

111o:i.e być stosunkowu lnid11c. Ekkt ten jest w fK'.WJl)'lll slop11i11 widoczny na rys. IJ.2(b). gd'!.ic rn1.r'/.lll '/.normali'l.owanych wartuści M wydaje sit; być niewacznic wi,·ks1.y w z;1krL:sic małych wartości i11tc11syw11ości. W takich pr'l.ypadkach w;1rto poslu:i.yć si,'. 1'1111kcjq l'U'/.rZUlll '/.alei.n:\ od illll'llS)'WnOŚci. n(!\). csty111owa11q popr'l.C/. wyliC'/.allil' odchylc11ia standardowego punkt(l\v w ()lll\:bil' okna pr'!.cs11w;ij:iccgo si<,: wzdlui. wari ości ;\. 1'1111ktacj\: „ 1vvznac'/.a si<,'. wtedy. llior;ic pod uw;1g\' w:1rt()::ci n odpowiadaj<\CC wartościo111 „\ dla pos/.t'Zl',L'.(1l11ych pt111klt'111' przyklla .•;lyc11H·i

i1111yd1

rozklathl\\' 11alci.:doh~ 1 i;1stu~.nwac

(/ir::'?'· tlunL

J.

illlH'

pr;cdl.i:dy wnrtusci dl:i JH11.!u11H'1w islot11ości slaty-

13.4.2. Analiza sku11is!1 Wyniki typoWL'.go ckspny111c11111 111ikrrn11:11:in'l.0W<'FL' s:1 '/.wyki,· '/.;1wartc 11a wi.·111 plyl kach repn''/.cntuj;1cych jHlS/.C'/.<')!.lil11c pn1l1ki liiulogic'/.lll'. Ws'/.yslkiL· plytki 111aj;1 idl'11lyo nyt.eslaw ge.n(iw, a odpowimh1j;1ce i111 ilor:11.y i111c11syw11ości llurn«:::n'11cji :;<\ ll')''/11:1c1.:11w wzgi\'dt·111 wsp/.ill11111 i·l;:;pn·::ji. Kolorc111 'l.ie'io11y111 '/.a'/.11:1<:'/.UIHl gL·ny. kt(irycli p d" 11! ' 1·;.11. ''" c1.1crnkro111cgo spmlk11 fHl'l.io1rn1 <·kspn:sji do c1.lc'rokn1l11L'f'
w danycil 111ikro111:1cinrzowycil

l:l. IVlil1ro111ar:lnrrn /.:1pr1·z,·11lo\\'<111y przvklad 11ocli()(ll.i 1. pracy /\li1.adchn i i11. ('.WOO), kl(\ra wy11 i ki had:11'1 dolyc1.qcych chornhy 1m\vot worowej, nazwanej rn1.lanyr11 chloniakicin 1dh11.y1111ok1HJJ(ll'kmvy111 l)'JlU n (ang. dt/./11.\'(' /111gl' n ('('// ly11111fw11111, DLBCL). Seho r1.l'lli1· tu klasylikujc· si\' jako pojedy!ll:1.y 1.es1Hil chorobowy. l'r;,ypuszczano jecln•iki.1· w I li .I\( 'I, 111ni.11:1 wyri\'i.nić ndd1.iei11e podtypy. kt1ire 111oglyhy eharakteryzo\'. ! ':i1· 01i111il'll11y111 pr1diiep.ielll cl10rohy. ldentylikac:ja takich podiyp(~w hylahy przy~la~:)~: 11• st:1w1:111111 prng.1101.y. a hyc 11m1.c 1ak1.c: w dohor/.t' odpmv1edn1e.1 terapii. W bad·;:· 11i;wli pormv11:1110 1)<1 prI ,I\( 'I, /\11tor1.y wyod1\:lrni I i dwa wyr:1i.11e skupiska charakteryzujące wv!;oki111 1m1.irn11c111 ekspresji w nb1\:hic dwóch rti"i.nych prnl1.hior,d:;ic had:11111 rnlpowinli. krn111irck 11a nii.nego rod1.aj11 lmdi.ce oraz 11h::l'1w1 iw:lllo 'ikn·!;owc: ;,miany po1.io11H iw l'k:;prc:sj i ge11i'iw w t rakcic cyklu komórko\\'1!)'.< 1 (l·:i:;l.'11 i i1J.. l 1)lJ}\). W pr1.ypadk11 s1.crcg1iw o.asowy1.·h ;111ali1.a skupisk dla kolumn 111:i1·in1.y dall\'L'lt 11i1· 111:1 :1L'llSll.

roi

467

W podr01.d1.ialc '.~.<1 podkreślono istnienie wielu rM.nych wariantów algorytnH)w analizy skupisk. Strnklura konstrnowanych skupisk 1.ależy od zastosowanego algorytmu. prosty pr1.yklad il11slruj:1cy to 1.:1gad11ienic pr'l.l~clstawio110 w pracy Leunga i Cavalieriego (200.'\) (pm. rys. 13.4). W pre1.enlowa11y1n przykładzie 1.astosowano szluc1.11y 1.bi<'ir danych reprt~1.cntuj<1cy wartości logarytmów 1. ilora1./ilist1111c·1• 1111·us111'1') prL\lili L'ksprcsji. Niech Mu ()/.11ac1.a ilorn1. po1.iornów ekspresji dl;l i-lego gc1111 w ,(-tym porniar/,L:. l\llacier1. danych ma N wiers1.y (geny) i I' koh111;n (inikromaciLTl'.el. Niech /li 01.11aC1.a średni:\ wartość M dla i-lego genu. Wyśrodkowany wsp•\lo.y11llik korelacji, 1.:1stosowany w 11iniejs1.y111 pr1.yklatl1.ie, jest dany pu.c1. r
Jl j)

Mi/.

/li )f

N;.1

c_

I/.? (

//;)' )

/'

)_~(l\/j/, •/lj): ,/,

\Vsp
środkowania

)

I

jest niwny /'

l_~ Mu, Mi'·

/,

Ni.i -(,

~·,

1\1 :' .)-11:' ( \.-';' 1/,

f-J

/,

Odlegloś1'.:

I

._„

I

/,

,,,

.

cuklidcsow:1 po111i\'.d1.y prolilami ekspresji genów jest n')wna

(

I/.'

/'

L(l\fu. /;. I

11alon1iasl

/\i.!.·.) 1/~.

I

odlcglość

1\f .11, )

2

)

taks11wkowa (a11g. M1111/i11111111 dis11111c1·) jest r
d;.1

ccc

L

I Mu. - Mj 1• J. I

Dr1.cwa skupisk pu.cdstawionc na rys. l 3A 1.llstaly wygenerowane 1.a pomncq algorytmu Ul'Cll\ll;\. Algorytm len ;,oslal pu.edstawio11y w podnmlz. ~\..'\w kontGkście 1niary odlcglości po111i1:d1.y sekwencjami. l lacji he1. śrrnlkowani:1 pmvodujc t11.na11ic gt.:rniw D i I\ 1.a 11ajhard1.iej podoh11e ora1. gc111'iw ;\ i I\ 1.:1 podoh1w. 'Iii 111iarn podohie1\stw:i jest wrni.liw:1 1.ar(1w110 na wartość hczw1.ględ11q, jak i 1.nak /\/ w pos1.c1.cg1il11ych pt11;klach danych. Odlcglość cuklidt> sowa pr1.cdstawi01ta 11a rys1111k11 k) daje wy11iki 1.hlii.011c do to tych 1. rysunku (a). Odleglośt.' l:il;stiwkow
Ja. f\11ilm1maciorze DNf\, 0111y

468 rvliara pudobi1.:i'1slw<1/

l'/
Wzorce w rlanycll 111ikrnmacimzowycl1

(IJ)

odległości

(a)

Wsp!>iczy1111ik korelacji licz

wyśrodkowania

I

o (h)

Wyśrodkowany

w~pt'>kzy1111ik

l.1irl'lar.ii I (J

ł

-· 1----„-----1

0.11'1 /

\ ./~H

l.9·11

( c) I k1.w1.gl<;d11a l'/.:IS

\\':1rl{)~·;{

(h)

wspt'llcz;--1 1111 iJ,a

\,_11rclaeji

ht'Z ~:ro~lkow:i11ia

'

--1

!

(I

0./0 l

I (I

o.o',('

0.6{),l

\\'V~;rodkt 1wa1u.~go

w~pókzy1111ika korl'lncji

(<')

1----·

profile ekspresji 111aj;1 ks1.1alty h1:dqcL'. w1.aje11u1y111i odbieiatlli l11slr1.a11y111i. Na pr1.yklad na rysunku (d) geny A, C. D i I'. S<\ pcrł'ekcyjnie skorelowane. Sytuacja l;1ka tllo:i.t'. 1 wys1;1pić w r1.cczywislośei. np. gdy geny s:1 regulowane przez wspt\l11y syslc1n krn1lroli 1ra11skrypcji, w klóryllt ekspresjajcdnego 1. gem iw zoslala ohnii.ona, a ekspresja dntgiego gGllll w1.rnsl:1. Poszo.cg(llnc miary podohic1\stwa oce11iaj:1 więc r(ii.11e aspekty hadnnych ; danych. \,Y rzcC1.ywisly1111.agad11ic11i11 hadawczy111111oi.l' si1,: pu.ydal' kilka roi.nych 111iar podohie1istwa. Warlo laki.c pa111i1,'.Ia(. i.c ws1.yslkic przcdsiawirnw pr1.yklady korzystaj:\ 1, algoryl111u l JP( 11\111\. W podro1.dzinlc '2.h S<\ pr!.L'dstawirn1c :tllcrt1alyw1w scl1ernaly hicrarcl1 ie I.Il ej i nich icrarch icwcj ana I i1.y skupisk. 'lh lrct ycw ie. ka i.dy 1. I yl'! 1 sl'i 1e111a 1ów 111oi.11a 1,nslosowal' do danyclt 1. 111ikro11iacilT!.Y, J\lgory1111y Ie ino;.~<\ krn1slrumv;1( odlllic1111c slr11klury skupisk. 11awcl gdy w kai.dytn pu.ypadktt 1.aslosmv;111a 1.usla11ic la sanw 111iarn pudohictislwa. l'rn11i1110, i.e pr1.c·dstawio11y przyklad dotve1.yl da11yd1 syn1clycz11ych, dobranych w celu pok:v.ania iclt wr:ii.liwofri tJ:l 1.:1slosuw:111:1 111iat\' podohie1islwa, ;, jego a1iali1.y wynika, i.l' w pr1.y11adlu r!.L'Cl.ywislyl'ii 1.hioniw d:111yl'i1 nic nalei.y 1.hyl 111oci10 polcg:tc' jl'llncj. arbitralnie wyhr:111cj nll:lod1.ic anali1.y skupi~;k.

·----1--·-----~---ł

o.11n

O.I IE>

tldlq'.io;\l' c11kli1\esuwa

I l"l l ldlćgluoić t;1ksllwkowa

Rys. 13..1. I licrarchic1.na anali1.a skupisk prnlili ekspresji ge11t'>w zada11ycl1 w posla_,·i sw1h11iock111c:1h1:vych 1•1-„ 1.11s1· 111<1,111 c imilik to S1.lt1cznc da1w, dulm11w tak. ai>y 11w1dou.111c wra1.lrno;,c p10„ . . „ _ •• ccdrn:~ anali1.y sk.upisk na własności 1.aslusmvanej 111iary podohic1\slwa prnl."1 eksprcs.11genow11.ac1.1·1pm\.to z I ~eung i ( 'avalieri. 20tU. copyright 200J. za /,gudt\ wydawrnct wa I dsl'Vler)

· · c1.asow . . \'·ii s1J.''l'l'!!O\V c .

L.

•

•

,

,

•

_

•

w tyt n przypadku 1uamy do c1.ynicuin 1. inną kolejności;\ l<1c1.c11ia w _skupiska gen'.::~ D i E. Wyśrodkowany wspl'ilc1.y11111k kordacp pr1.cdstaw1011y n.i ,1ys1'.nk1~ (l.iJ_ d,:', rcnłilaty wyra:i.nie od111ic1me od pozostałych wymkow. Mtara la uw1.gl1,.cl111,1 ~dkl,,~~ pro li le ekspresji llcm\w 1\ i C mają idcnlyC1.ny ks1.tall, a rnl.llt:\ s11,' _1edy1uc, w.11 lo~c 1.:1 t~ot~1iaru. J\nalogicl.lla sytuacja wysl<,'.pujc w pr1.ypadku gl:now D 1 I,"; l'L"'W'/<>kdn·i ' .,, ·t.- ' ' · · „ „ I ( li •olosc ( lbydwic pary 1icm'lw 111aj11. vv lej n1icr1.l' wsp1ilc1.yn111k korclacp rnwny_ ot c"' ' OJ. (Idy wzorce' lego typu występują w r1.co:ywistych d:utych „1111krom;1uc11.ow,ych, lo tnoi.c 1; 1 01,11 ao.at':. i.e odpowiadaj:1ce im gl~llY podlegaj:\ regulacp lli"/.l'/. wspol11y L1.y 111: 1 ~ lr:tllskrypcyjiiy, który w podobny spos(lh 1.wi1,:ks1.a luli 1.lllllil:js1.a (H11.10111y cksptCSJI

c.

t\'<>ttlowanych ge11(1w. nie 10 Na rys.unkach (c) i (d) (ll'!.cdslawiono dr1,cwa skupisk otr1.ytllt'tlV · . , kiot)L 1 „ •

L

,

• ,

Anali1.a skladowyclt gl1iw11vclt (I'( '1\) 1.osi:tla 0111rck lii:il:11.·/l.o1Vych (1.hi\ir 11akladaj:1cych si1,· C/.C'l'WllllYCh krnpck). '/.koki pn'1l1ki z C<'lllr:tlm·1.'o ul:l:1d11 11r1wmvl'go l11·or1.:i skupisko wyrn'i.11ic odi1.uluw;111c od p1J1.osl;dyl'l1 p1111i;l)). l'o1nslak typv ll()\l'. pruhk i / 11< 1w1 >I W<'"' 11v pw1 ::1 lisk" sil'11ic ani w('(';\, ani w liin:m.·lt :111:tlii.i<' .•:ktq•i::k. 1\lgoryl1lly analizy skupisk Za\\':;1." l:onslrnuj;i j:1kic·~ skupisl::1. tJ:111 <'I i•·.·:li w d:J111 <'li nie wysl1·p11jq dolir1r· 1dl'ii11iowa11c 11rnpy 1rn11klow. I'(';\ l'''l\\':tl:1 lil.ll1\:t1· pr padki. w kl(!rych ohsnwujcn1y 1.111ic1111ośl' prolihiw «ksprl·::ji ;1c11ow 1w;1 mw1H>>'11·::11v111 hrak11 :;lr11k111rv skupi.c;kumj. l~:1y1'11:111dh11ri. ,'-;tu:1r1 i i\11111:111 ( 1 ()()()J npi:::ili p1·1.vp:1di·I. „

I ~.l. IVlili11acja li11iowa k11lu11111 danych, pl1cliodi'.<\cych z ró:i.nych mik rrn11;wi<'l'l.)1, jest okn,śla11a jako miknimadcrz wiasna (a11g. l'ig1·1111rro\'), a kombinacja li11i(llv;i 1irolili d:;prcsji ,l!,L'lt(l\v 1. rfri.11ych winsi'.)' jest 11:1i'.ywa11a genem własnym (ang. ,•ig<'11,i:c11c). SVI l idc11tylikujc 1.hitir ortogo11al11ycli 111ikromacit·r1.y wlas11ych oraz genów wl;1::11vdL k11·irv 1Hl1.w:ila zohrni'.oWaL' w 11iL'vvielkicj lici'.hic wy1nian1w struktunJ zawarł<\ wt·11·11;pr1. d:inycll. ;\licr. Brow11 i l\otstci11 (2000) badali t'kspresj,· genów w trakcie ,· 1·Llt1 l.1lltlllr!;mvl'go dro:i.d:i.y, gd1.il' pw.iomy <'ksprcsji wicin gcrniw podlegają cyklicz11:V111 w1.rns1<1111 i spadkrnn. lhv;1 picnvsi'.l' g1,nv wla;;1w w ty1n pr1.yklad1.it· mają kszlałt 1.hlii.011y lh1 l'al odpowiad;1j;1cycl1 pr1.elm,go111 1'1111kcji, odpowied11io. si11us i cosinus----lj. sq 1·1i1.su11i1;k w 1':11.ic 11 lJO''. \/Vykres da11ych w ukladi'.ic dwóch picrwsi',ych gcn6w wlas11yt:h/1nikrn1nacicri',Y wl;1snycli wyraźnie uwidacznia cyklici',ną 11aturt,' badanych wzorcow ekspr,:sji (por. pla11s1.a I.\.."\). Kolejna analiza da11ych dotycz<1cycl1 cyklu komórkowq>.o, pri'.cprowad1.om1 1.a po11mc:1 I'(';\, l'.oslala pri'.cdstawiona w pracy Landgrebcgo, W11rsta i Wcl/la (200'.1-l.

I·:kspt'I) 1m·111 v 1liikn1111acit'l'i'.1111'<.' dost arc1.ajq i'.lo:i.rn 1ych, w iclowymi:irnwych zbiorów d;111ycli. I )a11e tt· 111o:i.11;i :111ali1.1iw;l\' /.a ponHH:q widu n\:i.nych technik komputerowych, 11· !Vili tal..;'.c i'.a IHlilHlL'<\ 1netod nauczania 111asi'.y11owego. I )o metod nauczania rnaszy1101vcgo. przvdatnych do :l1lali1.y danych z 1llikro111acier/.y, nałe:i.:1 111it;d/.y innymi sa111IVI jL'.»l uwidocznic11i1· IH'w11v,·h ~'L'illllL:lryo.11ych rclal'ji prn11i\:d:t.y poloże11iL'n1 skupisk w wielowyrniarmvcj pr;_, ·1;1 u.,·11 i el. :;pn.·s_j i .!~C111111'. SI.. u pi:;ka S<\ n;1 j('f.t,'scicj ()(l\Vi'I l1·11wyw<1nc na prostokątnc.J

Wzorco w danycli mil
siatce. '1':1111ayo i in„ (I LJl.Jt)) przedstawili an:dogi\: pomi\~dzy siatką skupisk w SOM a kolckcj<\ ento111ologa, w której sąsiednie swllady (s1v n:dc:i.:1cych do badanej klasy 111aj:1 pewne wsp<\lne cechy, klt'ire powinny /,oslać rm.poi'.11a11c pr1.ci'. S VfVI. Podstawowy schemat opisywanej metody przypomina idq~ sieci 11curo11owych (NN) I por. podroi'.dz. IO.S ). Dla k:i:i.dcgo przykladu i'.adancgo na wejściu program ml1.iela jednej z dwóch odpowiedzi: tak lub nic. Odpowicd:/. programu 1.ak:i.y odjcgo wewn,~tri',nych 1.111icnnych. Praq~ z SVM ro1.poczynainy od zbioru uc1.:1cego. zlożoncgo i'. profili ekspresji genów należqcycli do interesującej nas klasy (przykłady pozytywni') oraz profili ekspresji gen
Proloomika

Ą72

i>)

473

ma stosunkowo krótk;1 historie; w hioinforrnalycc i jak dotwl nwloda la nic jest powszechnie stosowana. Nic zrnienia to jednak faktu, i.e jesl lll metoda bardzo 1. polcucjalnyrni możliwościami zastosowania dla wiciu r(ii.nych typl'iw danych.

13.5.

Prnt~mnika

13.5.1. Rozdział i identyfikacja bi(lfek

.ii.1,.

;,,

. . . .·· c "I . · 111 s;l'i owocllwcj ktw, ~ '. L.. • • . . • , .„ · , . , , 1„ idy iu /.c skupisk; na wykresach 11n11cszczono h111c SOM ·· ·dslawia srcdn1c prolilc cksp1cs.11 genu\\ \\ 'd · . . . . . ..... , „ „ „ · pi· ;,c . ·. . . I· . lowc•.«l imn11.c·1. 111111 s1uln1cgo poz10m11 11 owvzci t '· . lJL'd)'lll'/l'fO U( 1C 11)' 1l'lll.l S 1,lll( .Hl r· ~ . 1 wskM.UflCC war nsci P'. · ·" ze s·!·.11p1s' '. . . 1 ,1111 ,1,. 1011 " imnad iirolilallli ekspresji. Sk11pisko cl5 rcprc· 1 .•. • · · ··· I „ I1 y • ·11i1w w 1" l /.(·1yn1 . . ... cI\S!llTSJI. ,JL/. . lee ''. ·· · , ,· „, I· „. ·I siircsji /.ai.iiaczrnrn je w piir11<.'.J częsc1 lragmcnlu 1.cntuje ;,ili<„r gc11(l\v plldil'ga1:1cych wspo 1lllJ "p1 ·llJ> ''· ·. · . 111 :1cicrzy prolili ekspresji na rys1111k11 (a)

R

.

0

„

0

•

•

·

\<

1001 ) ;\utoriy wyuci.yli

:~, ·-.-l >d·1

l"l

sy IV!

•

•

••

w roi.poi.nawaniu ki !ku kategorii ge.11ów, dcmu1'.struj,ąc

~eclrn.1e si~'. lepsz~\ i.dolnościq rozpoznawania nii. kilka lllllych algrnytmow

1.L me' , ' · . . · · bwlopi1·ineoo punktu l·hsylihcji lJ1yskanc wyniki oka1.aly si1; byl; tnlercsup1ce 1a 1(I.<: I. ~" ·.l·l o I ''.. " · . . „. . . .. I I· y ·h MIPS SVM w k1 rn przypat· wid1.enia. Patrz<\c pr1.e1. pry1.111al kategorn ia1.y ' .• m_ e , ,. .. . „ . , 'ed· kach bl<,,dnic k l;1sylikowal geny. S1.c1.cgólowa an_\1 .i1 \ lll samym · lrnnslac.i·i. Moiin \\'i<,T 0C1.L'k1wac. 1.c' IH,:d1.1e podk.g.d lksp1cs.11 \\ Y . rnl<,: w . , . I l ·1111\"„li oc1Hiw a ;,atem sto· .· . 1·1i"ll h r\1hosorn·d m· '.;V IV! 01wn1 Il' na t anyc 1 o c ,s ·'. c · ," \.·1.:1s1t.' co • ,, . · ' ·· . · . , , ....• „ 1lnych kalcgo111. l·1·"il'1·1··1 11r1"tllSYWalll:l !.;cllll\\ c1ll pos1.c1.c,7t . .. [\tl(l>S suj,· od1nie1llll' lltl • ' .1 • ' J • ' . • • ·I · f ·rnaqt. . I Iwa ·1'.1·<·1lll,·1 tl:lll}'L'li llHl,!.;:\ do:-:t:1rc1.:1t• warlOSClllWYl l 111 Ol W ty111 pr1.ypmlk11 01yt

podslawowym celem cksperyrncntu protcornic1.ncgo jcsl uslalcnic, jakie liialka i w .ia· kim st<,:i.cniu 1.11ajduj;\ si1,: w prt'1hcc. Realizacja tcgll 1.;1da11ia wy111;1ga rozdzielenia poszczl·g(1l11ych hialck. Standardowo hialka rn1.dzil'la się 1.a p0111oc;1 l'i<'klrnfrn\'i'.y \\';i.du poliakryla111idowym 1. dodccylosiare1.a11c111 sod11 (;111g. soili11111 ilot!,•n•f .rn/f{1/c polyacrv/{//11idc gc/ efcctro11horesis. S(),')„(>J\(JI•:). llialka 1.najduj;1cc si<,' w 1nit's1.a11i11il· wyekstrahowanej 1. pn>hki Soc/.ll\'. 1'0:;1.c1.q .
1

rr!if

'vV pt!llkcic tylll wyp;idkPWY lad1111ck llialka jest niwny 1.t:ro i na bialko nii.: d7,iala sila IH lcl 1ud1.:1c:1 od poi a ,. kk Iryc1.ncgo. l'w 111<>)'.il 1tlu.· 1.111i:111ic' w wy11ik111111Hl:ilikacji posttra11slacyj11ych. takich jak l'cisl'oryla~.1;1luh :•Iii 111.yl:1c.·j;1 wvl1rn11yd1 1'<·:,1.t ;i111i11ukw:1sllW)'L'ii (1Vla1111 i .k11sen, 200.)). Moi.liwosc wy:,1t:i•ow:111i:11aki1·lt hl;;dow zost;da 11w1.gl<;d11irn1:1 w pn1gra111acll do l'lvlF kdnym zczę~.ll'. ,;1":;,111«111vd1 pn1gra11H·1w .ksi l'rol·«n11HI (/,h;111g i Cltait. 2000). l'rogra1ntc11, kor1.ystaJ',\C 1. 111il1:d1ili;:ty1·/.11c;•il 11111dd11 haycs11wskil'go. wy:1.11:1cza dla k:ri.dego h1alka /. l,)azy [~,I~ 1 11\«.·li pr:1wdopt1dllhi,·1htwo ;1 lhistcriori. i.c: oli.-;crwowanc 111asy fragrncntc'1w lancuchOI\

1

13.!i; Prntuomilrn

475

zostaly wyge11L·rowa11c przo. to hialko. l'o wy1.11ac1.c11iu wartości prawdopocłobiei'istw progra1111.wraca ra11king lralie1i w ha:1.ie danyeh. Sposób d1.ialania PMI" wskazuje, i,c nietuda ta u111ożliwia idcntylikacj~~ tylko tych bialck, których sek wcncjc wstaly wc1.eś11icj zapisane w hai.ie danych. PMF jest wi,~c sJrntccz1w w przypadku orga11izm
1 1

l j

13.5.2. Killrn przyldadów badm1 1noteomic:znych Na rysu11k11 13.!i pok:v,;1110 dwa pr1.yklady dwuwyllliarowych i.eli 1. pracy Bae i in. (200'.\). W celu i1.lll:1cj i hialck jwlerowyclt z kolllórek i\mhidopsis pr1.eprowad!.ono ich ho111cgt·11i1.:1ck i wirowanie w gradiencie gęstości. \ 11.yskany ekstrakt bialck jwlrmvych poddano dals1.y111 badaniom. Na przedstawio11ych i.ciach zidentytikowano 40') plil di<1 grndie11tu pH rt'lw11cg1) „1. 7 uraz 2"16 pól dla gradientu pl I 6 9. Spośród 1.idenlyfikowanych pcil I i)LI 1. pmvod1.enii.:111 sclrnraktcry1.owano za pomocą PMF Bae i in. (200:\) byli szczcgtilnil' 1.ai111cresnwani odpowicd'!.iq prote
13. Mihornncierzn DN/\ 1

~76 (b)

(al Mr(K)

Mr(l
200 100

100

:~oo

70

70

•15

,15

JO

JO

20 20 15

15

Rys. I.Ul. Mapa dw11\vyn1iarowcj dck!rni(irczy i.clowcj hialek jądrowych Am/Jidof'sis (zaczerpnivlo z Bac i i11. 200.\J. Oś pio11owa rcprczc11tujc IH
prac

były

badania

dotyczące

chorób centralnego

układu

11crwuwcgo, w tym choroby

/\l1.hci11H~rn i 1.cspolu Downa. Aulorzy pr1.ca11ali1.owali .1000 pl'>I wyci\~lych z dwuwy.

111iarowych żl'li. 1. ktl'ffych 1700 udało si\'. scharnktcry1.m.vać. Co ciekawe. okazało siQ, ż.c 1700 sclrnraklLTy1.owanycl1 białek sla11owilo produkty jedynie ·137 rM.nych gcrn)w: na każdy produkt genu przypadało 1. reguły 3 .5 p(il: jedynie 50 białek posiadało I pole: w pr1.ypadku 5 białek liC1.ha pól pr1.ckrac1.ala I OO. Nid\l(ire 1. powlarzajqeych siv p(1I mogły stanowić; artefakty procesu dwuwymiarowej l'lektroforczy. Fountoułakis i in. s1wicrd1.ili jednak, że w większości pr1.ypadkliw obserwowane pola rcprezentujt\ białka zrnodylikowane posllranslacyjnil'. Wciqi. jes/.C/.C 11ic znamy prawdopodobnej runkcji ws1.ystkich tych wariantów białek. Autorzy pr!.L'.analizowali ponad 200 próbek. slwicrd1.:1j:1c, ż.e odsetek białek, które wykryto w każ.dej próbce jest stosunkowo niL~wiclki: około 12'/r· białek wykryto w nic wi1;CL'.j niż. I O pr(1hkacl1, a wit,:ks1.ość białek 1.najdowala si,· w 11micj n ii. polowic próbek. ('o za tym idzie. zbiory wykrytych bi a kk charaklcry1.L1j:\ sit,'. stosunkowo dui.ą zmiennością 1\utor1.y sugcrujq, i.c białka wykryte w 1.alcdwic kilku pn'ihkach mog:\ być inlcresuj:1cvrn ohieklc111 bada1\ ZL~ w1.głt,~du na wit,'.ks1.c prawdopodoliici\stwo związku ze zrnia1;an;i chorobowymi. Mimo Io wydaje si,~ hanl1.o prawdopodobne. ż.c istotna cz~ść obserwowanej zmienności próbek jest spowodowana prolilc111am i 1.wi:\1.anymi 1. ckspcry111cnlal rn1 techniką wykrywania bialck. Sl\'.Ż.cnia 1mszc1.cg1'>lnych hiakk rM.niq się O l'Z\',dy wielkości. co skutkuje duż.ymi różnica111i w ro1.miar1.c pól (por. rys. 13.6). Wykrycie subtelnych pól, podobnie jak ich oddzielenie od wi,·ks1.ych sqsiad(>w. jest trndnc. Fountoulakis i in. (2002) podają taki.c rozkład dl ugości maz lio.h,· l'ragincnlt,>W l:ulcuchów dla 1.idcnly!ikowa11ych białek. Dlui,s1.e białka 1.awicrnją wit,'.ccj reszt lizyny i argininy, dzięki c1.c111u daj:\ wi\'.kszq liczh\' l'rag111e11t1'iw po ci\Tin trypsyną Ccch;1 1:1 ułatwia idl'.nlylik:icj\' jJrawdopodohic1is1wo prrypmlkowcj, hl\'.ducj idcntylikacji gwaltownie maleje 1 ze w1.rnstcn1 łic1.hy fragntcnt rragrnc11!1)w 11:1 st·kwcnck. przy c1.yrn srcdnio IJ;I scklVl'llt.j<; pr;,ypadalo około 6 l'rag111c11!(1w.

Proloornil
477

Jak ~vsp0t1111'.ano powyi.cj, jcdnq 1. llldod po1.wałajqcych ustalić. klt'>rl'. hi alka wykazujw11ani:1 n'>ż.11ycl1 ż.cl1'>1v, na 11·11 sa111 ;i.cl 1110;'.iia 11alożyć ekstrakty 1. dw(>ch pr(ihck. a nas1,~p11ic wy1.nac1.yć odpowi:1daj:1cc i111 ilor:11.y sl\':i.cii białek. Procedura fa odpowiada leclrnin.· 1.11akowania Cy.\/C'y5 slosowancj w in.ikrom; 1. cicrzaclL .lcdn:11. llll'lod 1.11akowa11ia, kl(>r:1 111oż.11a 1.aslosowac: w przvp:1dku dw 111vyrni: 1 1 row~ch zeli, JCS~ 1.n;1kowanic lrwalyrni i1.otopallli pro111ic11iotw1·1ru.ymi. Hi:db z ;'cdm:j z prohck znakt_i.1c SI<,' przez wprowad1.cnic ci\'ż.kicgo ii.otopu, l:ikicgu jak 1',( · 111 j1 l'.ir,/. podc~:,1s. gdy białka w drugiej próbce 11ic sq 1.nakowanc. /.11akowa11ic 111oż.11:1 prirprn wadzie 111 l'll'O (pr1.t·1. hodowanie ko111(>rck na !llcdiurn 1.awicraj:1cy111 i1.olopl luli in i·i· tro (przc1. .chL'.n~ic1.nq 1nody!ikacj\'. białek po ich ekstrakcji z ko 1111'1rck) (Morii; i Meyer. 2003). Obic probk1 1111cs1.:1 się przed pr1.cprnwad1.t·11icm dw11wy111iarowcj clcktro!'or~· 1.v. \V trakcie rn1.d1.ialu oh;1 1.cslawy liialek powi1111y 1.achowyw;ić· sit,• w len saiii :;posi\ii. \V elekcie każ.de 1. pt il powi11110 1.awiL'.raĆ 1.ar(>wno wy1.n:dmwanc, jak i nit·wyi.nakowanc ez<\slcc1,ki hialka. /\by wyz11ac1.yć w1.gl\'d11:11.awarlo:ić l1iallrn w ohu imihkach, dla J..aż. dcg'.i !rag11'.cnlu la1\cucl1:1 hialka por(1w11ujc si1; wielkości dw(>ci1 rnlpowiadaj:\cycli 11111 p1kuw w w1dnuc masowv11r 1. . Bada11ia protcom11 _nic St\ jcs1.c1.c lak 1.au10111:1ty1.owa11c ani lak si.noku 1.akrojonc, J:'.k badania m~k.roi11ac1L'r1.owc lra11skryplrn1H1. Dui.y wysiłek kieruje si\: 11 a upracowa„ lllC lcchnoiuy.11 identyfikacji hiak·k 1.a pomocq 111ikro111acicr1.y, co rnoglohy poi.wolić na prze1.wycię1.cim: 111dd(1rych ogr:1nie1.ei\ dwuwy111iarnwcj dcklro!'orL'.l.y. W pr1.vpadku m1krnmac1crzy I )J\I/\ odd1.ialywania po111it,:d1.y krn11pleim·11larnv111i 11ic;111i 11H1oi.iiwia. Ją wylwarz:111ie sond spccylic1.11ych do pujcdy11e1.ych sckwc11cji k~l'as1iw 11uklci1Hiwych. IV pr1.ypadk11 rnikromacin1.y białkowych ko11icu.11c jest opracowa11ic c·1.:01n·;.cl; ::olHI w1ązącychspccy!iC1.11ic pojcdy11czy lyp hialka. kl1'>rc moi.na hy 11111ic.~ci( 11<1 plyti·L'. Jcd„ nym z lllO/.l1wych rnzw1<\1.<11i lego prnblc111u jL'.Sl 1.aslosmvanic odpllwicdnich pr1.cciw„ c1al. /\ltcr'.ialywnc podejście rnoż.c pok~ga(; na dohor1.c ;q1ta111t.Ttiw' 1 Rf\I;\ riii.pt>/.llają cych okreslone h1alka. !'mee w tych kil~l'll11kach posl\'p11j:1 i 11it•wvl;l11czo11c, ;.., 111 ik;·o macicr1.1• białkowe sian
I :1. Mikrnrnacinrzo DN/\,

rrowornil
Na podstawie

l:.1()111v111 :1s1h:k1c111 pojt,.'cia .Ju11kcji'' hialka w kolll(m:c s:1 jego odd1.ialywaniu 111i hi:ilka111i wi:1/.a11i,: liialck. l:\c/.cnic si<,: w więksi'.L' kompleksy białkowe, cui::iw.„„ 11:1 1ll()(lylik:1cj;1 l1i:tlck. itp.'/ lego powod11 j1:d11ym ./. ohs1.ar11111 j1·s1 drni.di.owy sysl1:1n dwuhyhrydowy ( :lllg . .\'<'11.1·1 111•0-!1yhritl S)'Sfeii( 'i 'I I 1 1\!id:il i I .e·1•,1:ii1i. IlJ 1J1J: K11111:1r i S11ydcr..'.OO I I. Tcclu1ikH la wykor;,ystuje czynnik 11:111:;l.11·pc1·j11v 1:111·i,:rajw·y do111t.:111; wiqi.:1c:1 ora1. dtl1111.:11\' aLtywuj<\e<\ (np. Cla14). W na11111.,· dn111u1y le' wyslt;1111j:1 w lylll sa111y111 hialk11. I )0111c11:1 wiqi.qca rozpo/.11aje i wiąże ·;,·l.11·1·11ck I lN,\ 11· n1ki11ku prn111"111rn11·y111 gt'll't.:h ;•.t.'111iw. 'vV t.·kspny11ll'lll:ic Y.211 ohil' dnme11y są rozdzielo11« i pr1.vlqo.011t· do tlw1'icl1 rii'i.11yL·h hialck. okrcśla11ycli jako 1ir1.y1w1a i zdobycz. Celem ,·l.'l':H:li ko11i11gacyjllyt.·II (ang. 111u1i11g 1v1•1·). .Jcdc11 1.c si.czepów zawiera 11l.11a lalwo l.) 1·1v 1Hld1.i:ilywuj:i ; pr1.y11i;I;\. 11:tlt».y wyi1.olowat; sl.L'"fl'JlY diploid:ilnc, w których ·;wlind/.i 1·k0p1"L·:;ja p.t:11t1 rqH11"1\'r:1. \ . 'l I 11ic jt·st hc1.po.~rcd11iq 111L:lud:1 hadawc1.:1. a 1.:ilc111 jL'.\l podatna 1w wyniki faltlrnla111ic.· i rah1.ywiL' 11j1.'lllllt'. l\!lin10 Io 11'1.'hnika la IHl/,WOlila 1.gromadi'.iĆ dużą il1i odtl1.i:tlvwa11i:wli hi:ile·k (llo i i11 .. '.~002). Teorclycznic 11 c:ilk11wi1·ic· 1.s:·kwc1Kj111H111;:111y111 org;i;1i1.111ic Y:~I l IH>/.Wala poi.nać pcl11y /.hiór odd1.i:tlv1,1:i11 l1"111it:d1.y l1ialL:1111i. l":1ki 1.liior tllld1i:ilyw:11i s1:1110wi kokjny rmJ;.aj oma-·· 11.11. i111c·1-:1Llt>111. <.~cą,

47!)

doslępnych i11for111acji o oddz.ialywaniach białko-białko w drożdi.ach. · in ('J()() I) skonstruowali sieć, w k1óre1· kai.dy W<~z.cl re1)l·e1c11tujc białko, kai.dc 1 · · · '· · Jeo ,. , . ; iolą~zcnic /.a~; repre/.cnl uje oddzialywanic pomięd1y. parq białek. S~cć. 1.mvierala I. 870 :,jalck i 22,10 poh1cz.e1i. l\fajwi\~ks1.c ~10lqcw11c skupisko białek 1. s1cc,1 pr/.c~lslaw1ono plans1.y I :1.'l. kong 1 111. byli z.amlercsowa111 ro/.kładcm połąc/.en )Jllllll<,:d1.y W\:lallli. ;\11lorz.y ohlicz.yli prnwdopodobie1islwo !'(k ), i.c dany węz.cl ma k pol11czcn. '~ajprosls1y111 111mlclcm 1mn)w1iawC1.y1n dla sieci oddzialywa1) pomi1:d/.y hialka111i jest ~ieĆ losmv:1. w kl(irej pol;1c1,L~llia po111i1·d1.y para111i wq.ł.ych wartości k i niewielkimi poprawkarni dla 111alych wartości k. Do rm.kładu dohrz.e pasuje równanie 11 ·1 poslaci /'(k) U I ko) L~Xp( k / k, ). . . . . : z hiolu1:icz.11cgo pu11kt11 wid1.cnia 111oi.11a pr1.ypus1.o.ać, i.c h1alka o dui.e.1 licz.h1e pol:1czc1\ pel 11 i:1 w korn(1rct: h:mb 1 wai.11q rol\~. Od c1.asu wy:;.11ac1.cn ia ko111pil'l ncj sek wencji ge11orn11 d.roi.rcc wai.11e funkcje. Moi.c Io być 1wiqzane z pełnieniem wielu n\'i,nych funkcji biologie/.llych luh tei. z pcl11iL:11icm funkcji, ktw lej pracy było 1.idcnlylikowanic silnie powiq:1.anycli 1.hior(\w hi:tlck. /.hi1'1r W\'.l.lw. w kl
! t

f

l

4fl0

I~\.

Mikrornacitnzn

Protoon1ika

w quasi-klikach dzieliły wsp(>lną kalcgorit,~ funkcjo11al1q. Dla białka o nieznanej lhnk:c;· I quasi-< . I 1·11<1. sta11ow1. w11,·c . 1stol11:1 . . lt . " to pn',yna l cznosc przcs Ia11 IW ws Irnz.up1cą, że białko pel ni najpewniej laką sam:\ funkcji;, jak wii;kszość białek w quasi-klice. ll Wiele ~1ialck lącz,y si<; ~v. kom1:lcksy. wicl~icz:1s1.cci'.k'.iwc, by rni'.cm i', poi',ostalynii cle1ncnta1111 kompleksu pel me okrcsloną tu n key;. O ile Y 211 poz.wala wykryć oddziały~ wania pomiędi'.y para1ni bialck, lo iwlacja kompleksów sldadających się z wiciu białek wymaga zastosowania innej, specjalnie w tym celu i'.aprojcktowancj techniki, znane' jako tcndcmowc oczyszczanie powinowac~wa (ang. lm1t!<'ln. uffi11i1y1111ri/irn'.io 11 , TAP/ Metoda ta polega na wprowadzcn111 odpow1cdn1c.1 sekwencji i'.waiw.1 i'.IWCi',ntkicm TAP na koniec genu kodującego docelowe bialko (Rigaut i in .. Jl)l)()). W LJekcie docelowe białko jest synlcty1.owane i', dmlatkowyrn odcinkiem kodowa11y1n 1ir1.ez i'.nacznik TAP. Odcinek len i'.awi~~1-.1 drnne1H,~ wiąi.:1e:1. imnH.moglohulin1; (J (lg(i). Białka z tą domeną mogą hyc 11asl<;pn1e wy1zolowa11c 1. 1J11csz:m1ny białek za prn11ocą chromatografii powinowactwa 1w kolumnie i'.awicrająccj 1.iarna i', lgU. do której białka le zostaną i',wiązane, Jeśli docelowe białko jest C/'.\'.Ściq kompleksu białkowego. to pw.ostale białka składające si\'. na kompleks tak;i,e 1.ostan:\ zatrzymane w kolumnie. Wyizolowana w len spos6b n1icszanina białek jest wymywana i', kolumny. Nasl\'.pllic rnicsi'.:u1ina jest rozdzielana na poszc;,cgólne składniki 1.a pollloq SDS-l'ACll•:. Otrzymane białka są identyfikowane z wykori'.yslanicm speklromelrii masowej. Jeden i'.c sposolHiw potwierdzenia, ;i,c otrzymana 1niesi'.anina białek tworzy kompleks polega na wykor1.ystaniu innych hialck, które pr1.yp11szezalnic stanowi:\ Ci'.\'.ŚĆ kompleksu, jako hialck docelowych powinno to ka;i,dora1.owo zaowocować wyi1.olowanic111 lego sarncgo zestawu białek (por. rys. U.7 ). Stosując technikę TAP, Gavin i in. (2002) wyznakowali I 7YJ n'>i.nych białek droż­ d;i.y, identytikujqc 232 kompleksy. 98 spośr(>d nich hylo ju;i, i'.nanych. Powstałe 134 kompleksy nie zostały jcszci'.e opisane w ramach innych technik badawG.ych. Liczba białek pri'.ypadaj:1cych na kolllpleks wahała się w pri'.Cdi'.iale od 2 od i\3. przy c1.ym średnia liczba białek w kompleksie była równa 12. Funkcje wiciu hialck odkrytych w kompleksach nie hyly znane. technika TAI' doslarc1.yla więc islol11ycli informacji o tych białkach. Niektóre białka wykryto w więcej ni;i,jcdny1J1 kompleksie. Uavill i in. (2002) zaprezentowali diagram sieci. w kt(>rcj k:ri,dy węi'.el rcprczelllujc kompleks, a pul<\Ci'.enic pomiędzy W\:zlami reprezentuje białko dzielone przez odpowiadaj;1cc tym węzłom kornplcksy. lnfonnacja uzyskana 1.a pomoc<\ TAP jesl ko111plc111c11larna do hada1\ z wykorzystaniem techniki Y2H -- ·· hadallia składników poszc1.cgólnych ko1npleksów wykazały, że w 11icwielkin1 odsetku pri'.ypadklnych dl'lccji (ti'.ll. inforniac.iv n tyn1 Ci'.y poszci'.cg\il11c geny sq llic'.i'.ll\~dnc do pr1.c;i,ycia c1.y k'/. nic, u1.yskall<\ w ra1uach ckspcry1m:lllliw polcgaj:1cych na pojcdync:t.ycli delecjach tych gc11(JW). Autorzy wy1.11ac1.yli wsp1llci'.yn11iki korelacji pollli\~d1.y profilami eksprt:sji rnRf\I/\ dla wszystkich par genów \\' ka;i.dy1u ;, ko111plcks1iw. Slwil'rd!'.ono. ,i.t• w wiciu kompleksach występuje

481

i·

, Rys. Ll.7. l'rzyklad zaslosmv1111ia lc•c·llniki TAI' w hada11iach hi11kL 11ucslnin'.:\c·vcil w l.t1111pli-ksi" rcali1.11 ; jącym prnccs poliadcnylacji (l.ac/.L'lPlli\'lu 1. ( iavi11 i in .. '.~002. /.a 1.gt1dq Nature l'uhlishing ( iru11p1. w kit i

'l rym do kY dia:.'J'Ollll l.t1111pll'ks11

I pr1.edsiaw1orm 11a rysu11ku (hl. 1

opi~a110

Rysuul'k (al prC/.l'lllllJL' w1.ur1ec p11s111

1.

SI lS--l'J\( d'.: IH>S/.C/l')!.ol1ll' pa:;1ll11

idc11tyllkatorarni udpowi:ulaj:v.:yd1 i111 bi:ilck. Hialk:i, Lt<'>ryd1 itk111y!ika1ory

11111ics/.C/,unu

p(i11:1d

j kiei.ka111i. zoslaly wykurzysl:llle jako hialb drn.Tlowc. Pas11w udpmviadajqcc 1y111 hialkt1111 1:1111acJ
~y1nholc111 grol11 strznly.

tlza, że

h:ulam:

białka

\Vszystkil· 1.aprezc111ow:11w

ścic:i.ki 1.awit.·raj;\ idcntyc1.11y /.('~:law pa:;lll, co p(ltwicr

r1.ec1.ywi::;cic rnld1.ialywuj11 \\' ra1111H.'h pojl'dy1w1.1.')"" ktl111pll'l;s11

rdzcli hi:tll'.i; o silnej w1.:1.jcn111ej kmcl:1L:ji prnlili l'kspn·:;_ji'. lli:tlk:i I<' 11111.1'1 1111 knolyp delecji. W tt·11 spos1'1h 11:1 podstawie k11otyp11 dl'lt·c1i wit,:k:J.<1::<'i l11:1kl. rd1.cniowycli. /\utor1.y 111ugli uslalic', U1'J1\· kwllpil'ksy s:111ie1.h<,:d11c: dl;1 L"111ill111' ·;:1 konieCZlll'. do prnwidlo\Vt')',O f1111kcjollo1Vania irn1npkks11 ll
5Pu_j\'ci:t rd/.L'li llil· n:ill':i_y !11 ru1m11il.'<: \\' st·nsic :·;lnlł\111r:d11yni, 1korl'!"wa11ych

!c'CI r;u"
prnlilacil ebpn·sji. sl1l11owi11cv 1r:1h hrnkc·ju111dn)' ko1nplcl.:;11

(/!/

.J:d.11 /hi1H l11;1kl.

''I'·

1/11111.

I.

11

.',il11ic·

I :i. fvlikromnciorzo DN.I\, 0;11Y '· 1

1..:,H1111lck;y. 1.awic:ra1·<1 .''" /. 11id1 1qinł 111111• 11r1. it'11
.'

· '

•

. · ·

. .· „ .

·

„,

,v

li l'o kl;tm1.1· 11i11i1·j1;.1.1:j ksi:1iki. L·1.ytcl11ik 1i,:d1.ic 1.;w1ajolllio11y z. l1:11.;1mi danych sekwcnc'i iii11lo.1•i1.·1.11vl'lt or:11 n1dz:1jc111 i11J'or11111cji. k11'lrc s:i 11· 11ich pr!.L'l'IHlwywa11c. Po wprowL d1.ani11 :;c•k ll'<'IWji d11 pic:1wot11yclt liaz danych dost1,:p do 11i1·j .i1·st 1.agwarnntmvany dla '" ich 1;1i11tc1·1:s1l1V;111ych. co z1111c1.:1co ulatwi;1 wy111ia11,: i1tl'or111acji. Specyfikacja I <>r111:1111 p11-r11·ot11vd l liaz da11ych S• 'k we1 it'j i wspiera 1u1.w1 ij oprogramowania slużącc­ "'o do lldc:1„vt11 i :111;\li:t.y i11J'on11acji z.mvarlcj w tych hai.ach da11yclt. 1'011adto slahilnc pinwot1w h:11.y d;111ych Sl'kwcmji 11111oi.liwiaj:11:kspnt<1111 1. w;1skiclt obs1.arów hadai\ 1wo11.c11ie 11a pod;;tawiL: 1asolH.lW lyclt haz da11ych hanlz.i1·j wyspccjaliz.owanych źródeł tl:111vch. 1.:111·icraj;„L \\'c11cjL· s;1 1.:ill'11stn\\'1' t.:cliniki c·kSjll'.l')'llll'lltal11l'. k1<'m· gc11cr11jq ogrotllJIC ilości danvclt. Analiza ł\'l'lt d:111vclt l,I\ :;lać· si1' /.11ao.nic: hardz.icj warlościowc, gdy hi'd1.ic rno:i.liwc ich l"1rciw11a11i1· 1. iHH.lnhny111i wy11ikallli u1.ysk:rny111i w i1111ych lalmraloriaclt, powiązanie icl1 1. i11uy111i rod1.:1j:1Jlli iuforlllacji lub lei„ gdy w prz.ysz.lości h1,:dz.ie lllożna je ponow11ic· pr1.1.'a11:tli:t.ow:11; 1.:1 po111oc;1 nowych algoryt1111)w. ;\hy Io u111ożliwić. konicc1.nc są 11·vdap11· 111ctrnl_v 1>1·1cl'illlll"/1Va11i:1 i 11dw:l1;1H1ia11i:1 d:111_ych /. L'k1;peryllle11lliW wysoko! >i'/.L'I li 1.•;I 1l\V\'l'I L l>at.\' da11ych dla 111ikrn111acieu._11 ul Wllr1.n110 11a l111iwnsylccic S1a11forda w US/\, ; •tl1.i1 · jlr;q in 111·ad11 lllo jL·dm· 1. picTws1.ych t:kspcry 1m·111rnH ). ( lhcc11ic ll:11.;1 ta 1.awil:rn puhlio.nic dos111p11c· da11e 1. ponad 5000 ckspcry· 111,·111<>11'. L11in· 1\:pn:1.1·111t1jq i11J'm111:1tj11 1.a11·:1r1t: w prn1;1d J.J() p11hlikacjaclt 1iaukowych. i\111.;1 11do1;1<:1n1ia 11liki 1. d:llly111i c·ksp1.:rynw11t:ilny1ni ora1. 1.dj\'cia 1nikn;macier1.y, w lyrn 1.Jj1: 1·i;1 I\' powi1,:k1;1.c·11i11, pr1.L'll.·;ta11·iaj:\l'C 11os1:cz.L.')!.11:1dt11 h:11.a 11dw;t1·p11ia od1111ś11iki do s/.l'rokici~o ;estawu prograrn
7.arzqdzanio danymi w 0111ncll

483

:inali1.y danych 1. 111ikro111acier1.y. 'N nslat11im czasie w Europcjskilll lnstylucic Bioinforniatycrnym, utworz.rnm bazi: d:mych /\rrayExpress (Bra1.rna i in„ 2003). Pod koniec ?()03 roku baz.a ta z.awiaala rcy ArrayExpress zdeliniowali zhi1'ir slandard(lw 1.nany jako Minimalna l11J'ormacja t) EkspL:ry111cncic 1Vlikromacier1.owyrn (ang. Mi11i111({/ !11/im11111io111\/Jo111 11 Micm11rruy J•.':q)('ri1111·111, IVll;\ME) (Brazma i in„ 2001 ). MlAIVlE określa mi11i111al11y wymagany 1.cslaw informacji w każ.dej z. s1.cściu kategorii: (I) projekt ckspcry1nL:ntu kategoria opisujqca typ ekspcry111cnlu oraz określająca.jakie próbki S<\ reprezentowane na posz.c1.cgólnyd1 rnikrnnrncicrzach; (2) projekt rnikromacicrzy -·kategoria okrcślaj;ica jakie geny 1.najduj<\ si\~ 1ia rnikrrnnacicrz.y i jakie jcsl ich fiz.ycz.1w 11loż.enit:; (.l) pn'1hki kalcp.oria opisuj:1ca i.ródlo próllck, procedury eksperymentalne wykonane wzgl1~dc111 pnihek ornz. mclody ekslrakcji kwasów nukleinowych; (4) hyhrydy1.acjc ·--kategoria opisuj;1ca warn n ki lahoraloryjne. w klórycl1 prz.eprowadzono hybrydyzacje: (5) po111iary kategoria z.awicrająca urygin;Jlne, z.cskanowa11e 1.djw ekspresji gcn()w: ((l) sposoby 11ormali1.acji kategoria opisuj;1ca zastosowaną lllL'lodę normali1.acji. Standardy lL' z.ostaną najprnwdopodohnicj 1.aadoptowane laki.ew bazie danych Uniwcrsytelu StanJ'orda. '.I.godność 1.e standardami MIAJVIE staje się obecnie wylllogicm prz.y publikacji w 11iek1ropon1lwania projektu Pl\I )I.to (ang. l'm11·0111il's Hr1wri111c111 011111 t
danymi w omacl!

Zarząclzanio

I<1. Mikro111;u:imze

404

sche11w di11grw11s). './.asadniczyrn ciapem projeklovmnia ba:r.y da11ych jest określenie jak'.

dokładnie inl'orniacje b\~d<\ w niej

pr:r.echmvywallL'. i w jaki sposób sq ze soh<1 powilnc elementy tych inl'ormacji. Taki plan projddu 11;1zywa1uy schematem diagra111 schematu dla PEDRo prl'.cdstawiony w uniwersal11y111 języku modclowatfrt (ang. [/11i11cr.m/ l\!fodclling La11g11ogc, UML ) poka/.ano na rys. 13)1. UML to j<,;z /.bii.11ym1 1ypan11 111łon11ac_p prl'.ccl10wywanym1 w haztl' danych<'. Kai.da ramka /.wana kh1s;1, rcprc/.c111ujc typ ohicklu, a kai.da linia lckslu w ral!lce rcprc/.cntujc atrybu; lt'.go lypu obiekltL i'la prl'.yklad klasa ::;ampJeU1 icJ i.n (g(irny lewy róg) ma atrybuty opisuj;1cc: wykou.yslan<\ lkank\'., lyp kom(Jrek oral'. 1uetmly :r.aslm;owanc w lrakcic lwor1.cnia pr(ihki; klasa c;,,. I (po prawej stronic diagranrn) ma ;1lryhuly reprl'!.entuj;1ce mi<,;dzy 11111y1111: 1.d.J\Tle i.cłu, barwnik 1.aslosowany do uw1dol'l.lllL'.llla h1alek, rozmiar pikseli w 1.dj~'.ciu. ilp; 1. kolei klasa c;c I:~ D 111a alryhuty dla :r.akrcsu pl i 111as cz;1sttx:t.kowych ohej111ow;111ych przc1. i.cl. Bai.a danych zai111pk1ue11towa11a 1.god11ic z takim schematem przechowuje wicie ohickt(>w kai.dcgo 1. rnoddowanych typ(nv. l'r1.ykladowo, każdy dwuwy111iarnwy i.cl wprowadzony do ba1.y danych milsi być powią:r.any z informacją 0 zakrL'.sie wartości pl i mas 1uolckularnych (oct.ywiścic. wartości lych alryhlll('>w h.;dą inne dla bi.dcgo i.clu). Schemat nic opisujl'. wit,'.C ko11krcl11ych wpisów w hai.ie danych, lecz rnct.cj alryhllly kai.de.go wpisu ora/. 1.wi;11.ki pomiędzy opisywa11y111i ohil'l\lami. W j.;1.yku UML zwi;11.ki po111i\'.d1.y Dhickla111i s;1 rl'prczc11towa1w 1.a pomocą linii L1c1.;1cych ramki. Najc1,1,'.sts:r.ym typem relacji na rys. ł ~U\ jcsl relacja jl'.dcn--do-wielu, rcprl'!.c11towana lini<\ 1. syrnbolt'.lll I na _jednym 1. krniu.JW i symholcrn '1' 11a drugim kot1cLL Kai.dy reprezc11ta11l ~:;ampleOri.q:i.n jcsl powiq1.a11y 1. rcprC1.cnta11tcrn klasy ui:·Qa11:i.sm. Zara1.cm pojedy11c1.y reprc1.enla11t klasy Orc1cm:i.::;m moi.L' być polączony z wieloma rcprczc11ta11lami :i.q:i.n (np. różne typy tkanek). Tabela Sample 1.awiern 1.wi\:1.h1 inforniacj\~ 11iezht,~d11;1 do idl'.11tyłikacji pojedynczej pr(ibki, np. numer identyfikacyjny i dat\'.. './, pojcdy11ct.ym rcprcze11ta11tc111 ~::rnnpl HJr in rno:i.c być :r.wią:r.anych wicie próbek (11p. wielokrotne ekslrakty z tego sa111cgo typu !kanki). Jedną 1. przyc1.y11 podz.ialu informacji dotyc1.ąccj pnihck na dwie klasy jest ch\'.Ć unikni.;cia powtar1.ania dla kai.dcj pr(ihki ws1.ystkich i111'orniacji zawartych w lahl'ii !~ampleOrig:i.n. 0111awia11ic szc1.cgl'>h'>w j.;1.yka UiVIL wykral'l.a pO!.a ramy niniejsi.ej ksiąi.ki. Wprowad!.L'llic do zastosmva1] UML w hioinł'orrnatyce 111oi.11a :r.nalcl.ć w pracy Bornhcrgnauera i Pa tona (200 I) i w innych podręcwikach i11rornrntycznych. l'odstawowym wnioskicrn jest to, i.e nalc:i.y precy1.yj11ie projcktmval· ha1.y danych slui.<\l'.C do racjonalnego pr1.cchowywa11ia i udost\·p11iania skolllplikowanych inl'onnacji. !'mee lego lypu wymag;1jq 1.aa11gai.owa11i;1 ekspertów '/, d1.iedzi11y i111'ornrntyki orni. biologii. l'r1.yklady utwor1.011ych w ten spo~aih sl'11e11wt
lu~)

konw~ncji, po~.walając)'.. konstruować

en fity rt'f11tio11.\'/1;11 diugro111s. I :,I\ I)) (/>l':·y11. r/11111. ).

prnldn

.1~'!.1v

k

rc~1rc:r.cntuj<1cc związl~i 1~1 "

''v\I istocie lJMI .j<:st pr1.yda111y \\' S/l·rs1.cj l;la,;ie 1a1.'.ad11id1 doty1·/.;1cvc·I< 11HHklc>l\·a11i" puj\'.Ć luli obick· tow, np. w k
;''."1,.,„,1~ l~~:l:~iy! J,11,11'1Ji!1l

"'

I 'fl!'dllll'HI

l

hr11oll1(•'.1\ :1\\'thod 1 1t,1hon•,

[11:'it1!\ 11l,1t!tHn .jWIH!H'll(Pr

td.1'.\'.,pn1'1.ul1itH' llhlłllll,1(\l!H'l

rnod\'l ..n,mw \Oftl'l,lfl' Vl'!\i(Jll

_!

_!:

.I

M.i•,•,\pp([:qieri11H·t1t d1•\nip1io11

tl1r•1n1ul!1„,1\1111'l!!

(,;'Jfl,•111

1lhJf'"\ilflf

id IH'dl(d1\n11ly11•

1. d"ll\'ol\l'.oltiOI\',

111!\'l\'.!IY

'I

h>{ill

JJ
olllllOl(llion,,\OtHt I~

v11!tH\W !'!WHIV

,,„110

!l,md

•1llf\!)(,1\!0!l

,!,

l,uw

., I

;ipp.Uo'nl

dvt1<1(lll!IH1, ltjl:!ll

!1\0Vi<.«!1lfl !li.li',

tipo\

!Wll"ll\,,\(!)'ł,Hnldl' !•

''ltd

t1H1„1/d,1!!<,

'"1!uhHi,"1ti•mJmllr•r •,1,11n drl\1i!\

.1pp.11•·11l J11 I

:I

I;y:

app.lh'11t.Jl!i\"1 Hllt1!hf,uyf1(1lnt (nord (f)f\Jd

I

l'1il',[,(,dlt1•111

1!•;,. IYJH'

l.'u,ul1t1p1ił•·

d"''

llj'\!0!1

lh•,,1pok

d•"•(dptiun lu1\li.1p

IJ.i'.l\'IH'

anlflll!1hłP

i•,o!,1llo11

tPll\r('

i'.IJl.!fl\>I\ Wif!\11

fin,1!111•,l!·\'PI l ol!i11<111( dl lol

I Ji„gr„111 Ij I1,{ys\I•. u_.lL I

I

ul is 1111g

lllio1110/c,·11/,11· '("

sd1c:111a111 lia1.y drn1yd1 l'l'.I )!\o I\ /;(t'/('l"fllli\·lo I.,.ay Ior I' łll„ ' 1 ll.), 1.;1 ;~'.1111:\ i'-!:111111 --'') fll"Oj1uz_vc_1·1.· l\Vj)il/,\'h1riuill I ),· 1111.,1-1 1·1. I .·1 ''·fl 1"'Y 11 l\·111t·11· I•rn1.·"1ni.-..-„_w11 ·

< iroupJ. sta11uwit\L'Y

/111en11·1i1J11 N<'tll·111"k ,

I >r111t!Jo\'C) ·,„.-1 \l<'J>l·i\' „ 11, 1., 1•.1,.,., 1· "ił\\ It'I,! ' .1 ' 1 ' ' 1 _

ł

'1 , I 1!)!ll)t' ;\

,",000). B:11.a da11ycli _llll\11) przn·ho\\'uje i11f'orn1:1c·jc· 1> wi1·lt1 n1i.11_11,·li ty 11;i«li „.i.i>i:il\' 1_1·111 1.achod1.;\L:y,:h 111wd1y r(>;i.11t 1rnd11v111i 1ypa111i ,·;.;1::t1·c1«I. .. kd,· 11 / I" 1wi·J-,:·/\ c!i >i·,", 1 klado\\' dot\1 c11·I st:lw111·1111 11·1· ··I l 11 ! "'[)JJ' ' " ( ·l'. Il'lll pt1lil1k;l<'JI · ·· >.<"\i"ll!;J\11 . . 1)1 :1 Jl•'•' · .· •. 'J , ' ' ' ! ..\'· ( I·.tll_\·(

hvlo ~-.· 1ehn111c · ' . l'r\'I ~. :\' c·111\· · . c·I 1 uwag or;u· propo1.yc11 popra\\'<.:k dutvn.:1•:vcl1 11·;•J11•rni1·l111 il1c:1111y 11;1d/.IL'J\'. /.t' scli,:111:it IL'111.ost;111ic' osl;1lt'l'/11ic- 1.;1impk11ll.·111u1\·;111,· 11 · ,.„_, bazie da11ycl1. · „

·

,.„

Zarzqdzanio oanymi w omach

1!1lli

W systt~111ach zaP.:\dzania inl'ornrncją istotne jest okrcśknie, jakie konkretnie infor. 111;tcjt· sq grotllad1.onc i w ktrych na1.ewnictwo jesl banl1.o niejednolite są geny. !.»lnic.ją krnuill:ty podcjnrnj:\l'C dui.c wys i lk i na r1.ccz slamlaryzacji nazw genów w ohri;bic JH)S/.t'!.l'p/ilnych organizmmv. Przykladcm jcsl Komitet Nomenklatury Genów HUGO, 1.:1r1.;id1.aj:1cy h:m\ danych 1.aaprohowanych nazw getHiw c1.lowida i publikujący wytycz.tie'. tiol yo.:\l't.'. t1:11.l'wnict wa l ych gern\w. Mi tllO to, przy próbach porównywania genów ptlltlit,:dzy tlrga11i1.rn;1111i :;1.yhkll 11apolyk:1111y prnhlcmcrn polcgaj<1cy na lyrn, że ortologi lHlL'iiodz;10.· 1. r(li.nych organi1.mt\w czt;slo majq '/.upclnic n\i.t1e n:11.wy, chocia;i. pełnią taki<' s;111w 1'1111kcjc. Sytuacja ta bardzo utrudnia u;i.ytkownikom ods1.ukiwanic wszysti.il'h i::to111y<.·ll dl:1 11il.'1i sdwt:ncji . .kszcze bardziej jest utrudnione napisanie programu Lrych prolilc ekspresji :.:\ ::kon·luw:ull: 1. gt'nc111 /.". l11tcgracj:1 cakj dost~·pncj wicd1.y w spost'ih na tyle sp<\jny, liy 1rn»l· wyLtl11yw:1t" lak sk1Hnplikmv;111L· zapylania w ohn,:hic wszystkich badanych tlr)!:111i1111<111· Wl'i:1i.j1.:s1.c1.t: po1.t1slaje rnlkglyt11 celem. Jcd11y1111. krnk<.\w w kierunku.jego r1.·:iliz;1cji hylu slwor1.,·11ic~ ontologii gc11(1w (ang. U1·111· 01110/ng\', (i0).

4117

RAIVll(/\ 13J. PRZYl(U\OY Z ONTOLOGII GENÓW Nn stronie h I: l.p: I /www. qcnc„mt:o I uqy. 'H q I s:i uniicszczone odnośniki do kilku przegląda­ rek pm.walaj:wych pr1.cswkiwać tcnniny zdeliniowanc w CIO. Przyklady zaprezentowane w ninic:jszcj ran1ct'. kur1.ys1ają z pt7.t'gl:1darki bazy danych inl'onuacji o geno1nie myszy, urnicszcznm:j pod ad-

resem Il L LJJ: / / vJVJW. i n Lo nnci Lic::: . :j di{. n r·u / r:;ec1 rcll<.::> /GO __ f o nn. :-_:;h Lml. \:Yymicniorn\

ha!\' d;tnych p1„1.t"1.ukano pod k:1t1'.tll l'r:v.y „c1.yn11ik transkrypcyj11y" (1.apyta11ie w .i~,zylrn ang. br1.mi m111s•Ti/>1ion/i1c/t1r). \J1.yskano Il lralicti do t1'l'llli1H'>w z 0111ologii „funkcja n1olekularna". t) tralic1i w ontologii .. proLTS hiologil'zny" i kolejnl' 9 \V ontologii „sklad11ik konH·H·kowy". Jedno 'i. lralic1l

\\' nntolngii .Junkcja tnnlekulanta" n1a nast1·puj:1q \ Jdll!>!'L"ijt\

(J(l

\1«11!\:

!)!·f

i11il i(i11:

/\11y

i(HJ

1-(lf'\(Jl.

VJCd-l

LIH~

ci;:

'tiviLy

In

i1H'l\Hk~:;;

t.J.'iJJL;('J:ipl i.u11; ri:;

11 1

l'i:(\Ui11~1I

!)J-('J\-\:in

posiać:

q1~'11(•j·,1:J

i11LLic1\J• l)J 1·1~(JUl.dLl· hu\:Ji fJ<.!llr'' JL~qulntcn·y p11!\i:.iu:-; LL'(lll~l('l ipL:iou facl:o.1:-: .

()bok wyniku przcsn1kiwania jest pr;.edstawiona śL·ic;iJ.:a terminów prow;uJzqca do „aklywuośt'. c1.yn„ nika tr:111skrypcy_incgo" (ang. trn11.\'(TiJ>fio11f1ll'tor tt('fi\ ily). 1

W 11otacji ścici.ki, /.llak (I) oznau.a relacji' .jest-to". nalorniasl wak (1.'.) rcpraentujc relacji· ,.lo-c1.\',;ć". Ścici.k\' otlnytujc si1· w kierunku od ktHka do pocqtku aktywność czynnika transkryp· cyj11cgo ,,j1:st-to" łyp funkcji wią;.auia I >N/\ (ang. !>N;\ hinding). kt1\ra jest typc•n1 funkcji wią1.ania kwas<•w nukit.'inowych (an:!. 1111d1·iil 11citl /1i11di11gl itd„ nato1uiasl l'lrnkcja rnoll'k1tlarna „lo·CZ\'.~t'.·" ()(). 1111\ 11! Ui!Y

l!i«JH'

!')Jl\() I 1:r·11 J .11

(1

i ()jJ

f1111('l

( I ) 1> i," t i "'J ( l )1111cl1.dd

di:

id ld!ldi11~1

)iJIJ/, hindinq

(I)

L1:r111; ci ipl i_1n1

('/11::

q1,:111~;;,

dCl ivit.y

L1c1-(i1

H'.(/

1(;():00()1'/00I

o1rn1nL.1I jon:;)

'.1.auwai.1ny. il· ontologia opisuje fuukcjc. a nie e1.;1stcc1.ki. /.atc1n. nic s1osujc si1: w niej opist\w postaci „czynnik transkrypcyjny to lyp hialka wiąi.ącc.go l>N/\, ktt\rc jest typem hialka wiąi.:1ccgn kwasy nukleinowe'". Opis 1.a poniocą funkcji rnoi.c wydawać: si\' 11iceo 1.awily graniatycznil', jednak posi;1da on sc:11s logiczny. l'odslawow:\ idc:1 0111ulogii jest precyzja opisu poj1·ć. Powyższy wpis inrormujc. i.e 7-'l~ geny myszy ma.il\ adnotacjt,· wskazującą 1w aktywność czy1111ika 1ranskrypl'yjnego. ()dnośnik th) tych genów jesl dostępny na stronie przeglądarki ontologii.

Struktura ( iO 11ie sprowadza si\' do prostej hierarchii: istnieje alternatywna

ście~.ka

od ,Junkcja •no„

lckularna" th) ,.aklyWJH)S0 czynnika lra11skry1)cyjnegt)": (;(•Jl!•,

()11!

()lt••ł\'

( P)Jllq],!1'1ilo11

(I

Lu111·\ i11n

)1, 1
(I,)

iti!I

Il ,\J1.'3C!'i !)\

\ .I :\ : ~

( JI

' l I ' .: ;

1eq11ldl i
i1)\l I

I
l l : : 'I

1)1

' I ( IJl I ) I

,w1 i v i l V

.11·\. (II

i

i \t il y I JI

{1;U: 0()0 i,"J()O J

I :·: )

SciL;i.J,:a ta opisujl' runkc_i(: czynników tra11;-,Lrypcyj11ych poprt.L'/ id1 aktywno~~c~ n:gulacyjn:\. w ntJ„ n)/.nieni11 otl nktyw11ości wią1.:mia DN/\. ()ha opisy Si\ prawidlowc, a ich nlwHoczcsne uwzgl~·dniL'.IJil' w ontologii L't,y11i j<\ h;1nl1il'j c\astyczn~\ w pon)wnaniu du 1mdejścit1 llierard1icznego. S1r11ktura po wi<11.;11l tl'nnirn'l\\' w (a) to t'/W. skierowany ,!,raf acykliczny (ang. tlirl'cl t1<'ycli1· grtlf'h ): skil'rowany

1:3. Milm1111aGiorzo DMA,

4BB puwią1.a11ie

01.11ac1.a, i.e kai.dc

popr1.cd1.ającego

prnwad1.i od poj1;cia

podliu1nowanie

(a11g.1111r1'11t 1·011""f'I) do pokcia

nast\~pujt\cego

(ang. t·ltild ,·011Ct'JJI), acyk_liczny za.~ ozual'Za, i.v i.adnL';, pt~jęt'. nie 1noi.L' występować w cit\gt1 swoich \Vlasnych popr:t.cdnik:t')\v 1. Naslęp11j:1cy

lcrn1i11

1.

onlologii „skladnik ko11u'1rkmvy" pasuje do zapytania .. o.y1111ik lra11skryp-

cyj11y" c:11

! t':t:!H:

!J(~r

i 1Li L_i

fJ'Jo'J I/\ ('.~lmpJt~X

fdCLui-

t:1:dll!;l.'.C.i}>tint1

A cnmp1H1(~t1L ni


t.hc~

i'(Jl!ljH1;;r:1!

Jed11:1

1r ścicirl,;

111 ln1m.i11r;,

(P3 1l ) ,

t1!11hd

11!

Lici <1r m
Lr.uu;ccipL i uu

HN/\ P(d)'HH_'I d:;t• J I.

ł1 1 :L.1

'!'FI !i\

(P\

1 ))

dJH!

•jd!H!!ld

!;1J\n111it·;;

(Pl:~}.

prnwndzqcych do lego tcnllim1 11ia poslat;

!;('!!''- U!il til (HJY

P)1·t·I !11!<11

1') ,„. I

('t!!l\j)u!H·tJ\

I

( P) i11lr.ir··~! l11l<11

( P)

!ll!t: J 1-·11;;

(u) .

!lUC

I c;()pJ tl~im

P) DN/\- di

(t') t

1-1 ·c·L1!1

1·a11!;l:I

I W'li\ p l.y1n1

ipt·

! ,H'!

itJ!!

·1 ,_\!;1•

!J ,

'I'!•'! li\

()!

lir>

l 1 H•11::vm( · j(;t1;{)()() 1d1'/)

Crl!\ljll!''.':

j

Ścil'i.ka 01.11acza. i.L< ko1nplds o.y1111ika 1ra11skrypcyj11cgo TFll;\ (a11g. 1n111.1'1Ti11tiu11.f;11'/or '/'Fl/;\ jl'sl c1.1<ści:1 huluc111.y11111 poli111cra1.y Rl'I;\ li na 111alr)'L'.Y DN;\ (:111g. /IN!\.tfin•nl'd NN;\ 11lw11Ni/SI' Il. ho/(}('lk.\'1111'), kltiry z kolei jest c1.1·ści:1 1111klt·opla1.111y (a11g. n11c/1·011los111) itd. Warto zauważyć, i.t'. 1111kknpla1.1n:1 jcsl zddi11iowa11t1 jako „CZ\'Śt< 1.awarto~ki jqdra inn:i nii. chro111osdmy i j:idcrka„. Na zako1\czc11ic przl'dstawi111y przykladmvy tn111i11 z 011lologii „proces hiologin.ny'". powi:1za11y /. c1.y11nika111i tra11skrypcyj11y111i. Ma Oil puslaĆ' co11111!1·x)

GO

Lt~Un:

1.1.1nnct:ipt.i.ou

1)r

,1

t.1-,111:-:ct i1d iu11

f.t1·\-(ll

!11'>m

1lu·

lo Lil,, 1nH·lc·u::.

~~ylur1!.u;m

I )o lcn11int1 tego prnwadzi siedem i :cni~

imjJuct:

rc1ctJ1L--·Jlllf'\(:tu;

'!'li(' di.t1!Cl(-'.d !lHJV1"m1!nL

D\•!.i11Ll ic111:

ścit_·:i.ck. .kd11~1

411!1

GO zostala opracowana przv. konsorcjulll kuraton'1w hai. danych gcno111(Jw pojedynczych organiztrn\w. Poczqtkowo w skład krntsorcjt1111 wchod1.iłi kuratorzy hai. danych gcnomÓ\.\1 droż.di.y, myszy i 11111s1.ki owocowej. Ohec11ic w konsorcjum uc1.estniC1.:\ taki.c kurator1.y hai. danych gcno1rn)w Coe11orl111/Joli1is elcgons, 1\mhido11sis or:11. innych organi1.111ów (i\shhurncr i in„ 200 I). GO definiuje tcn11i11y przydalllc w opisywaniu sto· warzys1.onych gc11on1(Jw. Kurator1.y hai. danych dla pos1.c1.cg(llnych gat1mlJ1w są 1.ohowi1\1.ani stosować 1.dcliniowane terminy w spos<,Jh jednolity. I tak, pos1.czcg w sohic 111ctodq integracji hiologic1.11ycli h:t1. danych, ln·1. ral'l.cj (popr1.C1. lwor1.<:nic wsp(llltcj 110111cnklatmy), :;tanowi istotny krok w tym kicru11kt1. /\utor1.y prnlkrc~daj:1 tak:i.e. i.t'. Ci( l nie jest próhą dyktat11 slamlardu. /.ara1.cn1 wyrni.
z nich przedstnwiono po11i:i.cj:

.Unt:c, I c)lJ\'

lii_ll!(H!ic'cJJ

(1) r'1•l

l11 \t11

( I ) 1't;J

l

PJ.A()C:(~,<;:;

Podsumowanie

JlUlt'.l:'!;

q rriVJI li
J!l,1

( I ) I I """I"' t. I I ) i Iii i·
\ I

1·.i11 ]ll t

( I)

t

n1 '•11,11H" ·


t;l

'r I

(·i Il

l

I ,

tl

1::1H1 J

I

1 .11,r(·t i1111

il "i

11

!l\ll'

1·.t11::1' I

{ ;

i

l

'•\!:;

il il i ( lll

ljt 'Il• •f;,

;

i

lH! H

f d•

dlllH ,j

't I

'1 'li

,il

llll"

I »11::

i l1l!

H Jl \

l'(lwyis;c pr1.yLJ;1dy il11sln1jq 11al11r~· l!"/.t'i:li ('.J.t,·~-:ci sl.ladu\\'.\'t'li ( ;()

nic o proccsil; budowy ontologii.

! (:(I:

H().! ''.
I I

i"!\!))

1ir;11.

tb_i;1 pt'\\'!h' \\'\'tihra:i.l'·

I lysponujcrny 11hcc11ic wysukopr1.cpustmvyllli lt·chnikan1i ckspny111<.·111:d11y111i. kt(1n· 111noi.li„ wiaj:1 r(1w11oczcs11L' badanie hanl1.o d11i.clnych w1.orc(1w w danych ckspcry11w111:ilnvch 1111> ·1.id<:11tytikow;111i<- ;;ilci. 11ości ohcjrnnj:icych dni.c lio.hy gc11(1w. Chot' 1noi.liwosĆ' prmv;1dzc11i;1 l:il. s1.n11ku 1.:il.ruj11nych hada1i jest cksc:itllj:1ca, Io jednak poci:1g:1 01i:i za sohq pcwic11 k"s1.1 wyr;ri.aj:1c·y si1; wysl1;puw:1 11ic1n lk1.nych l>l1·d<'>w ckspcryn1c111alnycl1. l l1.yskiw:111« da11c sq 1.loi.rnw," il'h a11:di1.;i. 111aj:1c:1 na edu wydobyci" pr/.ydat11ych i111'orrnacji. 11·y1ll:1g:1 1:„:1w.ow:111ia odp11wi1'1v:111:1 111<'iud:1 l>ad:11i 11:11d.11·1it<111111. 'l\.cl111i ka la llllH>iJiwi:i jcd11uc1.t'~11y po111i:1r St\:'i.t?ll cz:p;tcc1.L'k 1111,~f\)/\ dl;1 S/l'i'!)Liq 1J1 /.l'.\law11 .1'('1Hl\\' w ko11H\1n'.. N:1jl"l.\':;<'icj slosow:1ny l)'p 111il;rnn1:1,·in1.y l:mzvsl:i „ S<\ll rohula. r-..Ja jc·dncj plyicc 1rn1i11a 111ni<'::cic lvsi:1cc )'.Cll1i\\'. 'tli!: wir,'<' li' p1z.1· padkn or;•.anil.llH.>W o niewielkich gc·no1nach. t:1kil'h jak drui.dir. jc·dy11:1 plyll.:1 1111111>li11 ia I'"

d!HI

Utnrat11rn

111i:1r L( H111 ilt ·I 1Jt·;~<) 1c'.'il<1wu ty:1H)\\'. \\I t lpi.\V\\';111ycli cks1 )ery1nC'11l:1c!J 1w .kdn~j 1nikro1nacicrz , pw /. dw(1ch pnihek. l'nihka rdnencyjnajcsl ziiakowai;; 1 1 ;1 pt 11111 )1 ';\ 1.id< Hwgo 1.11acz11iki1 f l11on·sce11cyjnego ( 'y~i. Pr<'lhka tes1owa jest znakowana harw11i I. ie111 l'/.t'l'\\'ll11v111 ( 'y.I. \Vv'/11;1kow;11w s<'.kwencje /. oh11 pnihek ko11k11rnją o hybrydyzacje; dn l"il 11;1 plytc·c·. W1.gl<;d11t' st1·),,11ia dw111acicu.owyd1 is111icjL' wil'ic rti:i.nycli /.nidel hl\'Lil'l\v. Aby wy,·li111i1101V;h' hl<;dv el:spny111L·11talill'. na tvlc na ile .i<'Si tn llloi.liwe. 11alt:i.y zastosow;1ć prnccdu' 1 11tJ111i:ili1.11j;ic:,· 111.ysLa11e da11L'. 1\nali1.llw;111L' d:11w ek;pc1ry1m·nt;ilm1 sq 'l.:11.wyczaj wyrai.nnc ''" JHi~>l ;.•c·1111, po1.yska11y 1. serii mikronia-\·i1·1_-'\'

::L1:1d<1j:1l·yi-h .<;i(,' na d:tll)' 1'L.s1wry1nl'nl. Po\zt·;_q~t)liw rnikro111~1CilT/J' 1nngt\ rcprezenlo-

""''' 1"i.1u· 1v1•y l.t>llli.11v"li p:icj1·1111iw 11· hada11i:ll'h 111edyc111yd1 l11h lei. n\i.11L' rnomenty ekspn·s.Ji wykorzystuje się l<'l'i11hi,·11,;tw;1 pIVl'<'h n1;ij:1 char;1Ltnystvcz11c· wzorce 11·zrns1ow i spadkt.l\V pt>ziomtllV eksp11 ·.„j i ,'!l'IH i"·· \V /on:'· lv 1110)1111 \\')'Id 1r1.y.'11ttt"· jako l'l't·l11(· dii1g11ustyczną I\.olcjn4\ wai,na technik:\ d;111yc·li jc·::t !'( ';\. 'ltTlillil.a ta p<>1.wala 11wid0t.'i.11it:· strnkt11n: wielowy1lliarowcgo zhio111 d:111ych l'"Jlr!.<'/ r1.111t1w:111ic ll'i<·lmvy111iar"1vycli L'il'nic·nthr:111y"li w tal.i ''IHls!il>. hv ro'/.r1.111 c·lc111c11tt'l\v po u.11towa11i11 hyl jak 11ajwi1~kszy. ( "·k111 pro1,·0111iki jt„.I ri'lll'IHIL'/.t'sny jlllllliar Sl\'ic1i d11icj lici.by. r(1h1ych hialck w kollltll'C<'. Hi:1ll.a 111oi.n:1 rn1.d1.iL·lic' 1.:1 p<111111c·:1 dw11wymiarmvej c·lcl.trnl't1rt'l.y i.elmvc:j. Naslt;pnic l•iall.;1 1. pil 1.;qlt·1111iajqcv 111t1-.i.liwosć sl;or'!yst;mia '/. wynikt\11· cksp,~r)'llll'lllll prze;. i11ny<'li h:1d:11·1.y <11':11 pl11w:daj;1,·y l'""''11·nywaL' i11li1rn1;1cj" 1.awarte w poszc'/.t:gl.1"':!;1 011111i11i1nalnv I.al.ws i11t'orrn;1c'ji 11io.h1·d11y "" l)(>IVl<,ll"l.l'llia l'l;spcry11lc:nt11 pu.e1. innych /,ad;10.y l11h I'"""' 11:111ia n·1.1ilt;1lrnv / 11·v11ik:111li i1111yd1 t:bpcT)'n1c11tciw. B:l/.y danych dla zin·'' 111vcli t YP""' i11!'llrn1:1t'ji l>i(ll()gil"l.nycli, takich jak wyniki L'kspL1ryn1L·11tpc·1 y111c·nt!l\\ 111ikn 11nacil'l'l.llW)'l'li. 11111sz:t lllict' dnhr'l.L' pr'l.L'lll)'lila1H: projl'i; 1y ukr,·ślające rel.1l'jc· 1111111i<:tl/)' 1(l:i.11_\·1ni 1yp:11ni d;111ych. Ltvc :,_v,tc·111atvc·1nic• w1:11.:111c "d11n.~11ika111i. /.tkli11io11a11ie 0111ologii. tj. spc\\' S'/tT1·11111.·1.11:;11\\')'lll. I >n gn1pow:111i~1 i-1 CIH,)\\' o podobnych proliladi

l·y1iL:1cii

/.11;11."/.t'1l pnjt/1~ :1lo:~d\\';1nych

p 11i1:1·i;i!lli. :.l:11H1\\·i

krok w

\\ d;111c.i dzil'd1.i11it· wiedzy ora;, zwi111.k()\v pon1i<.·d1.y tymi

l}'lll kicr1111L11. ()ntoloJ.!ia gc'lli-l\\'

zoslala

opr;1c11w:111a

jako 1wrz<.·dzie

1d;1!\\ i:1i;w1· 1111iliL;1ck ttdn111;u.ji \\ h:L';tcll d;111)1l'i1 .~!l'lltH1H)\\';, :-.1.t·n1kit•j ga1ny n)/,norod11ych ;•:i11111l.c11\. 1 ll'i1,t1j,· 011:.1 l"'.l\Tia 1.111:\1:111l' / !'11111.cj;l 111t1kk1i1:1111q. sLl;1dnika1ni krn11
49·1

Alizadeh, 1\.1\., l'isen. !VI.IL. I >avis. IU·:. i i11 ..'.IJOll. I >is1i11ct typt:s oi' dilluse large lied by gcne expressio11 prnlili1ą!. N11111n" .!(U: )O.l 11.

B··cełl

ly1upho111a ide111i„

i\lter, O., llro11·11. P.0„ a11d Holstein. Il. 2000. Si11gular val11e dcco111position for gc11DillL'-wide cxprcssion data IH'
(/<'llOIJU'

R<>

!ladt·r. (i.Il. a11d I log11c, ('.W. V. .'OOO. Il I Nil ,\ data spec i lica! ion !'or stori11g and dcscrihi11g hio111lllec11lar i11tcr:ictio11. 1nokc11lar Clu111.lu11r11al, J6: (1).?. (d. Bnrnherg· lla11cr, I,. arni l1 a1011. 1'1.W .. '.Olli. ( '011n·p111:d dat:i 111rnll'ls rnr hi"i111't1111111tico. ll1ic/i11gs i11 llioi11j;1,.,1111ti1·s . .): I fi() go_ Bu. I l„ /.hao. Y„ ( 'ai. I .„ X11c, I I„ /.hu. X„ I.u. 11„ /.h;111g . .I„ Sun. S„ I .i11g, I .. , /.hang, N„ I .i. Ci .. a11d ( 'hrn. R. :~mu. Tl)pt1logical slrtlcllllT' a11alysi\ or tlll' prolL~ill··protcin inlcraclio11 lll'.{WtH'k in hudding ycasl. N11tkii· i\ciils /frsl'llri'/1, Jl: .'.-1-13 '.iO. Brarn1:1,

;\.and.~:;

"tlll'rs ..cOlll. fvli11i11111111 i111'"1111atio11ah"uta111icroarray c·xpnin1L'11t llVll;\IVl"l 29: .HL'1 -/I.

'foward

sta111.lt1rds rur rnicruarrny dalii. Nultll'<' <;,'ll1'tics,

Brarn1:1. 1\„ l'arkins1111. 11„ Sarka11s. I l„ Slmjatalab. !VI.. \'ilo, .I., ;\hcygu11awanll'11a, N„ I lolloway, !·:„ l\apuslll'sl.y. IVI„ l\,·111111,·wn. I'„ I .;11·a. I i.( i„ I ll'l.l'illll'11, /\., R"cca-Serra. I'., arni S:ins"nc, S.1\. '.~Oil.\. /\rrayFxprL·ss ;\ public rcpository !'or minoarray gc11c cxprcssio11 data at the 1\1\1. N11dci1· „\ciils Nesc(Jn·/1..11: ()}) 71. li! l Ji: //v/1tJVJ.(·:b!u1<·.uL/.11

1·<1y1.~>:p1.c•:--;:;/.

Bn1w11, tvl.1'.S„ ( irundy. W.l'i„ I.in. Il„ Cristia11i11i, N., Sugnet, C.W„ h1rcy, T.S., ;\res, !VI. .Ir„ and 1laussler. I>. 2000. Knowll'd/:!e-h;ised an;dy:-;is or rnicrnarray ge11e expressio11 dala by 11si11g support vcctor n1al'11i11cs. /'mc,·1·di11g.1· of'tlll' Natio11i1/ 1\1'111/c111y o/'St·i1·11n·s /IS;\, 97: '.'(i'.'-7. ( 'mrnolly. T., lkgg. C'„ and Strachan, 1\. I<)<)'), llatahasc Systcrns: A l'ractieal l\pproacil to Dcsig11, ln1plc„ lllL1lllatio11 arni IVlanag,·1nc11t. I l;1rlow, l'.11gla11d: /\ddison„Wcsley. ('rcscc11zi. IVI. and ( ii11l;111i. /\. 200 I. The 111ai11, biologica I detcn11i11a11ts or lllllllll' line laXOllOlllY cl11cidatcd hy a pri11cipal L'Olllj1011l'.lll analysi.s or 111icroarray d;1ta. FF/IS /.1•//<'1'.\', 507( I): I 1·1--18. C'ris1ia11i11i. N. a11d Shawe„'!11ylDr, .I. :!OOO. 1\11 l11trrnhwtio11 to Support Vector IVlachillL'S. ( ';1111l>ridge. DK: < 'amhritlgc l lniversity Pn:s:-..

Cutkr, I'. 1003. Protein arr;1y': The c11rrc111 statc-·or· thc„ art. /'mtl'o111ics,

~\:

J„ I X.

I )(.'/.SO, /.„ Ultvai. /„N„ and llarnhasi. /\.1 .. :!Oil.\. Hioini'Dl'lllatics a11:1lysis or L'xpcrillll'.ill:illy deil'l'llli11cd protei11 c<11Hplexes i11 the ycast Saccli:1rn111yccs l'L'rllvisiae. ( ;1·1111111<' N1·s1·111c/1, U: -~·150 :J. Eiscn. !VI.Il„ Spclln1an, l'.T„ llrnw11. l'.U„ arni llotstein, IJ. J<>()()'.'.. IV!icroarray dala q11;ility ana lysis: I .l'SSDllS rrn1n the i\I'( j(' j'l'Ojl't'I. /'/11111 1\Jolec11/11r /iio/ogv, ·IH: 11 l) -.\I. l't11111tllt1lakis. M„ .lllrn11villt', .I.I'., I linssc·n. IVI„ ;111d I .ul)('c, (i. 2002. Prntenn1it· analysis o!' the !'eta! brain. 1 / /'ll/i'
<

(iavi11, 1\.( '.and.\') oihLT1,. :'002. i'i111ctio11ai llrga11i1atillll o!' illL' )'t'aSI l11'llil'1lllll'. hy systc111atic analysis ur prntci11 L'llll'l'k"'"'· Nutlll'I'. ·115: 1-11 7.

492

493

(ioll11h, .I .. !lali, ( './\„ Binklcy, (i., lkn1dcr, .I., l'inkc'.lslei11, I >.IL, l lcherl, 11.M., I .lin, l 1., Kalopcr, M., Malcsc, .l.C„ Schroeder, M., llrown, Jl.O., Bolslein, Il., and Sherlock, G, 2003 The Sianl"ord Micrnarray Dalahase: Dala acccss allll qnalily :1sscssn1cnl lools. N11dcic 1\cid,1· Researcli: J I: <) •.I (l. lit Lp: I I
lloyk. IJ.l'., l{altray, M., fol'!', R„ :llld l\rass, ;\, 2002. l'vlaking Sl'.nsc of 111icro:1rray data dislribuiions, lli<1i11/im1111tics, rn: 5(17 8·1. lio, T„ Ola, K., Kubota, 11., Yan1agnchi, Y., ( 'hiila. T., Saki1raba, K„ arni Yoshida, l'vl. 2002. Rolcs for the IWO hyhrid S)'Slelll in L'Xploralion or ihl' ycasl prulcin inlcraclollH'. /\/<1f<•1·11/or <111d (.'ef/u/or /'m{('omics I IS: ."ihl (i. ' .ll'llkins, IU~. and l'cnninglon, S.11.. 2001. 1\rrays for prott'in exprcssion pruli ling: 'l\1w:mls a viahlc allcrnalivc Io two„din1cnsio11al gl'f cll'ctrophorcsis'! l'mtc·o111h·s, I: I J -2'!. .kong, 11.. Mason. S.I'., llarabasi, /\.I .„ and ( lltvai, /„N. 200 I. l .ethalily and ccnlr:dily in prnlcin nclworks, N1111".'" 411: •li 2. K11n1ar, i\. and S11ydn, M. 2001. 302·· 12.

l~nlt'rging

lcd111ologics in ycasl gcno111ics. Notun· Ne1·i,'ll's (;t•111•tics, 2:

J
;\technology rl'vh.•w.

Sloni1n, D. 2002. Frnn1 patterns to palhways: ( icnl' L'.Xprcssion data :n1alysis C()llll'.S or age. N<1/l//"c' ( !e11e1i,·.1· SUfJ/!/C/l/('JI/, J2: 502-.""f. ·n1111 ayo, I'., Sloni111, D„ l'vksirnv, .I„ /.h11, <)., Kilarecwan. S .. D11iitrnvsky, I·:„ I .:111dcr, l'.S„ :111d < :ol11h, TY. I'!')'). lulcrprcling pallerns or gclll' cxpressio11 with sdf".org:111i1.i11g 111aps: f'vkthotls :111d applicatirn1 to he1natopoiclic diffcrcnliation. l'1w·e„di11gs o( tiu· Natio11<1/ 1\cc1d1·111.1· o(S,·i,·11.-cs IJS1\, 'Ni:'.'(!()'/ I'.'. ·niylor. C.I'. and 2•1 olhers. '.'()OJ. A syslclllatic apprnach to 1nmiclling, eapturing :111d disSt·111inaling protr· - 01nics cxpcrilllclltal dala. Nut11r<' lliol<'c'hllology, 21: 2'17· 5-1. l1t.l_p: I /r1(~dco .rn;111.<·eedi11g.1· o( tiu• Nutio11(1/ 1\cw/e11n· 1f.\'de11t·nc ['1„11wncla1mc I laL1 base. N11dcic „\cit/.1· N1•sc'<1rc/i, JO: I(,<). 71. l 1 t t.p: / /VJW\/J. q ::1 H ·.u c 1 . ct<,. 1 i k I cq _i li i 11I1H1111<~'1 \('I i·t t u 1 l' /: ;(:;1 1·< ·I lq(;J H !:': . J) ! . 1

1.andgrcbc, .I., Wursl, W„ and Wl'l;,1, (i. '.'000. l'cnnutatioi1-validatcd princip:d COlllfllllll'lll a11alysis or microanay data. <;,·nc11111· lliology, Jt··I ):rcscarcl1/()t) I'!.

Whilc. K.I'„ l{if"kin, S.i\., I lurh:111, I'„ and I log11ess, I 1.S. Iro:,opl1i l:i dcvclop

l.cn1ieux. Il„ i\l1aroni, i\„ a11d Sclirna, M. 11.JNi\ chip 1ccl1nology. Molt·rnlar Brc<'ding, 4: 277„W!. Les ter, l'..I. allll I luhhard, S..I. 2002. ( :01nparalivc hioinronnal ie analysis or COlllf1klc prnlcOlllCS allll prolcin pararnclers for cross-spccics idcnlilil'alion in pro1con1ies. l'mteo111i1·.1', 2: I Jl)2 405.

Wolkl'.11hancr. O., Mollcr-1,cvct, ( '„ allll Sanchl'/.-( 'abo, I'. :.'00'.'. The cur::•· or lll>rn1afo.atio11.

Lcnng, Y.I'. alHI Cavalieri, D. 2003. l'nndanH.'nials or cUNi\ n1icrnarray data :lllalysis. "frl'lltl.1· i11 (il'llelics, I'>: frl
1JH~nl during

111ct:1111orphosis.

1111d 1:u111'tio11ut <;,·110111i<·s,

J:

S«ir'11t'(',

286: ·.~ 17{) ~~·!. < ·,!l111>o11wi1«·

:ns '>.

Zhang. W. and C'hait, B.T. '2000. l'rol'ou11d: J\n ex pert sysll'1n rur prnlcin idl'.nlilica1io11 11si11g n1:1ss sp1·,·tru 1nclric pcptide 1napping inl"onnation. 1\110/vtiuil ( 'lil'l11i.1·tn'. 72: ·.>.J}L' ·'!.

I .i. ( '. and Wong, W.H. :wo I. Model-bascd analysis or oligo11uclcotidc arrays: Mmkl validalion, design issucs and slandard error applicalio11. (i,•11m111• lliologv. 2{i;): rescarch/OOJL Man11, [Vl. and Jensen, O.N. 2()(J:l. l'rotco111ic a11:dysis of" pusHranslalional 111odilicati I. Mcwr'.:i, 11. W., l'rislnnan, I>„ ( iiildcncr, D., [Vlan11ha11p1, (i., Mayer. K„ Mokrl'.js. fVI „ [Vlorgcnstern, IL, Miinstcrkncllcr, rvl., Rudd, S., and Weil, Il. 2002. Mll'S: 1\ databasr· rur geno1ncs a1HI prolcin scqucnlJ :: I. . cle• I l: Lp: I /111 i

i"' .

j:q>.

Misra, .I., Sclnnill, IN., I lwa11g, D„ llsiao, L.1.„ (inllans, S., Sicphanopoulos, li„ and St•:plrnnopoulos, G. 2000. ln!L'.raclivc cxploralion or 111icrnarray gl'lll'. expression pallcrns in a rcdun·d di11ie11sio11al space. <;<'!lo111e N„.1·1•11rcli, 12: 1112 .20. Mori!;„ Il. and l'vkyn, I I.I'. 200.l. J\pproaclll'S ror ihc quanlilicalio11 or prnll'ill l"OllCClllralion ratios. l'mtc0111io'S, J: .2.'.08 20. Oliver, S. :0 00.\. 011 the Mli\tvll·: standanls ;111d n•1llral rL'pnsitoriL"s F111wtio110/ ( i(")IO/llics, 4: I.

lll"

111icrnarray data. ( ',•1111>11mfil'<' ,111
l'andcy, i\. and M:11111, M ..WOO. l'rn1r·o1Hic:, to s111dy gcncs and gc11<>n1c·s. N11111n', ·!05: X.\7 'Ili. ()11ackc111>nsh . .I. 2110'.2. Micrnarray dat:1 nonnali1.atio11 :111d lransronnation. N11/11r,· ( ;,•11c1i1·.1· su1>1•lt•1111'1ll. 32: ·l')(i-'iO I. l{avc:l1andhuri. S„ Stnarl, .l.tvl.. aud 1\lin1:111, R.I\. :'OOO. l'rincipal co111po11c·111:malysis10 s11n11nariZL' micro„ anay expcri1nc11ts: ;\pplic·atiun to spmulalio11 1i111,, :.nics. ( 'ilc'S<'<'I" Sc·icntilic I .iterature I li vital I ,ihrary l ! l ! I ! ) : I I (' i t I"!; i::t ~ I. . ! l -j . ll 1 ~ ( ' . ( ' ( >Hl I '.J. 'd' i ', (i t -) • ! tt li! I )'

l'onii.s/.y lesl ohcj11111jc 111alL'rial Oni/.

1.

rm.d1„ I I, 12,

I:\.

określania drngur!.\' dowcj struktury RNJ\ wykor1.ysluj:\ raki. i.L': J\. podstawiL'.llia nic 1nogq wysl:\pić w spa rmvanych l"r:igrn,·nlach slrnklury I< Ni\ li. w slruklurze ll{N;\ wysl\'.p11jq 1.aws·1.l' lr1.y spiuki ('. w slrnklurach Rf'1;\ dlugośc' ra111ion nil' 11iega 1.111ia11ic I I. puds1awic11i;1 w sparuwanycli po1.ycjacil wyslqiuj;\ w spustih :;korclow;111y

I. Metody pon'iwnawu.L·

2. lill'ai.a sit,:. i.c dopasowanie na ponii.s1.y111 rys1111k11 1.awicra l"ra1•111cn1 st·kwcncji RN1\

!'.c11<'1w o krn1scrw:11vw11ej slrnLl11r1.<' drugo;.1.,:dowcj. l\.it'>ry /. 1d:111ycli ct.lc:rcl'il w11io„ sk"iw jL·:;I prawidlowy'I I i'iazwy galu11k<.>ll' 01.naL'/.l'h ;;pi· 11ck 11. 1'1"!.l'llsia1Vi01l)' l"ragllll'lll /.:11Vil'1":1 pr:lll' dopodoh11ic p<;il\' a11lykodrn111 ll~i'·l1\ ( '. 1:rag1m·11t 111:1 j'rall'dllpodol>nir• ::lrnktmr; J>Sl'lld11·ud11, :d11 lll'il'rd1.it'· ).t: 11· 1y111 lra;•.1111·11r i<· ll"v::i<; 1111.ic c:lrnkl11ra drn)•<>r1t:dowa

I;,

495 l'l"l,il

! l<'.ll1 ,t· ',,'! '.!1 :1'11': I!

;.111; :1.1

dI

''1i11„,1'

•'li llil.111 1,1·:!'1)1'11 ·1•111' .!, 1.:11.;.1 .1· 1:111-:1. , -.I' \iii' I" I

;.

•1„1

1

·.!'

Ilf.']< d

,!'1',I,,!' •'d'.I il'

I

\. 1,;1nn· 1. p1H1i:is1.ycli s1wi1.Tdz1:1i doty1.?.<\1.·ycli I '''"11dtlll\'!.la jn:I 11rawd/.ill't''.1 i\. l'st'IHlow1·1.ly :;;1 lwlis:1111i 11111·or1.m1y111i 1'<>111i1:d1.y dwo111a (ldd/.it·l11y111i 11il'111i I~ l\li\. a 11i1· nii.11y111i fra1;111c11ta111i 11.:j sa lllt'..J lllt I IL \V rl\l'li\ 11it' 11·yst1·puj:1 j)Sl'Udo\\'q.ly < '. I ldd1.ialvwa11ia wys11;puj:1n· 11· slruk 111r1.l' psc11dt1w1·1.la s;i 1.hyt si1111.·. ahy 11w1.glt,'!l11i:1t' je· w al,L ory1111:wli prn :·ra111t>wa11ia tly11:1111icz11t'go prZt·wi1luj;i 1·)1 l'lt strnk111rv 11 11aj111ni.:js1.l'j c111.:rgii ':\\'tlb<>dllt'j Il. W 1m·1i >dal'i1 progra111ow:111ia dy11a111icz· 11cgo 1.:111ic•dh11jl'. się 111t>i.liwośr' wyslę„ powa11i:1 ps<'11dow1:zl1iw. ptl11i1.·wa:i. 1.1ia1.·1.:1t·o 11pr:1s1.o.:1 to alp.ory1111 pr1.1.:widy· 11·:mia slrukllll')'

kw1:11cjc l'\V11!11owaly zgodnie z 111ndelc111 I IKY I lla pary sek \\Tncji zm:tala wyznaczona lic1.ba synoni1nicl.llycli podstawic1\ w przclic1.1·ni11 na IH>1.ycj\' synonilllic1.ną (ds) i liczl>a nicsv11oni111io.nych podstawic1! w przelic;.,:niu 11;1 IH>l.ycj:\ 11icsy11011imiczną (r/N). 1\. Oc1.ckujc111y, i.c w przypadku genów 111itoclto11drial11yclt d,y br;d1.ie równe ds, ponicwa:i, l'wol1111j:1 011c szybciej IL .ki.di stosunek
1

·I.

uadnnia liloge11clyc1.11e wykorryst11j<\CL'. se· IO. kwc11cjc rRN!\ 111alcj podjednostki ryhoso· 111 u pok:11.aly, :i.c'.: J\. istnieją tr1.y glt\wnL' do111cny orga11i· znH\w :i.ywycll: zwic:rzęla, rośliny i hak„ tcric Jl. kO!'Zl'.llic:lll drz1.:wa :i.ycia jest gai<\'l. i<\„ o,;1ca bakterie i dwie pozostalc domeny "rga11iz1nów :i.ywyclt ( '. na 1H1c1.qtkow:- clt etapach cwolt1cji :i.y· cie hylo z:ilei.m: od RN/\, i Io RN;\ JK'i11il.o rola jak:\ p1:lni DN/\ i l>i:ilka we wsp(1lczcs11ycli orgalli1.111acl1 ]). ~e11y rRN/\ w l;1.•110111ic chlornplas11iw ~vvl;:11.11 jq 1.n<1c>:icc podobic1ist wo do )!„c11<·1w rRN/\ przc1. siniec li.

\Vi:1ry!'.,·li 01>:1 111\Hklt: nic d:1j:1 w wyniku .111:w/,;tco roi,llych wi;1ry~~odno.~;1·i. to niL' 111t>i.c111y mlr1.11cil' 1111Hll'li1 J(' ( '. I >w:1 1111>dl'l1· >::1 1.:1,c•11i<:)'.di.ll11<» p1'1.l"I \·u \\'_\'11ikt1\\'l' \\'i;1ry;,2.od11o~:ci 11111s1q hyc; :.obie r<.J\\'11<' Il . .i»:>.t:ii /.111;) jl'SI 1.1iac1:\l'l> Wi!)„s/.<' od /, 1c· 1110/.1:111y wyci~\g11qt: \Vllio;;1•k i.c se

gen1)\V

( '. Stos11nck dN /ds llloi.c 1.111icniać siv w zalci.nośl'i od gc•1111 ze wzgli;du na l.ll1i1·n11:1 sil'" doboru slahiliz11jąccgo, kt1\ry d1.iala na sekwencje or:u, możJj„ ww:« kierunkowej pll/ytywncj selekcji dzialającej na 11icktl)rc geny Il. .lc:i.1.:I i stos11nc'.k d N/ ds j1.'.St bardzo 111aly, 111oi.c to 01.11aczać. i.e na wybrany gen dzi:da 11111i1:js1.y dobt'1r naturalny (>.

Kt!iry 1. poni:i.s1.ycli 1.t·staw1iw gatunków jest p
11. l'a11ccrnik. kobra, lt1p:1c1„ d:i.di.mv11ica, , \n1hido1•.1'is 1/1(f/i111111. Fsl'it1Til'lii11 !'Oli, S11l'l'itn1tn1'<·1·s ,·1·1Tisi11<'

8. J(t
Por. ró:i,ni~:c w dlugościach ge11011H\w bakterii wynikajq glównie w rti'i.11ic w dlugościach l'rai~mcntów ni.:kodnjących. a nie z rM.nicy \v liczbie )!L~11,\w . l lstalono, i.c dwa gatu11ki l<1czy występu· wanie oś1ni11 i1.cnów„ kt6rc ra1.c111 lworzq pewien klaster~ ale wys1,~p11ją w gc110111ach w n\i.ncj kolejności. Kolejności wstaly podane W forn1ic 11L'rlllUl:ICji /.l' l.nakicnL (iatund: X I, 2, 1. "I. 5„ (), 7, g < ia11mek Y 1. 2. „."), ·'I. J. 8, h, 7 './,\llia11y w kokjności )!L'lll.IW: ;\. ni1.: n1og11 byt' jedyni!' wynikic111 inwnsji Il. 11111g:1 hyc 111,yskanc d1.it,'.ki jednej tr:111s„ lokacji i jednej inwersji C. lllll:i.na uzyskać JH'l.L'I. trzy inwersje D. wyn1agaj:1 sześciu nil'/.alci.nych operacji rcara11i.acji genon111

1nitoclmmlri<\w jest prawd1.iwc'I 1\. W organiz111al'l1. w kl(>rych l'unkcjo11al1ie kopic ge1Hhv zost:ily Jll'l.cnicsionc 1. rnitocho11dri(1w do j:1dra wystqpil prnn:s lzw. drngi1.:j endosyn1hiozy IL l lw:ri.a si\', :i.c g.c11on1y n1itoc!Hlmlrial1w ws1.vstkiclt 1.11a11vclt i:1drowc,iw pmvstaly 11: wynik11 jed;w1.;i1 prnn:s11 cndosy111· hio1.v C'. .kd1;ylll 1. dtlwod1'1w świadu.:1cyclt o l'll„ dosy1uhiotyc1.nyn1 pochodzeniu hakll'.rii jl'sl ttl, i.L: ge11rn11 '/h/>i11/n.1·n111a /Jm„ n·i ma podobn<\ urg:111izacj:1 do gcmJn111 12. Kt!irc 1. po11ii.szych J.ródel bl1:d11 w dspewil·li1 innych gcno11H\w haklcryj11ych rvn1l'!llach 111ikro11iacierzowych 111og:\ byl' 1l. J:1drnwct: 1lloi.11a 1.ddiniuwaL' jako ko„ \;'Yl.' 1imi nowa nc poprzez przcprmvad1.c11 ie 111(>rki 111ajqcc 1nitoclt()\1dria dodatkowego eksperymentu, w który1n za„ mienia sit,' rolami c1.crwony i zielony barw„ 9. Kl!\rc /. po11i:i.s1.ych twi1.·.nl1.c1\ dotyL·1.;icych gen.myt11H\w analizy skt1pisk jest prawdziwe'! s1.y od ;.~~·no111;1 bakterii wol1m:i.yjq„ ;\~ ;\l:~orytllly hicrarchic1.11cj an:ilizy sk11· t:ych. JH>niL·w:1i pasoiyt.v 11111s1.q 1nicć pi~k Z:ylJic1.11ic d1.ielq 1.hilir punkll)\\ skon1plikmv:111y 11klad gc:11ctyo'.ny do na n111iejs1.c pod1.biory. ai. do 11Hl!\IC11t11, walk i 1. syslcnlL'lll '>dpnrnościowy111 gdy kai.dy punki stanowi osobne siw„ pisko /

1

ł 3.

49!i

Mil\rornaciorze DM/\,

lrnnstrukcji sond o długości kilkuset hierarchicznej analizy skuk!col yd(iw pisk wyrnag;\j<\, aby ui,ytkownik wskaD. W 111ikron1acicrzach sondan1i są z zał poi,ądaną liczbę skupisk ly sekwencje DN/\ C. Algorytm K-·Śrcdnich mini1nalizujc odlcglość pomiędzy punktan1i a środkami 15. [)roi.di.owy system dwuhybrydowy skupisk, do kt
/\łgorytrny

Dodatek matennatyczny

v\liclll spośr(id o.ytcl11ikw hiologic1.11ych i studc11l'i wy:i.s1.ych lal o.,·:;ft1 rnaj:\ z ni:\ ogra11ic1.rnH\ styo.ność. Ma111)1 11ad1.iL'.i'" :i,l' 1.asad11iC1.;1 idea wi,·ks;.u:ici 1.agad11ic1·1 porus1,;u1ych w 11i11icjs1.cj ksi;\i.l'L'. 1110:i.c liy.:· zro1.11111ia11a lwi. w11ik;111i;1 w id1 s1.o.q'.oly matc111alyc1.nL'. J\1Ji1110 f() 1.ro1.u!llic11ic 111echa11i1.11Hiw d1.iala11ia wicl11 sp\l:;nid p1„1nl:;fa wionych llll'lod hioinfor111atyc1.11ych wy1naga znajo!llo:;ci pewnych podst;1wowych 1.:1 gadnic1\ 111alcmatyu.nych. Duhryrn podn;c1.11ikie111 podstaw 111atc111atyki jest ksi:1:iL1 /!u sic M111/Je11wlics.fi1r l/iodll'111is1.1· ;1111orstwa ( 'ornish l\owdt;na ( (lNlJJ. Tt:111;itycc lej p() świi;conych jest taki,L'. wicie innych pm.ycji doslqi11ych na polski111 ry11ku. W podro1.dzialacl1 M.1„-M.g 0111awiamy pokrótce elementarne pojt;ci;i 111atem:1tyo. nc, ktt\rc wit,:ks1.ości o.ytl'lllików 1.apcwnc 11ie s;\ oliec (S<\ lll :;laty· slyo.11y111. /,;1gadniL·11ia te h<,:d:\ 1.apcwnc 1.11am· sttHknłrnn, kl
1

Wiemy. :i.c 1000 '" IO'. l11ny111 sposobc111 wyrai.u1ia lego l:tklu jcsl ni11·11:111ic l
49!l

1!!lll

IVlo).cllly 1;1kic 11'y1.11.. 0111ijajqc indeks, /. rcguly mamy na myśli łogar~tn1 d1.ic:,i\'.l11y. l1111y111i slowy, log(.r) 01.11ac1.a log 111 (.r). \V i11J"on11atycc C/,\'Sto pr!.L'.Wijają si\' poh,·gi ·2 .i dl;1tcgo wmto zapami<,'.tać nickt6rc 1. 11icl1. l>wit' lalwc do zapami\'lania Io np. 2'' p()(lst;1wowL· w1.ory do1yc1.:1ce logaryt11HlWa11ia:

M.3. Smny znak L.;. tj. grecka litera S, rcprc:r.cntujc su111\~ wyrnz()w :r.adanych pr1.cz wyst1:pujące po nim wyrażenie. Na przykład: Il

I> i

I

podol>nic dla dowol11cj funkcji

f

I +2+3+ ...

+11.

(4)

I . ', I /(11).

(5)

Il

L

f(i)

c.

/1 I) I f(2)

+fe\)

I

i

W piL~1ws1.y1n pr1.ypadku sll11111je111y ws1.ystkic liczby calkowitc, pncząws1.y od i = I a:i. do i 11. \Vy11iL takicg(l s11111nwa11ia 1nnż11a wyra1.ić prosty111 w1.orc111:

1

I 11 (11 l I I 11 (/1).

I 11 (I/ /1)

111(11//i). 11

I n t 11 l

111(11) 11

111(/1),

Il

i

11(11

L/·-

c.c.\,

t'.Xp(ll 111( \))

I

,/-'·-...,

l 11t11 l.

i

cxp!l11U))

(2)

L'Xp( ln(\ 11 ))

Il

')

\V'!.tir ten jest spcł11io11y dla dowolnej wartości 11 c N. Na pr:r.yklad dla 11 mamy I +2 + 3 (1 i :1 · --1/2. •.=-: (L W podobny spos(ih moi.na sprawd1.ić popraw noś(· w1.orn dla i1111ycl1 pr1.ykladmvych wartosci 11. lsl11iejc tak:ic proste wyrni.enic 11a su1rn; kwadral<'>w lic1.h całkowitych:

(I)

/.;1ki.11t1sc·i I<' sq .•:pcli1iom'. dla dowolnych wartości 11, />, 11 pr1.ykladowc wartości mo'l.11a sprnwd1.i(' 11a kalkul:1tor1.c. \Vyra:i.cnic c' 111o:i.1J:1 t:1b.c 1.apisac j;iko cxp(x). /,apis ten stosuje się c1.ęslo wtedy, 2 1:dv wykl:1d11ik 111a sko111plikowa11:\ postac'. l'la pr1.yklad 1.an1iast pisać c Li al lepiej posli1i.vt.' si 1• 1.apisc111 c.·xp( (.1 11)·:). /,apis ten jest hard1.iej c1.ytelny. Funkcjccxp i lnsą 1'1111k"_j;1111i w·1.aj1·11111i,· odwrnl11y111i. Moi.na taki.,· powiedzieć, i.c l'unkcje le si1: nawzajem „sl.r:wają". t:1k i.1:

11 ( /1 ---

)'; _,

+

I )(211 I Il

I

Napr1.yklad 1·' I'.?.' 1.1::=:.\·cl.·7/
)---,_,.i'""

01;

I -1--.1· +.r -I ... -1- r

„

x" 11 l

(I :ce: --

·

(1-r)

Na pr1.yklad, I+ I /2-+ I /I =--" (I·· (I /2) 1 )/( I -- I /2l ••• 7 /4. Dla .r < I powy:i.szy s1.creg jest 1.bic:i.11y, co 01.11ac1.a, i.c gdy lici.ha s11111owa11ych wyrazów d11:iy do 11ieskrnlc1.rnu1ści. suma dqi.y do wartości skrn1c1.oncj: ,-,

i

L/

Il

(x

/.a pC<\ s1.crcg<'Jw 1noi.na wyrnzi,; wiele n'J:i.nych funkcji. Poniżej przedstawiono szeregi dl;1 lr1.ccli f'11nkl',ji pnWSZL'clllliC S{OSOWanych W niniejszym podr\~l'Zllik11: ·;il11i(; 1. lic1.hy 11:1t11r:il11cj 11 ckli11iujc·111y _jako i!ou.y11 ws1.ystkich lici.li 11atmal11ych od I dt, 11. ~;il nic,: rcpro.1.·11111jc111:i' 1.11akit.·111 wykr1.yk11ika: 111 -

I l ' (li

I).

,

.\.

I.

(3)

Sil11i;i IL'SI l1ardzo c:1.yhko 1·os11:1c:11'1111kcjq. l'la pr1.yklad IO! to 11u11ad tr1.y miliony, a 70! to wi<,'l'('.i tid I () 11111 t lic.1.h:1 1:1 wvkrac;a jui. po1.:1 111o:iliwości wiciu kies1.011k()wych kalku1:1101<>111. W d,·1i11icji .\ili1i przyj11111jc: si(;, i.c· ()I !.

c·'

>-= ., i

111( I

:(I

I

J

.r

I,

,-,.

_\i

1)

li.\'

I

.\„\

2

J

I) ")

I I O)

,\ „

I li (li

,\)Il

+ 2 + ()

.\'

i

(I I

.\„\

.1'

.\'

I

..

I

II)

(

1.2)

500

50'1

G:'.HóŻnie7,l
Pierwsi.a /', powyi.szych zalei.ności .jesl s11elniona dla dowol11e1'. warlośc . ;,, .. , '• otriymu.1en1y · . . . ·1 .1· ..1·)!a ntew· kich wartości x (np. O, I lub 0,2) 1.aló.ność li; można w przyhlii.cniu sprawdzić St /Cl~:··· 111 1111 za pomocą kalkulatora kilka pierws1.ych wyrad)W po prawej stronie i pon\wnu:.' , LIJ<.\C ( l:'i) I) · (11 · 2.) · ... · (11 r + Il !'," li . (11 (li r) I , . · Wynik z warlosc1<1 c r ..Szercg \ 11 a 1·un I(CJI„ In( I ·-· .r) ma sens tylko dla wartości x <: J
·'f

·=

rt

Jl;''

r1.

n

j

r1 li

(

I

I

f(i)

)

I>l

•

~ 'I

Z,auwai„ i.c logarylm iloczynu jest niwny sumie logaryt111<'lw In

1

.

('" 11

:

'.•

')() '4'J ' ..,.(). ·17 . ·-l(l -

21 P\7(l().

:'i· ·I· J · '.'. · I

li

!!!

i

/(11).

(14)

I

l \V og(llnyrn przypadku ( ,„ I

:I Zauwai„ i.e

c:' c::

(). I ).

/.alM.my teraz, i.c chcc111y posluchal; tr:;,cch z naszych płyt CD. Na ile nii.nych sposoh\)w n1o:i.na wybrać tr1.y płyty spośnid )()'/ ł'icrwszq płyt<,: wybieramy spośn'id 50 111o'l.liwych. Drug:\ spośród 4
r!(11

I

l(i)

r) 1 ·

„

r• co wynika/, rak tu. i.c i'.amia11;1 n1iejsc:1111i /' /.li. nic /,lltic11ia r(iwnania. lnny111i slowy, lic1.li;i 1noi.liwych wyhon·l\\, p1,·c111 plyt do po'i.y · czcnia jest równa liczbie 111oi.liwych wyhor(1w 11:'\ płyt do po1,ostaw1c11t:1. N;; krnicu niniejsi.ego dodatku 1.a111ies1.C1.
li powyi.s1.cgo Za IM.my, i.c posiadamy 50 płyt CD i pólk\: 11<1 płyty 1.awiL·raj:1c:1 50 kieszeni. Na ile sposobów można rnzloi.yć plyly na pl)icc'! PiL:1wsz:1 płyt<,: moi.na umieścić w jednej z 50 kieszeni. Drugą w jednej z pmostalych 4lJ kieszeni, tr1.cci:1 w jednej 1. '-lg kicszc.ni itd. T'ak więc płyty moi.1w rozmieścić na 50 · 4lJ · Ll.g · ... · J · 2. · I '" 50! sposuh6w. UstawicniL: zbioru elementów w określonej kolejności nazywamy pcrn1utacją LiC1.ba rM.nych 1noi.liwych permutacji 1.hioru 11-clcrncntowcgo jest więc riiwna 11!. W istocie ustalenie liczby permutacji zbioru 11-clcn1cntowcgo jest rów11owai.nc ustaleniu liczby wszystkich dopus1.c1.alnych ściL·i.ck. kt\)ry1ni komiwojai.cr 111oi.c odwiL·d/.ić 11 111iast (pm. podrozdz.

11!

„

i kombi na ej i.

Rmwai.111y wyk1cs funkcji \' 1rnicn11c1 r (ry::. MI). Wc/,my dw:1 p111il:ty 11:1 1 \'vi.1"'.;i" punkt ( 1, I') 1 1.najd111w·y si<; nieco dalq punki < \ I ,) 1 1· I ,', \' ). W'>polt·/ 1·111111. l.1l'111 11 kowy linii jlrl.L~rywancj l<\Ci'.<\CL'j te dwa punkty jl·st rl1wny .1.1·/h.r. 'i. wvLr,„·;u sv1il/1111\'. i.c linia prl'.ehicga w polili'i.11 kr1.ywcj .\'(.1 ). 1111 11111i,js1.a h1·d/.ll' tHl\,·glo:-;,· 1'11111.i
:,; ' ' " "

Callmwanln

ii0%

Wy1.11ac:r.;111i,: pochod11cj fu11kcji to li.W. nii.niczkowallil'. ,:1Jod1w dwlil'11 w;1i.11ych f1111kcji: d dx

(,1

11

)

• ••

J>o11iżcj

Wrt'ićmy

du rys. MI. O drugiej pochod11cj l'unkcji na wykresie moi.emy myśleć jako l'unkcji _,.w punkcie .1· +· 8.r 1nożcllly wyznaczyć za pomoq tzw. rm,wini\'Cia w szereg ·1;1ylnra:

ojej

11x"

, dy

yix I il ..\) == v(x) I ilX ·---

-·c

kc 1„'.

08)

/,a11wai,, ii. wstawiajqc k I do n\w11. (I~)) otrzy111ujc1ny, i.c poch(~dna l'unkcji e jest n\w11a tej sa111cj funkcji. MO'i,na to laki.c wykazać. h1orw: ro:r.w1rnęc1c w s:r.crcg funkcji ,:'. dalll: niw1L ( 10) i n\i.11ic:r.kuj;1c je wyra1, po wyrazie. Sprawdź, i.c pochodna ka7.dcgo 1v yrnz11 s1.ncg11 jest n iw na wyrnzowi (H>przcd1.aj;1cc1m1. R1)i.nic1Jrnwanic nic zmic11ia wi(,:c tego s:r.crcg11. W pewnych wypadkach jest pr1.yda1nc wy1,naczc11ic pochodnej !. f1111l;cji wvl.l;1d11ic;,c:j. ki1'1rcj wykladnikielll jest pl'.Wlta inna funkcja zmiennej x: , (c.\p(

.

I (1)))

,

kr:r.ywiź110, Wartość

dx

d 1 (c '') dx

t1 d.1

503

.. -••

cxp(

/t.1))

·

dI · d.r

.

(19)

.ksi Io pr1.yklad 1.a:;tosowa11ia 11·1.ort1 na poch()(li1q funkcji zloi,oncj.

Wro1.wini\:cit1

I ,d·'1· + '>--(t'i 1)„ · _: __ + ,·· · d.r 2

(20)

ł)'lll

kai.d:1 z poclrndnyd1 wyznaczamy w punkcie .r. Kropkami oznaczo·· niewielkich uzyskuje1ny rozwini\:cic 1.loi.onc jedynie 1. wyrazu pierwsi.ego r1.ędu, podobne do przedstawionej powyi.L'j definicji pochodnej,

110 wyra1.y wyi.s1.yeh r/.\~d
Calkm\'anic to operacja odwrotna do n\i.nic:r.kowania. Niech y i :: hęd11 dwoltla l'unkcja111i 1.111iL'Illle.J x. Jeśli funkcja:: jest pocltodtq l'unkcji ·'"to v jest calkq nieoznac:r.011q zl'unkcji::: dy d.r

\'

Jr'"li ..1·

\'(\)

Kolcj11y111 typc111 całki jest tzw. całka o:r.nac:r.ona, w ktc\rcj oprÓc/, calkmvanej l'unkcji zadajcltly taki.e granice całkowania. lntL~rprdację calki o:r,naczoncj 1,aprc1.c11tmvano

1·1 rl (.r I ilX,)·

(X,_1')

1.

I lrn1•,;1pocliod1q1'11nkcji _1· po 1.111ic111wj .1. ,1;,11ac1.;111q pr1.c·1. d·'v/dx\ jest pochodna P""l1rnlrn:j r. L'.1.yli d·:_\' d.\'

d I

d1·)

d.\' \ d.\';

Rys. l\"12. \Varlośl· calki 01.11ac1,111H:j tu pole pod wykresem funkcji ugra1lic1.rnH: osin OX or;u granic;11ni

calkowania

ri05

Hozt
504

M.9.

11a rys. M2 .. calka 01.11ac1.rnrn z fu11kcji y(.r) w granicach od wyraż.enia postaci „.„.

!' '.'

•. \J

/'.alM.111y. i.e wie111y. ii. funkcja y spcl11ia nastt,·puj<1ce r(iwna11ic

ky I· c.

gd1.ic A i fi to stale, kt<'irych wartość 111usirny wy1.nao.yć. 1\hy udowod11ić, i.c runkcja ta spclnia równ. (21) lllusirny wyznac1.yć jego lcw:1 stront,'. (l ,,'l) i praw:\ stronę (PS), a 11aslt,:p11ic pok:u.ać, i.c S<\ one n'iwnc.

PS

=

k.1

d.r (1\c"'

I

+ /J)

I I 1 li) '" i\n'.' .

·I c

1

J\kc ''

+

fik I '"

Wyrni.cnic ;\kc"' występuje zarówno po prawej. jak i po lewej stronie równania. Dodatkowo po prawej stronic r
A=

Vo

li

.1'11

+ 1'/ k.

h)\

,„.

I 2o /J

+ 11·'

\ 3,,:'/1 I .\o// I /J

ff\

i /1 (:'.•I)

«/

1 k )e ''

li

(li

<'/ "-

I /J )11 /"

(23)

l'owyi.si'.l' niwnanic nii.11iczlrnwc pojawi;i sit,: w kilku 111i<'jscach niniejsi.ej ksiqi.ki. l'r1.cdstawirn1y sposób post~·powania poi.wala ro1.wi:11.;1{ kai.~k niw11a11i,· n'i:i.nio.kowe tej postaci.

(j

„.

W powy:i.s1.y111 r1\w11;111111 ( ·; tli'.nau.a lic1.h": krnnhinacji ck111c11lowych Zt' 1.hiorn 11· clcrnentowcgo (por. r(iw11. ( 1(1)). Y.h.t'ir Newtona wi:1:i.c si\: 1. l/.W. rozkladc111 dwun1ianmvy111. i'licch 11 i h IH,'d:1 praw dopodohic1lstwallli dwtich pr1.cciwnych 1.dari'.l'li. Na pu.yklad jeśli 11 jest prawdoprnlo· bici\stwcm u1.yslrnnia s1.óslki w r1.11cic kości:1. to /J pow111110 hyc prawdopod()lm·11stwc111 uzyslrnnia do;volnej 1. pięciu po1.ostalyl'i1 wartości. l'unicwai. prawdopmlnhic1istwa te opisujq zdarzenia przeciwne, czyli jedno :r. nich musi wyst<1piL'. Wit,'!.' 1cli su1n:1,11':;t 1~011·11:1 I. /,ate1n. h =.c I - 11. W pr1.yklatli'.ic dotyc1.:1cy1n r1.utu kościq. zakl:1daj:\L' i.1· kose ,1cst poprawnie wyważona. 11 I /6 ora1. h '>/
I' (r l

( •li ((I

hll

I.

I

W Jll'/.ykladziL' dolyc1.ącyn1 r1.lllt1 ko:~ci<\ pmvyi.s1.c n·iw1w11ie opisuje 11rawdupodti hiclistwo wystqpicnia s1.1'istki dokladnic r ra1.y w trakcie 11 u.ult'iw. \h/nić1ny tcra:r. do prryktadu 50 plyl CD. ZalM.111y. :i.e Jll'i'.CT. I()() dni ka:i.Lkgo dnia wyhicra1uy losowo lr1.y plyty CD. Prnwdopodohid1stwo. i.c wśn'id tr:r.eclt plyt /1wjdujc si,· plyta rv1<1du11ny y·st r(l\Vllc'' 3/50. l'r:iwdopodobie11stwo. ),c w ci:1gu tych 100 d11i r ra1.y wyhicU.t'liP/ plyt,· Madonny jest dane pr/.eZ n'iwn. (26) dla 11 IOO, o 3/50 i /1 ·l'l /50. . , Ro1.klad dwumianowy jcsl 1.nor111ali1.owa11y, tak wi\'L' s11111uj:1c prawdopodolllL'Jlstwa po ws1.ystkich mo:i.liwyl'i1 wartrn;ciach r otr1.y1nujL:111y I: li

:r~ I

( )stall'c1.nil' l'O/,\\li:1:r.aniclll równania r(i:i.niczkowcgo jest J'11nkcja r ··-" (.\'o I

( (/

(21)

(22)

= ·-·d (1\e'

+ /!)}

tona

d.r gd1.ie k i ,. to 1.nane stale . .lak<\ postać tlla f11nkcja .1·'1 Powyi.szc r1'iw11anic to jeden znajCi'.1,'.ścicj spotykanych lyp(iw n'iw11a1i r(ii.nio.kowych. Nas:r.a dotycho.asmva wied:r.a matclllatyczna wskai'.ujc. i.c jego ro1.wi:11.aniclll jcst run keja postaci

l.S

( (/

11

vVmry te moi.na latwo sprawd1.iL' 111noi.qc pr:r.u. siebie. odpowicdniq lie1.h1; rn"l.y. wy·· ra;i,cnia w nawiasach. Dla wit,:kszych wyklad11ikt\w /1 wielukrot11t· 1111H>i.t:11ic wyrai.c11 w nawiasach jest mało wygodne i dlatego warto wtedy poslu:i.yt" sit,· t1.w. wzorc111 !'kw··

różniczlmwe

dr

c.hflmmianowy

w1.odiw skróconego nmo:i.cnia wiemy, i.c dla dowolnych dw1'ich liczh

y(x)dx,

jest równa polu powierzchni obszaru pod kr1.ywq ((ihs1.ar zai'.1rne1.0110 s1.ary111

M.3. Równania

Hozkłml

/'(rl

(l7)

li

Fakt ten lat wo spr:iwd1.il' km:r.ystaj:1c i'. n'iw11. (.25). /'.auwa:i„ i.elewa slrn11;1lL'I'''1tiwn;111i:1 jest rt'iwn;i I, poniew:ri. 11 I /> I. ['la ptHlst:1wic n)wn:111i:1 (.)hl 1110)11:1 \I' prn::(y :;p<>::<>i> wy:r.naczyL' wartośL' śrcd11i:1 r i r·', jak niwnil'i. (l(kliyil'11ic ;;(;i11d:mlmvc r (1 1111:1c.1"11"

[ M. 10. nozklml 1101mal11y

!illli

lll/.u n '). . 11'.i te wartości wy~;t!,'JHlj<\ w;1rl() .11: 1.apa11111,·t:ll':

„

IV

widu rni,:jscach 11i11icjszL:j książki i dlatego · 1111.

r /'( r)

„

li

(28)

li )

1"

!)07

'}'

„ _()

r' f'(r)

!

111 (/ .

1111/J

~---'

Il -

/"

1111/1.

(i')

(29)

M.1l ~~.

o

l\01.kl;1d 11<1r111;il11y. /.wa11y tci. 1u1.klwk111 ( la11s.~;1. to rn1.klad 11n.•:1; Il' i: I' i r

cxp (

prawdopodobieństwa

Rys. l\'B. Rozklad dwu111iauowy 111oi.c hy(·

""

I>

w

10

pcw11ycl1 pr1.ypadkach pr1.yhlii.011y rozkladc111 11or111al11v111

o lej sa111ej warlosci srcd11iej i waria11cji. I .iuia l"·zcrywa11a rcprcze111ujc rozklad dwu111ia11owy o war11;ści średniej niw11<'.i ·I i waria11cji n'>wllcj 2. I .illia ciqgla to pr1.yi>li·i.ellic rn1.kladu dwu111ia11owcgo rn1.klade111

(:\0)

l<.111.kl;1d l!'Jl jest /.Jl111cq n>1.klad11 ci:wil'u.t> o tej sa111cj wariancji i wartości pr1.cci!,'lll<:j. Na rysunku M3 111>1'!l\\'11a110 roi.klat! min11alt1)' 11 w;ll'tllści śn:dnicj i: ccc.• -I i wari;1ncji o·'= '2 '/,rozkładem dw11111i;1nowyrn /. para111d1 ;rn1i 11 g i 11 =' O.:"i (pararnctry te dajq 11,: sam<\ wartość śred11i:1 i w;1ri:111cj1;). l\()f,klad d\v11mianowy jest 1.dcfiniowany tylko dla całkowitych wartości r 1. pr1.cd1.i;du O r S. R()/.klad nnrlllał11y j.:st natorni;ist zdefiniowany dla dowolnych 11·;1rtn~;ci r i wyk;11.ui<' 1ww11;1 dodat11i;1 wartm;ć iwstości prawdopmlobic1istwa dla r > 8 1 1· O. l\!łimo to ry;;_ l\!H w~·:k;m1jc. i.L' roi.kład 11orn1ał11y jcsl dobrym przybliżeniem rn1Llad11 dw11111ia110WL')_',<>. l'r1.y lyrn in1 Wi\:ks1.;1wartw;ć11 w ro1.klad1.ic dwumianowym, tylll 1,·picj jn;t 011 1n1.yhlii.011y rozkladcm 1Hlrn1al11y111. < l1nawiajqc ro1.klad dw111nia11mvy podkrL·śliliś111y. i.c s111na prawdopodobie1\stw po 11'~:1.y.•:tkich warl!1śL·iach r jest n\wna I. /,asad;1 ta dotyu.y wszystkich dohr1.c 1.dcfinio11;111y<'h rt>;.klatl<'iw pr:1wdopodohic1ist\va. w ly111 taki.c rtll.klad11 nunnałncgo. Ponieważ j<·d11;1k rui.I·. lad tl!lr1n;dny jest ro1.klade1n ci;1gły1n, warunek ten wyrai.amy nic tyle sumą 11-;1rtusL·i prawdopodohic1islw. co calk;\ 1. gęslości prnwdopodohic1istwa

nor111alllyll1 ZmiL·nna losmv;1 :: 111;1 nu.ldml 11ormalny o wartości średniej n)w11cj O i odchyleniu standardowym n'1w11v111 I:

)~Tr c:qi (

I' t :: J

-- ::i

)

LUJ

/,rnienna losowa:: jL:st prl'.ydat11a w testach statystyc1.nych. Dla danej wartości 1.rnic1rncj losowej r o rol'.klad1.ic nonnałnyrn 1.c z1ianq wartością średniq i odchyleniem standardowym. wartość ::: określa jej odchylenie, wyrnżonc w jednostkach odchylenia standardowego, od wartości średniej. ZalM.my, że prowadzimy badania genomu, w którym odsetek kai.dcgo 1. czterech typciw 1.asad jL'.St rc\wny 25'Yr·. Po zsckwcncjonowaniu odcinka 11 :=c 100 1.asad 1.aohsnwowano r == 70 1.as;HJ Ci+C. Zgodnie z r<'iwn. ('2S) i (29). wartość oc1.ckiwa1rn tych dwóch typ<,\\V /.asad jest n)wna ,~ = I OO. O,:"i )0, odchylenie slandardowc 1.;1ś jest rciwne 100 · 0.:"i · O,:"i == '2.'i. Tak wit,'.l' 70 ,, 50

.J.

Tcra1. osz:1cujL'lll)' prawdopodoliic1\stwo 1.aohscrwowania odcinka 11 "'-= I OO zasad. kt!irym zaw;1rtość (i+(' wynosi 70 1X1. Os1.acowa11ic moi.na przeprowad'!.ić na podstawie rozkładu dw11n1ia11owcgo. \lv'yrnaga to jcd11ak i.mudnego ohlic1.allia su iny /' (70 )--1/'(7 J H /'(72) I ... + /'( 100). l'onicważjcdnak wartość 11 jcst stosunkowo dui.a. r()f.klad dwumianowy 1111>i.cmy 1. wys1arc1.ajqc;1 dokład11mici;1 przyhlii.vć ni1.kładc1n nnr111;ilnv111. l'rawdopodohie1i.c;t wo wystqpic11ia wartości ;'. wi1,·ks1.cj lub ni\;1ncj :.'ohs jest rt'1w11L' . IV

{''' /'trldr

)

''

.I .

(:\I)

W:1rt1l:-;,· c:dki
(32)

.,, I.!.:„,„ I'<:: )d::.

W podr1,·c1.11ikaclt statystyk i s;1 dosl\'Jllll' st;1hclarvzowa11c wartości calck sla11danlo\Vcgo rn1.kl:1d11 nonnalt1L·go. Warlośt' :: 1>.s ·I jest je~lnak 1w tyle dui.a. i.c llloi.c wykra0

r M. 11. Hozl
Dodatni< mi1ter~1 ~ty

503

Gać poi.a dosł<,'.pnc w podręcznikach tabele (Daniel, l 995). W praktyce oznacza 1,>

..· '·

„ ;1 O( I11owiac . Ia1:1ca . . IrnrcI1.0 ma Ia. 1·1 roerarn M.1crosort Fx''"I ,„.. 'ze··. ; wartose Z.01"' = L.I .1cst . . . v ., " " "L.acu„·· 5 je ją na ;1 = 3, 17 · I O . l'otwicrd1.a to nas11waj<1cc si~'. pr1.ypus1.czcnic: 1.akładająe że · w hadanylll gc11rn11ic ws1.ystkic ci.tery typy 1.asad występuj<\ 1. taką samą częstotli~o~~i'. /.aobscrwowanic 70 zasad G+C w odcinku IOO 1.asad jest. bardzo nialo prnwdopodobn~\, Mo;i.cmy lern1. sformułować test statystyczny pozwalający ocenić. c1.y ohscrwow· ~· na wartość r jest 1.godna z rw.kładem normalnym. PoCl.<\tkowo stawiamy hipotezie ;le r 11w rozklad normalny o znanej wartości średniej i wariancji. Nasl\:pnie na podsta~vie równ. (.)2) wy1.nac1.amy wartość ;:, która, jeśli tylko hipoteza jest prawd1.iwa, powin, na lllicć standardowy rozklad norlllałny. Z tabeli statystycz11yd1 mo;i.cmy udczytać, ż.e prawdopodohic11st wo, i;i. ;: > I, 96 jest równe 2,5%. i\nalogic1.11ic. prawdopodobici]„ st wo, ;i.c ~. I. lJ(i tak;i.e jest równe 2.YYr„ Co 1.a tym idzie z prawdopodobie11stwcm l})% wartoŚl: ~·. mieści si\: w pr!'.ed1.iale l, ')6 " l, l)(i. Jeśli wartość ,: odpowia„ daj:1ca 1.aobserwowancj wartości r lc;i.y poza tym pr1.edzialcm, to mówimy, ;i,c hipoteza jest odr1.ucuna na poziomic istotności 5%. l'r1.cdstawiony test jest pr1.ykladcm 11.w. testu dwustronnL'go (ang. t1v11 f({i/ct! test), co wynika z foktu. że hipoteza jest odrzucana zart'lwno wtedy. gdy ;: jest bard1.< > du;i.e jak i wtedy. gdy ~: jl'sl bard w małe. Wartość 5% lo prawdopmlohic1istwo 1.auhscrwow;111ia ;: w ollr\:hic jednego 1. dwóch krnków rozkładu (d:tls1.c s1.o.ególy czytelnik 1.najd1.ic w Danil'I, ll)
Rol'.klad Poissona jest przypadkiem granic1.nym roi.kładu dw111nianowcgo, gdy liczba obserwacji 11 jest bardzo du;i.a, a prawdopodobidistwo oc1.ckiwanego i.darzenia, czyli 11. jest hard1.o malc. Klasycznyu1 przykladclll takiej sytuacji jest rozpad promieniotwórczy. Za!M.llly, ;i,c dysponujemy próhk<\ 1.awicraj:1c:111 == 10 2·1 jąder promieniotwórczych. Prawdopodohic1istwo rm.padu dla ka:i.dego j:1drn jest bardzo malc i równe a = 5 · 1w·23 na n1inul\:. Rozpady promieniotwórcze są rejestrowane 1.a po111ocą licznika Cicigcra. Nich r h.;dzic rejcstrowa11:1 przc1. detektor liczb<\ rnzpad1'lw na n1inut<,'.. Rozklad prawdopodobic1istwa r jest dany niwn. (2(1)

509

przybli:i.enic Io jest prawidłowe dla du;i.ych wartości 11 i zara1.c111 małych wartości 11. I O .1. Dla li I OO i li ,~, 0.05 m:uny (),95 100 = 5, 92 · I O 1. Wartość pr;1.yblii.011a n);i.ni Si\~ wii,:c od wal'lości dokładnej u ok. 10%. Dla n= 1000 i 11 == 0.005 otrzymalibyśllly (1,(J5 ·IO ·1 rn jest j1ri. 1.naGnie hli;i.szc wartości e 5 . Zwiększajqc /1 i 1.11111icjs1.aj:1e a (tak, aby 1u1 =·= 5 ). otr1.y11111jc111y cora;, dokład11icjs1.c pr1.ybli;i.enic, co dla kilku wybranych wartości li i 11 111o;i.11a lat wo sprawdzić za po111ocą kalkulatora. Dla picrwot11ych wartości /1 i 11 1. przyklad11 dotyczącL'.gt> roi.padów prrn11ic11iot v,1(lro.ych powy;i.s1.c przyhli;i.cnie .jest han 11'.0 doklad1tL'. Wprowadi.111y parametr A=-, 1111. Pmłstmviaj<\C oba powy;i.s1.c przyhli;i.enia do r(l\Vll. ('.2(i). otrzymujemy

W 0111awia11yrn przykladl'.ie e ) '·'· (l,7'·1 ·

li„

/'(r) rl

o'l' ""(I

u)

zatc111 ),,_I

I' (r) =--

(.\(1)

L'

rl

Powyis;.c r(lw11anic opisuje roi.kład ł'oissona (1.auwa;i„ i.e w ost:1t11i111 krok11 prnni11,·liwyra;i.L'.11ic ( l o) „. ktl\n: dq;i.y do I dla intnesujqcych nas warlo:::ci 11 ). l\m.kład Poissona 1.:dc;i.y od jednL:go parametru. ),, pudo.as gdy rnl'.k1:1d dwu111i:111owy zalci.y od dwóch parnmctn\w (11 i li). Vv'arto także zwrócić uwagi,>, ZL' wari:lllcj:1 dl:1 rn1.kl:idu l'ois sona jest n iw na wartości śwdnicj i wynosi A. Rysu11ck Mel prc1.c11tujc ro1.klad Poissona dl:1 )c '.1. roi.kład dwu111i:11101V)' dh1 li 100 i 11 '""'O. I (ktt\ry jest 1.hli;i.011y do tego ro1.kladu Poissona) or:11. rn1.kl;1d dwurni;111owy dla /1 "" [()i li 0,5 (wmtośl' średnia tego rn:1.kladu tab.l' jL·sl rt)w11:1 5. jcd11:1k jego ksztalt wyrn:l.11ie odbiega od ksl'.laltu podanego rm.kladu l'oissrnrn). Roi.kład Poissona wyst,:puje w 1.agad11icniach 1.wiqza11ycl1 z sek we11cjrn1ow:111 ic~111 genomu. Rozwa;i.my gc110111 o dlugości /„ ZalM.my. ;i,e sckwrncjo1111jcn1y widc lrnitkich ś111y

() ,. ~

O,.!

11 I

11 ( r) = - ----·-:---·--li'\ I r1(11 --- I')!

(/ J"

„' Li'",

ll.l'i

W 01llawia11y1n przykladzic rm.k lad prawdopodohic1ist wa I' ( r) 111o;i.na wyrazić prostsi'.<\ l'orlllulą. Oczekiwana lici.ha ro1.pad
,,

11!

(li

I ) ( 11 · .1.)

. . . (li

r) I

l\tlo;i.cmy tab.L· skor1.yst:1{

1.

pu.yhlii.cnia (I

li

J1' .: o c ""

I.'

1·1

'

!(1

r I Il Rys. I\J .. L l\01.kl:1d dwu111i~11\\1wy dqi'.~· du ruzkladu Puissu11;1. gdy w:irlo~,l,' /1 111.<11il' Ul I 1. In'/ \\;11!•1'.,t średnia 11ie 11kga z1ni:u1iL'.. I .i11i:1 ci;uda: ro1Llad f'nisso1w z wart0Śt'i;1 pl'l.t'l'i\'1!1:1) '). I .i11i;1 !lr'/{'r\''' ;111;1: rnzklad dwu111ia11uwy 1. n '.\O i (f O. I. I -inia 1w1cr_vwa110 krnpku\\':l!l:i: nr;k !:id d\1.·11111i;111n\\ .' / /1 I Il oraz 11 O.)

:.i o

I

lr; 1g 111\;11111w. La/.dy ,, dlugo:;ci I (gd1.ic I jest 1,11ao.11ie nrni,;js1.e od/, J. wybranych'/, gc110 _ 11111 w spos11l1 !osuwy. \Vl'},1ny pojcdy11C'f.y nukleotyd w ge11ornic. Prawdopodobic1fatwo, i.t: 1,11; 1jdujv si 1: 011 \\' obn,·bie 1,;1d;1m:go fr:1grne11tujcsl niw11e u I//·· Po 'f.sckwencjonowa11i11 11 l'rag1m·11t
11/)'exp( 11///,). (. I, . rI

I' (I')

l'-lil'<'li „ 1 ... ;: 1. o/.ll:IC'/.a I, lic1.l1 l<1smvycli wylosowa11ych 'f.g1ld11ie kl;1d,·111 11<ą111;d11y111 /'(::) (niw11. (.\3)). Wartosć dana lli"/.L'/. /,

'\"

"\

i

I

/.l.'

standardowym roz-

.

(38)

L~ ~:;

\'

111 a 11.11'. ru1.klad pr:iwdopodohid1slwa, \'~ /. k stop11ia111i swobody. Rof.klad ten jest. dany I' ( _1' J ==-

I

c :·' _\';I

(39)

2 I'(';)

W 1H\wyi.sf.y111 niw11:n1iu I' t /, /2 l Io funkcja ga111111a omawiana w pod rozdz. 1\!1.13. W niw11. (.\')) 1wl11i nna rol<: stałej nornialif.ującej rm.klad prawdopodohie1\s1wa, tak aby poil' pod jego kr1.yw;1 hylo niw11e I. '.l,nac1.<'11ic 1u1.klad11 , \' ~ wiqi.e sil,' "·jego 1,astosllwania111i w lcslach statyslyeznych. J:;1.-;tosow:u1ia le /.adern011slrujl'lll)' w dwóch prf.ykladach dotycf.<\cych cz<;slości wystę­ pnw;u1ia /.asad w l )N/\ (/.agadnicnia le s:\ omawiane 1i1ki.c w Daniel, I '>'Vi). W g<:tlil: ryhllsrn11al11cgo Rl\I/\ malej podjl:dnostki /•,'sl'l1nid1i11 coli (numer dostępu 1:1\•llll. lll J01:::>
M. I?. nozl
lit!

odzie sunmwa11ie prf.ehicga po wszyslkicli typach zasad. Moi.na pokazać, i.e zdeli11io~ana powyi.cj war1ość x:~ ma ro1.kl;1d hardm /.hli/.ony do rnzkladu .1· 2 , jeśli 1ylko poswwio11a hiputez;i _jesl prawdziwa. Liczba slop11i swobody _jest niw11a w tym przypadku :l (jc:sl ona zmvs/.c 11111iejs1.a 11 I od Iicf.hy kalcgori i obserwacji). Z la hel slalyslycznych moi.e111y rnlcf.ytać 11;1st<;puj;1cc wartości .\' 2 dla pof.io1uów islolności /> równych, odpowiednio, 5% i I 'X.: 0.05 0,0 I I si. swoh. '.U41 (1,(1:\5 :2 si. swoh. ),l)l) I 9,210 3 si. swoh. 7,lil 5 11.:)45 W 0111awi:111yrn pr1.ykl;Hlf.il' .\'·' 43 . .\. Warlość la jest Wi\'.C 1.11ac/.11ic wi\:ks1.a ml 11.345, a en 1.a tym idf.ic, prnwdopodohic1islwo /.aistnienia ohst~rwowanycl1 C/.":stości wys1"·powa11i;1 /.asad w genrn11ic hylohy, przy /.aloi.cniu hipolc/.)' r(1wnych c/.\:slośei wysl~powa11ia. /.d1Tydmva11it' nrnicjszc od I%. Korzyslaj:\c /. progra11111 l\!licrosort Excel. 1110~.c111y spraw11/.ić, i.c prawdopodohic1islwo zaobserwowana wartości x~~ wi":ks/.cj lub równej .:1:1„.\ jL'SI równe 2, I · I O ". W11ioskujcmy wit;c, że /.aohscrwowane c1.":s1ości wysl\:powania /.il.'-:llll ·''I przejawem islolncgo odslt;pslwa od hipotezy r(1wnych c1.ęslości wy-sl<;powania. l'on\wnaj111y gen rRNA dużej podjednostki ryhosornu fć'sc/{{'J'ichi11 coli (1H1n1cr do-sl\:pu do El\!IBI, Io VOO.n I) /. gclll:rn rRNA malej podjednostki. Obserwowane liCf.hy zasad w obydwu genach zawarło w tabeli poni/.ej
n)'li" A (' (i

T 1\ ('

(;

T Surna

Su111a

:rn<> (.)X5.25 l

.t12 rrns ,25 l 1.}n rrn5,25) .\l.l Clll5.~'.5l 1.5,11

l'rnl;11w \\' 11;1wi;1s;wli oc1.c:kiwa11L' liu.l1y 1.asad wy1.11ac"/,011ll. prf.yjrnuj;\c liipole/.c;, ~c czę1.toiliw"ści wyc:l1'pl1\\'a11ia ws1.yslkicl1 o.tnech typów 1.asad s;1 n1w11t:.

\Vv1.11;1c1.111v warto:;, 1 .\''dan:\ n)w11;u1il'111 ' (11;.Jli.\

X

11~'.\\l).! cXp Il i

3X9 ('.llJ'),0 J 352 (343,6) .1.tn (4i\5.tll :ll:\(ll:l/I) I 5LI I

Wari ość X.~ wyra:i.a si\:

x'

('IO)

(11~'11)

Slllll<\

I li~ ih~;

(Ili :·xp)

Suma w wierszu

7
1151 991 I :l
i\ilil-5

sześciu c1.lomiw:

HIJ

i wynosi 0,71. I .io.ba stopni swobody dla danych /. powy:i.szej tabl'li jcsl równa (liczba wiers/.)' I)· (lic/.ha knlu11111 Il. c/.yli 3 · J ='-'.\.Wartość 0.71jcsl1.11ac1.nie 11rnicjsza od 7,g I. a 1.all'lll '/. 1al1cli wari ości ,\"0 w11ioskujcrny, że prawdopodohie1islwo wyslqpie11ia oh:;erwowam:go rozklad11 cf.\'Slości wysl1:powa11ia wsad jest więks1.e od 5'Yr· (w r:r.ec1,ywis1ości IVlicrosol'I Excel podaje w:1rlość /> = }0%). Nie 111a wit;c powodów hy odrzucić hipolC/.\'., i.l' l'!.\'stotliwoŚL1 wyslt;pmvania ka/.dcgo /. lyp1'1w /.asmljesl w obu gc11aeh idrn·

512

llodalek malernaty

1ye1.1rn. Moi.e111y stwierdzić. że w wyniku proces(Jw mutacji i presji selekcyjnej rozkład pos1.c1.ególnych lypów zasad w obydwu badanych genach od. szedł od jcdnoslajncgo rozkładu częstośc'.. Minio to oba geny 111aj<1 identyczne rozkłady cz\~Slości zasad, co wska1.uje :i.e wspo111111ane procesy oddzialywaly na oba geny w po~ dohny sposób. częstości występowania

Nn podstawit: dt:linicji I '(o) 1. r
f Funkcj\~

gamma !'(a) ddiniujcmy jako

L'alk,~

postaci

/"A' .r"

!'(u)

1

c ·'d.r.

pok:u.ać.

:i.c I'( I)

~"

I i I '(2)

(42)

I. Ponadto dla ka:i.dcj

I'( I I (I)

Moi.c111y z lego

wywnioskować,

w;1r1ości 11

t11'(u).

=

(11

I)!

(i

I

o.I ---- 0,5 -··. I

(J

/(r. nl. 1:,1yLicl)" \\' lcge11d1.i(' \\'ykn·su 1.11.11:ic1:1ją \\'<1rtu<1:i o Lai.th:go

1.

rozkia··

tkiw

pr1.yj111uj:1cy wszystkie

wartości 1.

f

t.r, "J

I , (u l

{)anie!. W.W. l'J 1J'i. lliustatics: ,\ /·;11111d111ionfi!I' ,\1111/.\'.\'is i11 Wiley.

l

::

.1.

vcrsity I)res.'>. !li<' !1"11/1/J Sci<'ll<'<'S.

sistl1 '"li1iu11. New YorL:

IO

100

"

Rozkl;1d ga11111ia Io roz.klad prawdopodohic1isl wa 1.1ni1:1111t.•j pu.L·d1.ialt1 (0. C"XJ). 1.dcli11iowany jako

Cornish·llowd1·11, 1\. l9'J9. /111sic A/(f{/Jn11111i1·sj(,„ /li11t'/1e111isls, ScT011d l'ditio11. llxi'ord. lll': ( >si'urtl ll11i

:'. I

·-'·

g:11111na

( 1.(J)

/1

(44) Kolejny pr1.yda1ny f'akl 10 I'( I /2) = n Ir'. Wartość la. w pol;!cze11iu z r(l\vn. (4'.l), poi.wala ohliGyć ws1.yslkic wyr;1żenia poslaci l'Cl/2). 1'(5/2) itd. Wyrn:i.cnia te wyslQpują w roi.kładzie .\' 2 (równ. (.N)).

Rys. l\,IS. Ro1.klt1dy

111

(43)

:i.c dla dowolill'j liczby naturalnej 1'(11)

le

I, t (/ J

l(sztall rozkladtiw f(o, r) dla kilku warlości <1 1ir1nlslawio110 Ili! rys. l\!15. Cidy t1 I. rozklml jest skupiuny w pobli:i.u wartości r O i 111;1 długi ogrn1 ohej1nuj:1cy wit;ks1.c wartości r. Dla 11 ""~ I olrzyn1ujcmy 1.wykl;1 krt.yw:\ wyklad11ie1.ą Dla u I rn1.klad jest skupiony wuk<'>I wari ości r I. Dla hard/.o du:i.yc\1 w;1rlości t1 rnzk lad 1.hl ii.a si\· do ·funkcji dcl1;1. WarlośC· śnlnia r jcsl dla ws1.yslkicłl wartości o n'>wna I.

'o

Moi.na

, 1a„11

(r, 11)

(45)

Ml. W gr1.c karcianej graC/. ulrl'.ynwl 13 kart 1. lalii zawic~r;1j:\LTj '.i~~ karly. Ile jc~;t 111o:i„ liwych do wylusmva11ia 1.cslaw1'1w I.\ kart? Ile jcsl tak ich l.L'st:1w1\w. w kt\irych 11i\' 111a ani jednego asa? Jakie jcsl prnwdopodobiclistwo utr1.y111:111ia ·1.1•st;1w11 1.1• kart bez :i.adncgo asa? W gr/.L' uczcstnic1.y czlcrcch grac1.y, 1. kljcdvn1·1;11111;-.vvjr: 11 ;•1·111• 111ic rir1.y lytn po1.irn11ic pokrycia gc:111i11111'l

~)

Tost

I 11

w 1.;1tla11iad1

J\. I) li. ) C. '

I. ;\. IL

'.

(

I'

log(.\) In;.'.(:>) .\ lng(2) E log( Il 11 ig(.l) log()\)

''· 1, >;'.! ) ) \

Il.

logli·~)

('

log( g)

Il. l<>g(.i.) .L

,\ . IL

("

Il.

I.

-,]!J „.

. .

)

,,

\

11

" li"

li

I

li

" 11·

\

11(11

I I

t).

()

\ ' 11· li

;

li

\

li

I

li'

li'

I

\ ." , .. „ li

Il.

I)

I

li (

IL ful C. fL1)

li

\

li'

li

/\. /Lr)

li )

11\l

li

I\.

i Il

(i.Jl

I

li

:'>. W lrakt:ic lekcji, 11:111u.ycicl prosi dw
·)_~!)

I\.

'.() · I ') .!l · I lJ I.' I ) . '. ()I

< '.

(>.

d.\

).\Il

li

li

df

)!(1

) I Il

\

}\ . .lal.a i'u11kcja j'(xl jest mzwiqza11ic111 r6w11a11ia r1ii.11ic1.kmvcgu postaci

(,lll

I .1111 )
)l!l

li

.\.

Il.

I'

Il.

1

kl:":a .'.(I 11,·1.11i1iw 110.t:slnio.y w 1.aj1:cia1:il w1:. l•la ile spo::oh«>w lllt>i.11:1 ją pml1.icli1' 11:1 'drn~.v11y p<> J(l 11t.·1.11itiw'.' ,\,

'()l

I\.

I (li I I ()I

('.

>(li/(

Il

'!/l/L'. 101. 10'

1()1.

l()IJ

/. \Va1·1
C. !'(11) 111oi.11a przybliży,; rozklade1111'0„ i::sona o wartości przeci\~t11ej n\w11ej 25 i wari:111cj i niwm:j 2.'i Il. /'(11) jcsl kr1.yw:1 d1.wo11ow:\, k1t'1rej maksi111111n przypad:111a11 --·~SO

C. J>r/.eprowadze11ic lcslu ;y 2 wyu1aga dodatkowych informacji, k11irych nic 111:1 w lreści zada11i:1 D. 'Ibi .t·~: nie.jest w tylll pr1.ypadku wła­

11. /. ha1.y danych sckwe11cji wybrano se„ kwencj\' DN/\ o dlugośei 100 nukleolyd1iw. l ,ic·l.hy posz1·zcg(il11y,·ll zasad w se kwc11cji s:111as1,:1H1jqcc:

12. Studenl napisal egzami11 leslowy zawiera-

jest r
wskai. prawidlnwc rtiw11a11ia.

.1,

5·15

/Ul

.1) (\_' -~ \

I Il l'.~ \ I I c·· 1/2

;\ •c• '.W: ('

1/2

Spnr1.qd1.tl!Hl ro1.lw•'>r l~NJ\ zawierający du/.<\ I ic1.h1· ol igorncniw I~ NA, lwi.dy o dlm'.ości s1.cści11 1.asad. Ws1.vstkic cztery tyj1y zasad wys!1·1111j:1 w ,;ligumcrach 1. rtiw11;1 c1. 1·s1Dlliwuścią. Sekwencje: oligo111cniw są losowi« ( ldsclek oligo111erów zawicrajqcych doklad11i1: dwie: g11a11iny jcsl r«l\v11y okolo: 1\. 0.2')(1(> Il. 0.0(i2.'i « O, O108 Il. 0,0002·1·1

IO. Skllnslrumvano losową sc·kwcncjt; DNA o dlu!~ośei IOO nukleotydów. Wsr.ystkic c-;:lcryc typy 1.asad: 1\, C', (i i 'I'. hyly wyhic'1«111c z rów11y111 prawdopmlohie1\st wern. Ws1.yslkic pozycje w sekwencji s;\ od siebie 1~·1.ajc:11mie niezaló.lll'. c;.yli wybór zas:11lv n:; d;11wj pm.ycji nit: 1.aki.al od innyc.il Jlll!.ycji w sekwencji. Niech /'(11) h\:· di.ie prawdop1,dohic1!slw1·111, i.I' w sekwencji 1.11ajdujc· się 11 1111klcotydt\w U. K1t\rc 1. p1H1iJ.szycil s1wierdz1'.li jcsl prawd1.iwc'I .'\. /'(11) !lloi.na przyhlii.yc rozkladcn~ 1H>rn1alnv1n o warlości pr1.eci\:lnCJ niwnc·j i.o i wariancji rtiw11ej 7) IL /'(11) · n111ż11a pr;:yhliżyć rO'!kiadem 11<>rn1al11v111 Il warlości przcci\«lllC) 11iw111:j i:; i warialll:ji niw11cj I B,75

(j

.\·I: F

ILJ

Wari ości . 1<' dla pm.irn1111 i:;10111ości )'ii· s:i llaSl\.'Jlll.j:\L'l' I ,i1·zha Wartość· dla slopni swobody po;.iornu islot 11ości )% I

3.B'i :'i,')')

'(

l~ \

27;

.\

7.H2

·I

t)_.jl)

1\. Test.\": wskawjc'. i.c 1.awarlośc'

<; I (' islol11ic odbiega od.')()<;;, IL Tcsl , \ "' wska1.uj1:, ż,; 1.awarlos(' (; I ( · 11ic odbiega is10111iL: od .'iO')i•

ściwy

jący

12 pylaii, udzielaj:\c losowej odpowiedzi na wszyslkie pyla11i:1. K11irc z poniż· s1.ych s1wicnlz1:1\ jcsl prawdziwe? 1\. l'rawdopodohic1\stwo odgadnięcia prawidlowych odpowiedzi we wszystkich 12 py1a11iach jesl nieznacznie wi\kszc od :vx, Il. l'rawdopodobie1\s1 wo 11zyska11 ia do„ kladnic lrzcch prawidlowych odpowie„ di.i jt~SI l'tl\VllC o.o I )(1 ( '. l'rawdopmlohie1islwo 111.yskania doklndnie trzech prawidlowych odpowiedzi jest równe I, 17 · I O .I Il. l'rawdopodohic1is1wo ud1.iek11ia hl1·dnycil odpowiedzi we wszystkich I:i pyla11iach jest wi1~ks1.e od prawdopo· dohic1\s1 wa udzielenia prawidlowycil odplllvicd1.i na wszyslkit~ 12 pyt:ui

adresów intnmnlowycl1

517

pJUNTS hl: tp: //www. bio:Lr1 I. llkrncl1er: Lei·. ac. 11k/ dbb row:c:c" 1. I !'In J\J'I':: I UJocks hl:.Lp: I /bloc:k::. fhcrc. on1/ profilcs htl·.p://hil.::.i::b-::il>.c:li/c:qi··bin/l'l"~WAf\J/ pfam hl Lp: I /www. ;;;.1nc3cr. ac. uk I ::;oJ l.wc1re I PL1111/ eMOTllF liLLp: I /bn1t la~J. sl:;111 [orcl. c•clu/

J11terPn>

l!Ll:.p://WWW.(•bi.ilC.llk/inl(•tjlUl/

PDB li l l.p: //www.

WVIBL hl Lp: I /www. ebi. zie. u k I c~1!lill / Ce11Bank h I: Lp: I /www. ncbi. nJ111. n i 11. c1uv /Gc~n bank I Dft>BJ ilt. Lp: I /www. ddbj . n Lg. ac. ~j p/

t

c::ll. 'n 'I I pdh/

SCOn' 111:1.p: //www. hi.->. crnn. i. ;1c. lik /pcllx:u111/ CDD http://www.11cl>i .11l111.11il1.quv/::i.t<•::/P11l 1•-::·:'dli <'
HNSD http://www.insdc.01:g/

clhEST hl l:.p: I /www. ncbi. n 1m. ni 11. qov I cll:>E:S'I' I U11iGc11e h U.p: I /www. ncbi . n J 111. n i h . c1ov I Uri i Ge1 ie• I KE(;(; I 11·.1.p: I /www. (j<'11<'Y< ·. urq I IJMBBD J1l:. l:p: I I u111blxl .111:: i . 1111111. c·< 111 /

D<'lyBase hi:.Lp: //flybase .bio. Lnc'!Lu1a. eClu/ SGD li l:.tp: I I yeas l:genorne. org I ·worm Base http: I /www. wormbase. o n3 I MGD ht. l.p: I /www. inLorrna L:i es. j 21 x. orq I TAH{ h t Lp: I /www. ćlrabiclopsiu. or(J I Enscmhl hl: l:.p: I /www. enncmbl. ou1 / TDB hl:. L.p: I /www. t iqr. orc;:1 I pJan L L'n">j C'C: l.::. :':!1 l 111 I

»'IH hLl:p: I /www··nbrL. qc~ou;rcLown. edu/ MHPS hLl.p: I /111:i1x:. gsf. c'k::/ .SlVHSS-PROT h I: Lp: I I exp21 ::y. urq I ::pn> I / U11iH'rol 11 L Lp: I /www. 11ri:i pr u I . n.ni I

ll'HOSHTE liLLp://

pa::y.cuq/1.,.1\J::i I<•/

!mm OMKM li l. l.p: I I www. 11c I >i . n I 111. 11 i.h . qnv I;,; i I ci:;/ ei 1l 1 <". ·,•(l I' · • i111 1111 BOND lil.1.p: //LJt>t1Cl .1111.I <«·n:he

Slowniczol1

Co1n/)l1•1111·111111T i>1'0.1yrihm1111·/l'ic 1\cit/) · nić DNA kornplc1nentarna do zadanej. wzorcmvej nici RNA, syntclyzow;111a przez odwrotną transkrypta1.1,:. chlornplas!, plastyd (ang. chlom11!11s1, 11fas1id) organella jqdmwch. i.L'. odcinki idt·ntyc1.nl' l11h IH>doh11e l.llajduj:\ się doklad11ie jeden pod drugi1n. dopasowanie calych sek wcncji. clopasow:rnit' głohalnc I ang. g/11/Ji1/ ({/ig11111rn[) clopasowanit' lokalne (:111g. /oc({/ 11/ig111111·111) dopasowanie odpowiadaj11cych sobie odcinki\w sckwL:ncji. drożdżowy sysit•m dwuhyhrydowy I ang . .1·1·11s1 11t•o !tv/Jrid svs/l·111) teclrnika L'kspL'ry111en-lal11a wykorzystywana do wykrywania odd1.ialywa1i 1ni,·dzy dwollla hialk:11ni. dryf przypadkowy (;111g. ru11do111 drifi) z111iana l.'/.\'Stości wyst\:powania gc1111 w populacji o 11gr:111ic1.rn1ycl1 ro1.1niarach pmvstajqca w wyniku pmcl'S
cDNA (ang.

:!igo1·.1·1m 1;111:.'.. ufgurir/1111)

:,1'm111alizuw;111y 1lpis spw, hiakk) olwj11111jqcy 111.ill. prnls1a1Vow,· inl'or!llacjc o sekwencji or:u. infon11acjc o powiq1.ani:wli /. rckorda111i i1rnycli hai. danych i pod:111y w postaci c1.ytclm'j dla czlowicka. :1l'Chem1·n· 1<111;•. 11rdu1eu) j<'dna z tr/.1'.ch do111c11 org:111i1.1rn\w i.ywych rfri.niąca si1· od bakterii lic; I<;\ i strnLl11rq p.t:111·iw. Wiek archcoll\\IC
hald('ri(' 1:111g. /)(1<'lcri11l

jl'd11a 1. tr1.t•ch do!llcll orn.:111i1.111mv i.ywycl1. Ko1rnirki bakterii nie 1.awicra.jq j:1dr;1 i u.1:sl;l 111ajq ścia1w kom1irkuw;~ 1.hudmva11:i. 1. 1;1'.piydoglikanu. ót.·:t.j:1drnwcc I ;111g. 11n)('1fr\'Oft's) jedna 1. 1r1.ccli do!llcll organi1.!ll«1w i.ywych. Bczjądrnwcc nic 111ajq j:1dr:1. /./!minie/. ol)('cny111 s1anL·n1 wicd1.y pr1.yjn111j<' si1'. i.1' lw.zj:\drmvce w toku <'W<>llllji 11lcgly plld1.ialowi na haktni1: i ;1rclicowce. Ut! „.\S'i' ( ;111;!. f!t1si1· l.0<'11/ 1\/ ig111111•111 Sn11d1 1(10/) pmvS1.cchnic 1Vykor1.ys1ywany 1.estaw prog1-:1111< >li' do pr1.c·,;rnkiw;111ia hai. da11ych sekwencji IV cclt1 idt•ntylikacji rekonhilV 1.awieraJ<\«v«l1 s»k11'<:11Ljl' pmloh1w do St'kll't.'llL'ji 11· 1.apyta11i11. ·u ,n:.;1IM 1:111:•. /IUld.1· S/l/ls1i1/llio11 t\/i11ri1l seria 1na1·in1.y pu11k1acji podo:tawie1i arni11PI. w;1s1 i11•y1·h I>h) pien1'<>l1H'j). \V 111ootstr:ip (ll!t'toda 1·'/l'łll\kow:i l jcsl wyl~or1ysty\\';11w do Ol't'llY \Viarygodilo~:ci ko11sln1owa11.vcll dr1,cw.

519

520

lilogcncza (ang.11/iylogrny) przedstawienie w postaci drwwa (graru acyklic!.llego) ewolucyjnych zalci.ności po111ii;d1.y sckwcncjallli lub gatunkami. · gen nadmiarowy (ang. red1111da11/ gc/](:) ~ gen. kl<'iry 111oi.c zostać· i'.asl;\piony przez jego kopic; lub inny ge11 pclniący ,,'. s:1111:1 r1111cj,:. genom (ang. gc110111e) ·-~ 11ialcriał genelyc!.lly org:111iw1u. genomika (ang. g1•110111ics) nauka o gcno111ach. Nazwa slost1wa11ia do hadaii dui.ych zbiorów genów, prowadzonych ci'.,'.slo z zaslosowanicn1 wysokoprzcpuslowych lcchnik ckspcrylllclllalnych. grupa :r.t~wnętrzna (ang. 011tgm11p) gatunek (lub grupa galunk<'11v). kimy w nmldularncj anali/.ic fiłogenclyu.ncj jesl uwai.:u1y /.a najhardziej odk'.gly ewolucyjnie od pozostalyci1 galunk(1w. Cirup,: /.cwn,'.lrt.ną definiuje si,· w celu określenia połoi.rnia kor/.enia drzewa Iiłogl:nelyczneg<>. hybrydyzacja (ang. '1yhri1/ia11io11) wi;va11ic nici kwas11 11ukłcinowego /. odpowiadajqe:1 jej sl·k 11·cncj:i k<1111pk111entamą hydrofobowość (ang. hwln111!1ohil'itv) an1i11ukwas okrcślan1y jako ltydr\lrohowy. gdy jego c11crgia swohod11a w warnnkach l:o11t:1klu /, wod:1 jl:sl wi,:ks/.a nii: l'lll'l'gi:i swobodna dla lokalizacji we wn,'.lrrn hialka. Gyli gdy aminokwas „unika" krn1takt11 z wmlą W przcciwidistwic do aminokwas<'nv hydrofobowych. :11llinokwasy hydrofilowe „prcl'crujq" kontakt z wod:1. homologi (ang. /1011w/11gs) -··sekwencje spokrcwnine ewolucyjnie przez pocltod/.cnil: od wsp<'1lnego prwdka (por. orlologi i paralogi). !EF (:1111•„ /soh'l1'<'fri<· />i1c11si11g) ogniskowanie i/.<1t:kktrycrnc lecltnika nmlzial11hiald1.e W/.gl1'd11 11a warto,;ci pl (punki iwclcktryo.ny. ang. isol'll'<'tri1· 1111i111). 11·:1' stosuje się do ro/.d/.ialu w pierwszyn1 wyllliarzl' w dw11wy111iaruwcj ekklrorurc/.ic :i.clrnvvj. imid tang. i//(11'1) -·-· inse reja l11b delecja wysl\'.puj:1c:1 w sek wcncji hialka lub kwas u nu k kinowego. Termin jcsl ui.ywany w prrypadkach. kiedy nic wiadorno o.y pr/.l'l'Wa jest wynikiem delecji w jednej/. sckwrncji. czy lei. i11scn:ji w drngicj sckwc11cji. inkrnldom (ang. intcm<'lolll<') ko11!plctny /.hitir oddzialywa1i bialko hialko /.:1cltodz:1cycl1 w kon1(1rcc. iulrnn (ang. i111ro11) frag111l'lll sckw1~.m:ji gl:nu podkgajqcy lra11skrypcji. wyl·inany z 111RN1\ (W p;·nccsic sklad:mia genu) prn'd lr:mslacjq. lntrnny nic koduj:\ sekwencji hiall'k. jądrowce (ang. 1'll<'ll!Toles) · jedna/. lrn·clt dOllll:n organizn1(nv i.ywych . .l:1drowce 111ajqjwlro or:v 1iajcl'.1;ścicj inne organelle ko1rnirkowc. jak 111ilocho11dria. relik1du111 cndopla/.111alycz11c-. :1paral ( iolgicgo. cytoszkickl. kam za 111·zcrwi; (ang. g11p /!<'111i/1y. g1111 cosl) punktacja przl:rw w dopasowaniu. pu/.walaj:1ca wy1.11ac1.yc' kosi.I 11111icszu.enia w dopasmva11iu przerwy jako r1111kcj1: dlt1gości prZl.:rwy. klad (:111g. d11d1•) . grnpa galu11kliw zawieraj:wa ws/.yslkic gatu11ki pol'hodz:\l'l' od l'Wolucyjnic wsp(1l 11ego pr;.odk:1. lilasylilrntor (ang. dassi/icr) 111<'lrnla 11auo.ania 11adzormva11cgo. ki(>rL',j cck111 jcsl odkrycie pnvnyd1 og/.wałają­ cyclt odnii.nić· pos/.l'l'.cg(1l11c lypy ohil'kidt•) zhior pr1.yport.:1dkmv:11i ri-1 k\ldo1Hiw do .'l) :1111i11okwasuw.

Slow11iczol1

521

kodon (ang. codo11) lr(1jka nukkolyd(iw. kllira w procesie translacji koduje pojcdynu.y a111i· 11okwas. fwnsenvatywność sekwencji (a11/l. seq11c11c<' co11s!'1'l't1ti1111) włas11ość spokrcw11io11yclt ewo· lucyj11ic sekwc11cji wyrai.aj:1ca si<; wyslępow:111ic111 wyrai.11ycl1 pod11hic1istw 111i,:dzy rnl·· powiadającyn1i sobie ich odcink:1111i. Odcinki sekwencji uwaje si\' CZ\'.Slo za 1llalo konsl:r· walywnc (ang. /011'!1vc11k ,\'N/ll1'tll'I! c1111st'1w11i1111), jeśli wlaściwy i111 rnlsctd; idcntyo.11ości jcsl 111nicjszy od 50 1/(,_ W silt1ic konserwatywnych odcinkach sekwrncji (ang. ltigltlstm11g s1'NJ\. Mikro111:1cicrz po/.wala na r<'11v1wc/.1·s11y pu111im po/.io111(1w ekspresji wiciu r(1i.11ycl1 genów.\\' pojnly11c;.cj pnihcl' lka11Ll>Wcj. mitodiondrialna ft(wa (ang. 111i101 ·/io11dri(/ f'.'1•c) hiputclyc1.11a kohil·t:1. od k ls ymhiO/.a ). modele zagnic:i.cli:one (:1ng. 111•sfl'rl 111orll'l.n par:1 111rnll'li prnhahilistyo.nyd1. w kllircj pnd S/.y z modeli jest spccjal11y111 przypadkiL·m 111odelu b:ll'lll'.iej zloi.om:go. model zerowy (ang. 11111/ 11111rle/) prosty 111odcl prawdopoduhic1islw 1.d:ir1.cn ignorn_i;1cy o.y11· ni ki uwai.anc za wai.nl' dla n101lclowa11cgo procesu. Jeśli ohserwmvanl' zdar·..-.l'nia 1.n:1c1.:1·· l'O udbicgaj:i od oczckiwati /. 111odclt1 zcro\Vl')!.ll. to 111oi.11:1 w11iuskow:1l-. :i.L' 1.ig11urnw;u1l' czynniki s:\ nil:/.h,,dnc du wyjaśnienia ohsnwacji. motyw (ang. 11101i(J sck\wncja o.,·ścimvo lub c:ilkowicc ko11sl·1w;1tywnvcl1 n:szl. l:tlira jt·st charaktnyslyo.1ia dla określonej grupy spokrcwnionyclt cwolm:yj11ic sekwc1wji. rnulat'ja przystosowawt·:r.o korzyslna (a11g. t1d1•1111111g1·011.1· 111111u1i1111) 11111tacj:1 l""lwyi.s1;1j:1 ca prl'.yslnsowanic genu w porównaniu do 11it:z11111lrn1':111cj jego svk wt·.11cji. mulatja p1·zyslosowawt·zo 11c11trahrn (ang. 111•111rul 111111,11io11) 11111lacj;i 11ic·1.11Jic11i:t,i:1G1 1>r:.\ stosowania genu lub /.ll1ic11iaj:1cajl' w tak nie1vil'lki111 slop11iu. i.c 11lrw:tlr·11ic 11111l:l<'ji /;1!.--iy od dryru pr/.ypadkowcgo. a nic od d/.ialania selekcji 11:11m:tl11c:j. mutacja przyslosowawt·zo szkodliwa (ang. ddt't11rio11s 111111u1io11) 111\1lal'j:1 oli11ii;1j;I"" p1·1.v stosowa11ic gc·1111 w poniw11:111i11do11ic1.1111110walll'j jego :·:l'l-:wl'1wji. n:mezanie 11adzorowa1w (ang. Sllf "'rl'i.l'<'t! ft'(//'lling) pron·d11r:1 uc1.:1c:i. 1v I.. t< Ht'j :tl):< iryt 11H111·i 11a11czallia 111aszy110wcgo jc:.;I prczcnlow:my 1.hił1r po·1.yly11·11ych i 11<',:'..v u1.y::l.:1>· 111oi.liwic jak 11ajwi1·kS/.y odsci('k prawidlowyl'11 mlpowi„d1.i dl:1 pri._vU;idm1• uci<\<'\'<'11. 'vV rn Irói.11ic11i11 od 11:1m·1.:lll i:1 nad/.ormv:111cgu. :111.•ur)'l 111 11:1uc1.:111 i:i 11 i<'11;11 I:·'.< •I< •w:111«:" • J 1 1< •

Slownic%el<

\\';1.!11 pr<><·1·d1111,· oply111ali1.;ll'yj11;1. kt1ira 11i" korzys1:1 1.l1ion1 pr1.vklatló11' 11a pr1.vklady dodatnie i ujellllll'. 1~.auc:t.:~Hi
111tt<·!ti11c !et1n1i11g}

·1,

i11fllrmacji "pud;.iak

technika :dgoryt1nic/.11a,

w

wejściowego

której program

l.t11111ll1i<"1·t1wv w pron.·si1· jH>Sl•,'IHljqn'.j opty111:ilizacji wartuści 1w11·11\'.lr/.llycl1 zmiennych ;ill"''ryt11111 111:1.v :;i<; m/.wi:izyw:1t.; zadany prohk111. m·M·m, (all,!'. 11!'11n111) 1·l1·11wn1 .sicci 111:11ronllwcj 111:ij:1cy kilk:1 wejść i jedno wyjście. Sygnal 1vvj::c"iuwy .i1·:;t l1111kcj;1 wvpadkmv1·.j wartości sygnaltiw wejściowych. . I :1111•. 11nm10/i:·„11iu11) dla m;.k l:1d11 prawdoptldŚc·i. 111ajqcv 11a 1Tli1 1.11111icjs/.l'11ic 11egatyw11cgo wplyw11 lil1;dii11· d.sp1.Ty1111·11tal11vcl1. rnli,kolyd 1:i111•„ 1111.'/,·111id1·1 l'1.;1st1T1.k:i L"i1l'111ic1.11a sta11mvi:1ca ck11ic111 h11dulcowy kwas1\w 11ul l.-i11ll111·i·k 1l11.y (l'l1kryl oraz grnpy l1 d1 >1 ;111ll11·1·i 11" 'r. I. 11 :i:. 11ul.ki1J11wy. p11ry11y. piry111idy11y). mmwr dosiqrn 1:1111:. 11i·1·1·s.,·io111111111/11'1') nic·1mwtarzali1y i nic111L·;~aj:1cy 1.111ia11ll111 idcntylikal"r pr1y11i:.ywa11v l.ai. 11·:;1:111· n·d1 <"h:iraLtl'r\'1.uj:1<:y1:1i rod1.i11,· hiah:kl IV chwili jc')!.o 11111ics1.c1.c11ia w bazie 1l;111y1·l1, ml111.~:llyw1mia

warsh1'!M<' (:111g ..1·1,ll'li11g) :;i111i1· stahilil.l1jw:l' strnktun; helisy odd1.ialywnia l'"111i1:d1y l.olt·.j111'111i. 11loi.ll11y111i row11olq•il' 1.asada111i 11· l:11ic11L"li11 11uklcotydmvy111. r·«ilab·yjn:1 1a11y. i·dir dis/1111<·1·) 111iarn odlcglllści po111i1'11:1 .ia I.o 111i11i1.11:i I11:1 Iio.lia 1\l1L'r;1cj i 11 il'/.h1:dnycli do przck si.I a lcc11 ia jcd ncj sek wen„ 1·ji 11:1 drngą l'-i:ijc:-1::;ciej iln1H1s1.c1.:d11y111i typ:i111i operacji s:\: 1.a111i:111:1 pojedynczego znal.11 na i1111y 1.11;11.. 11:;1111i1Tic pojcdyncz1·;!.u 1.nal.u ornz wstawienie pojcdy11C1.ego znaku. l:;t11icj:i taki.l' w:iria11ty rnll1·glosci rcdakcyj11,·j dopus1.c1.aj:1cc za111ia111: 111icjscarni dw1ich s:isiaduj:1<·ycli 1.11al.< >11' luli ki., IV pr1.ypadk11 st·kwcncji o rÓWllL'.i dlugości. niedopuszczajqc,: ti" ws1awia11ia luli 11s111V;111ia 1.11:1k1iw. oiigmmklenlyd (:1111•,. oligo11111'!co1ityd<,>ll'. .SIK'<:ylikacja tl'rn1i11t'>w i poj\'L' stosmva11ych w danej dzicd1.inic ouio~ogia t ~111t, 1,. 01111 >/1 >g\') ll'i1·d1.1·. 1.awi1·r;1j:1ca il'i1 p1rcy;.yjlll: dl'li11i1jl' mai. opisujqca 1.:1chrnl1.qce pomii;d/.y 111n11 Il' I: ll'jl'. oq.~au"•kla ( ;111,!!,. 01;i;t1ue//,,) <.'k111c11t s1rnktm:d11y klllncirki j:1drowca. odologi I :1111•. onilolo,::.\) :.puk rc11·11in11c L:wulm:yjni1: sek wcncjc :1111i11ok wasowc l11h nukh.:lll Vd"'"''' · l.11.ąwh linii· 1'1Vlll11cyj11t· r<11.1.·s1.ly si1· w 1Vy11iku specjacji. p«cdo;~i I ;111;•„ 1111n!/ug.1 J "l'"k r1·w11ionc cwoli1cyj11 ie sek wcncjc a111i11uk wasow1· luli m1kkotyd"""' I""' .";t:1k w 11·y11ik11 duplikacji pil'rwotucj sekwencji. pau·synwuia 1:111g. f'11rsi111011r1 1.asad:1 1111iwiqca. i.c jcsl 1m:krmv:111i: najprnsts1.c ro1.wi:11.anie 1li1li ro1..ll'i:\1.ani,· 1n·111:11•ajq1·1· naj11111icjs1.l'j liu.hy arhitral11ych 1.aloic1i), W 111olck11larnej :111ali:.i.- lil1>1.'<'ll<'l.11·1.rn·j 1.a:-,ad:1 parsy1110nii .j,·st s1nsmv:i11a przy wylH>rl.l' dr;.ewa liloge111·tvt'l111')'U. killl)'lil rc·lacjl' ,·wol11cyjnc 111i1:d1.y :;l'kwc1icj:11ui 111ogq hyć opis:1111· przez 11:ij11111i1j.';1.:1 111tii.li "" :1 li1·1.IH: l"'dstawid1 a111i111 il.. wasi iwych/nukk'
„,.

łl!'llrtl!I\)\\',

P"Ph d I :111;·. i'' ·111 id.- I ,„,.i,, 11·c11t.ja a 111 inok wa" 111· l'"l:1u.011:1 w l:11i1·1ll:h 1.a po11H >C:\ 1Vi'lf.:11i pcp11 dll11\·1:l1. W pr;,·,·iwicw;11vi1· "" l>i:ikL. w ::I.lad kt
Slowniczol<

podslawicuia lwm1wnsacyjm· (:111g. co111111·11sot11n' s11/1s1itl//io11s) para podslawic1! wyst,:pu„ jqca IV r
polilildyl'zuo.•ić

(:lllg. f'lll.1·11liv/c1is111) 1Vystępow:lllic w drzewie lilogcnetyc1.11ym grnpy gatunk(iw. kt
genu.

poziomy lr:msfcr i~enów (an;~. /1ori~:o11111/ ,1;1'111' 1m11s/i'I') pr1.yj<;cic genu od nicspokrL'W11iom:go galu1ilrn poprzez wl:1c1.1:nic „ohn:go" DN/\ do ge11011H1. Pojęcie stosowane wy111ic11· 11ic 1.: hory1.011talny transrn gc11t'1w. pnnv<łopodohicristwo a posfrriori (a11g. f'O.l'fl'l'ior /!l·o/)(//1i/i1.\') w 111ctodach statystyl;i bay· eso1Vskiej prawdopodohie1istwu zdar1.L·11ia esty111owam: po 11względnic11iu inl(mnacji 1.a„ warty,·h w d:1nycli opisujqcych had:rny prnCl.'S (pm. prawdupodohic11slwn a primi). prnwada11iorn protco11111. stosuj:\ca w nml1.i:Jic i idcntylikacji hiald: 111.i11. tcch11iki dw11wy111iarow1:j eld:trol'mc;.y i.l'imv1'.i i sp<:ktrunll'lrii 111a:;owcj. przcnra (ang. ,J:/ljJ) rragmcnl dopasuw:111ia sekwencji odpowiadaj:1cy wyst:1pic11iu d1·1L'cji w sl'k wc11L'ji, która 1.awiera przerw<;. l11h inscrcji w i1111ej sekwencji. puryny (all)!. 1111ri11l's) wyst1·pujqcl' w sekwencjach kwas
Slowniczok

524

sd1e111al hazy w ohicklliw pr1.cchmvywanych w bazie danych, alryh111.liwości parnwania zasad A-T i ('--(i mog:1 utworzyć podw1\jn:1 nić I )N/\. sieć neuronowa (ang. 11c11m/ 111:111•ork) -----sieć wzajemnie pol:1czonych llL:urrnH'>w wykorzystywana w lllL~trnl>ie nauczania niaszynowcgo do rozpol'.nawania wzorcliw. starte1· (ang. pri1111'1') krótki odcinek kwasu 111ddcinowcgo stosowany do inicjacji procesu syntezy I >N/\, lip. w trakcie l'CR. od pewnej wybranej po1.ycji w sekwencji nialrycy. sfn1klura dnrgor:f,f,'~.11io1ie konfonuacjc l'rag111c11twnie wi:1za1i wodorowych). W hialk:ich: helisa 11 l11h arkusz fi, w RN/\: helisa lub p1:lla. sln1ld11n1 t1·zedorzędowa (ang. fl'rliun· .1·11w·111re) --- og ,J.w(>j" (ang. j(1/d), choć forn1:1lnic zw\\.j dcinimvany jest w kategoriach architektury (tj. lio.hy i rnd:r.aju clcnicnlti\N strnkl11ry drngrn'l'.1~dowcj ·hialka) or:iz topologii (tj. sposobu w jaki L:le1i1c11ty slruklmy drngorz\·dmvcj S<\ 1:e :-:ohą pol:\C/,(JllC). sdddywność (ang. sdt'Clil'ily) mlsetck poprawnie wys1.11l;anych 1111> sklasylikowanych ck111cntów 1.hioru danych, klórc zostaly zidcnlylikowanc w wyniku dziala11ia odpowiedniego algorylniu. Wyraża sit,'. slosunkicm liczby wynik(>w prawdl'.iwic dodalnich do SUili)' liczby wyników prawdl'.iwic dodatnich i falszywic dodatnich (por. cz11lość). symhionl. (a1ig. sy111!1io111) - - organizm, kl<\ry ~.yjc w symbiol'.ic z organiz.1iie1n innego gatunku. Oba orga11i1.111y uzysk11jq W/.ajcmnc korl'.yści. synapomorlia (ang. S)'llll/IU/llor1.1hy) wyznaczona na podstawie kryterium parsy111onii wsplo111c) pdny /.cslaw cz;1slcczck mRN/\ 1Hl1Ystaj;1cych w ko111órn· w procesie transkrypcji. transłaeja (ang. 1m11sla1io11) proces, w kll11y111 kai.dc podstawic11ic w sekwc11cji l>N/\. C1.asa111i n'l\vnici. 11al'.Wq I:\ określa si1· podslawic11ia a111i11okwas<')w.

nkry!y awflcl Markowa (illlg. '1iddn11\lork111•1110,/l'i) proh;1hilis1ycz11y 11H1dcl dopasowania · · sckw,,11cji hialck, w ki<1ryn1 prawdopmlohi<'1i:;lwo wyslqpic.nia zadanego aniinokwasu na okrL'Ślrn1L'.j pol'.ycji /.:1łei.y od wartości ukrytych z1lli,·1111ych illrnll'lu. Hk()!'Z\'OiOłlt' dr:t.!'WO (alll'.. !i„Oll'lf f/'i'i') drzewo fJlui'.<'lll'l)'CZnc ! ll')'ni~.liiOli\'111 poloi.eniclll knr1.<·1ii<1. Kokjnrn;i: przebiegu proccsriw L'll'<>l11cy:jnycl; odp<>Wi:;ci n11.gal1'.zic1i

l

Slowniczel<

I l

525

w drzewie w kierunku od krn'l'.cnia do liści. W nicukor1.c11i01i)'ill drzewie kil'n1m:k wii:in l'Wolucyjnych nic jL'.St ukrcślo11y. utrwalanie mutaęji (ang.ji.1a1ion) · · rw.przl'strzl'lli:111ic si\' poo.:11kowu rzadkiego ;dlcli1 w pu pulacji, prow:1d1.:\CL' do 111.yskania pr:r.l'!. alki najwy~.s:r.cj cz1·s1ości wyst\·pmvania w pupll-lacji. wielomianowa zlo:i:ono.~ć ohliczcniowa l«.1i1_1•) 1rniwi111y. i.c ;il goryl111 charaklcry/.ujc si\' wielo111ia11ow:1 zloi.011ościq ohliczl'11iow:1 jc:;li dl;1 prohlcnill o ro/.111iarzc N wy11rnga on naklad11 czasu ohliczcllimwgo l'/.1,'Wl N'' dl;i pnv1wj slalcj '"· /\lgory1111 u wieloniia11mvcj zloi.uności ohlioeniowcj /. liicwicllq war1u:;l'i:1 siaki 11 iJJoi.na z powodzcnic1i1 stosować dl:i prohll'n1(>w n slos111ikowu d11i.ych ro1.111ia1·ach. N. wyrażenie regularnt• (ang. reg11/ar 1'.\'/1re.1'.1·io11) rcprc:r.c111acj:1 111olyw11 sek wc11cyj1wgo w :;posób uw1.gJ1,,dniaj:1cy :r.r(1i.1iicmvanil' :r.ar(l\Vlln w dlllgosci sckw<:11cji 111olywll. ,i:ik i w :;!op nili konsnwalywności rcs1.t na kolcj11ych IH11.ycjach 11101yw11. wyspy patogennośei (ang. 1111f!tt1g<'11icin· is/1111!1.1·) l'rag1m·11ty ).'.CliOlilli h:iklnii udpmvi1,dzi;d liL' :r.a patogc1111c wl:isności 11iekt1irych szcl'.cpmv hakll'l'ii. Wyspy palugc111iości liajcz1·~icicj 1iic wys11·pujq li ws/.yslkid1 s1.u.cpr 1.11a11ycll pr1.y•kl:1do\\' d;11iych sto:,owany du 1wrylikacji sk11tccz11uści algo1-y•ll!H1 (np. sieci nc11ro11mvcj ). /,hi(>r lcslmvy llic llH>i.l· zawiera<' «J,·11w11· k>w 1.c 1.hioru 11czqccgo. zbiór uezący tang. 1roi11i11g s1•f) :r.hi«>r :r.ll:11iycll przyklmlów danych. 11a podstawie kluregu.i«:;I UC/.ony algoryl111 na11u.allia niaszy1iowcgo (lip. sieć IH'tJrO!iO\l'al. 1\lgory>lill uplyniali1.11jc wartości swoich wew11\:tr1.nycll Zlllicnnych w taki spos(>i>. ahy u1yskaL' llioi.liwic 1iajlq1szy wynik dla zbiorn lrL'.llllj:1cego. zdolnrnić generalizacji (ang. gc11l'mli:'.<1li1111 t1hi/i1_1·) 1.dolnnś,' 11;1dzorow;11icj lliL'tody li:llina 11ia 111as:r.y11mvcgo (llJl. sieci 11c11ro1H1WL:j) do ud1.icla1iia prawidlmvycli 11dpmvivd1.i
(;111.J!.. /JN:\ /)({f11 li1111k n/'.!11/!/111) 11'\'l'h :i(\0

BMivl ill\ISilP

j;qH>Jl:ika hai.a d;111_vl'h sckwc11cji 11lil\lco1ydo„

lahorałori11111

1a.11;•„ F11m111•1111 !l/n/l'c11/11r !lin/ng1· l.11/1omton·) c11rnpcjskic hiolo;cii 111"l<'k11l;1rnl'j. niw11ic/. 11;1111·;1 ha1y danych sekwencji 1111kko1ydowych (a11g. /·.:11n·1111· Vit/111' l>istril!/ltfon) n11.klad warłości dsłr<'n1alnej 1a11g. //iildl'11 il111r/,01· Mnrk/1 11kry1y 111<11kl M;1rkowa I a11g. l1111·n111tio1111/ N111'/<'111irll' Seqll<'li<'i' !>0111/Jt1.1'<') mi1·d1.y11arndowa ha/.a da„ 11ycl1Sl'kwc111.ji1111kk111yd11wvch I ;111.J'„ 1 ;l'//('!'11/ lii111• Ne1'1'l".l'i/ilc)

og1ih1y 111 na 1,ai.dL! 100 reszt 11· sckw,'.ncjach określonej rodziny hialck pr;t.ypada dokladnic jcd110 podstawicniL'.

żelu

1'A1\~

iii

I 'ri111 ·i11a/ ( '0111pm11'11/ : \11ol.1'.1·i.1·) ;111:J/ iza sk ladow ych gl(1w11ych; łccl 111i ka ll'i1.11ali1.;1eji m1.klad11 pu11k1\! wy111i<1niw (11ajcz1'.scicj dwa 1111> lrzy wy111iary). 1;i11p„ !'ol.1·m1·n1s1' ( '/111i11 ll'i'ai'li1111) /;11ic11cl1owa n.·akcj;1 poli1ncry1.acji; łechnika l'l,sp,·rv111L:111;Jf11;1 11111\\'sł:ilvc·IJ 11· 1m1L·1.•sic dL!llal1m1c'ji nici 111a1rycowych: liczba 111worzo11ych kopii r<1s11ie c'l·:sp1111c11,j;i111ic 1. ilo.~ci;1 pr1.L:prowadzo11ycl1 c)'kli. i:111p. Si11g/,, N111'/,·01id1• / {J/i11111111/!is111: wy111. snipJ poli111orliz111 pojedynczego 1111kl1·01yd11 1an)'.. limr/1•111 , \(!i11i11· /'11ri/in1fi{J11) u111dc1111 •we· 1K'1.y:;1c1.;111 ie IH >W i11owac1 w;1; l<'<'hlliL;1 r11\\'11ih'/.1•.s11cj i,'.<1lacji hi;il<•k oddzi;ilywuj:wycll /.<' sohq w r:i111;1ch wsp<'il11l'go ko111pkk.,:i1 hi:ilkm1'Ili,!.'.. li1111'1'ig/111'd !'11ir ( /1111111 ill!'t/1od ll'itli , \rit/11111•1i1· ll/1'1111) 1Jll'f()(l;1 średnich J"•l:1r11·1'1 (
U'{ '~(

1

llichicrarchic1.11a 'i'.'. 'i·I

.

l \'\I \llO :11:1 ··il'/

arcltl'(l\Vl'C I( · ·

1

•

•

'

. 'X I \<){) •I !•I ·I 1-7 • ··11x'·. PO - ' ·12'1 ·l.l'> Bak11,m· 10. ·" ' . . ' I\ I I") l·U 1·15 h;11.a da11ych 121 1_2.l. . . .1 .• . l\\ocks 1:;:i I '.'>5

. ('./\Tl I I (18· I (19 . dhl'.ST J.\ I I 1.1 . I )j lll.I 'i. 1:12 !\.\

·. i'Jvll\I. 12.'i- 127

,. 128 s1rulrn1ra rekurd11 I •.. 7 . ·~IOTIF !!il 1(> 2 . l , ' I ''I() , ( ;,,11Jla11k '.'>, I .• h - ?< . s1ruk111ra rekordu j_J 131 . INSD 13:1 I.\.\ . ln\erl'ro !(>, 1112· i(J•I. :>1'2 ,. , s1ruk111ra re I;on Iu I (»i . J (1(1

1V1 i PS I :li. :li.I . pierwo · I 1' l'l \"'l -!'II< I Yi J:l. 1·17 -i'l'J .. \1.\-.\\h ' I «h1 j,jlJ-·I ~ 3 siniki ma re ;OJ · : ~~ . j )( 1 . 11' i cpi c1c111ac11 h\okowei 1 l'rnilk l.~( 1 I :;g l.. \I l ,.l'l(()SITIZ I(>, l·l'i l·l'l.:"i0 .."J2,.\() . . . Si'
.. 1:rl\IVIBI. I·IO 1•11 : \ 111 ii'rol 1·l.l wt
!i2!l

528

··• Skorowidz

l>oj:idrowcc J I·· 32, (i I 2•1 28 . 11adrodzi11a, por. 1iadrodzi11a hi:ilck . rodzina, por. rodzina biald ··, struktlll'a drugurzvdowa 27 ·. arkusz /I 27 ·,··,helisa'" :;7 --. zwoje l<)H l>ioi111(in11alyka I .. \, I .l· 18. 2X-/ BI.AST 213 21·1 hlok sek Wt'lll'yj11y 15:> 155. 302. J 12

endosy1nhim.a „u5. ,13<>. ·l:l'! ewolucja 111olek11lam:1 l·I 11e111ralna 60 n)w11olcgla 16 r(1i.11 icuj;1ca I (i

ł>ialka

1'als/.ywe sy11apo111ori'y 21J-i

R

1-1\S'I/\ 12,1, 212 lllogl~llelyka

lllolck11lar11;1 '.~.Hl lilogc11cz.a ·132· ·l.l.'i, ·l'l·I ·l·llJ 1'1111kcja kary z.a pr1.nwy Ig I . ali11iez.11:1 I 8 I. I 88 I '.IO . li11iowa 181

Clilornplast ·1.l.'i ..13() ciqgi diagonalne.·~ 12 cz11!u.~ć

l
( ~l'll

Di:11•ra111 sdtl'lltat11 ·183 ·185 ;,wiqzków l'llcji ·-IH•I ""'"''r 11atlll'al11y I.\ stahiliwj:icy dopa:-.uw:ink sek we11cji I HO l ~L2 l'.iolial11e UU I)\(, luk:i111c 1811 ·IW/ Wil'l.n . p:irarnl'lry 25H. 2hCl, .2<)H , lopolor.ia '237 . w\·1Jy .~Y7 koJJ~t:llSUSO\Vl' :?.5J 11icukur1,enio11e ~:Y>

::.g

o ekspres.ii kt111slytu1yw1wj ·lfJO wlas11y d 70 :.~l·nctyka

pup11lacyj11a 13 ge110111 9 IO. ·11·1 ·117. ·13.'i ·l.rn chloroplastu ,13<) .. l.I:'. +17 111itt1d1<111 ho111ologia Ili ho111opl:izja 2(i.„I hyhrydyzacja ,,,JO, ,15'.i. ·l.'i7 ·l."i'J indcl Ci.'. (i{i i11tcr:1kto111 47'! i11trnn :io i11wcrs,i:1 <>.l. >121

~~()(>

n ..

·I)~) 'l~)lJ

,,n

cil'klrni'orc;a 11. \l\1. ·155 ..rJ.l, d7() 11· idu poliakryla111idmv1·111 (I';\( il ·:1 .1'7.J

llliSSt'llS ()2

11icsy1H111i111ic1.11:1 (1 ..'. llUllSt'llSO\Vllil (L~

8·1

lll'l._\'~.1\1:,;tJ\Vll\\T/.ll klll"/)'Slll;\ (i·l. i.\

L:i~cn)\\':\

dcsorpc.it1 i ju11iz;1Cj:1 pr<">hki wspo111:ig:111a 11iatryq ( Mi\LDI l ·l'/,I

1w111ral11a h I. F'> s1.kodliwa (i·I. -h s~111\l11i1nic1.11:1 (L)_

locus (i I logo sek wcm:yjllt' .\0·-1

111rwalo11a

71.

t)g

11111tow:dnośc· .\
f,:uk11cltowa reakcja poli111cra/.)' {!'CRI

.\(1

Maeicr1. llLOSl liVJ 111 11·1. .'~;8, .HIO ~~\'SI :I .~l)()

nligunukkotydowa -1:1<} P/\l\rl 9g I I I, 2Hg, '2lJg p1111l:1acji rM.11iq logaryt111iu11:1 im: 11adka 2()(1 wag 1)1 111apy KolHHlL'lla ·1'10 .J'/.\ 11ws1.yny wektmów wspicraj:1cych .l'f() ·173 melodii hayesowska 2(lH-- !,()l) . boot strap 251 2.5-1, 27·1 fVlonle Carlo dl:1 l
dopas<1wa11i:1 wielosek wc11eyjnegt1

pt111k111 śrudkow1..•go '2JlJ

f,u11scnvn1yw11u
.H) ('k'.'i/wry111t·111 111ikro11111cicr1.owy wysnl«i11ucpustt1wy 11. 'l."i.'i

picrwszorz\~dny

1

pri.yl:\l'!ania sąsiad1iw .>.17 :i•; I

kod p_l'!ll'lyc1.11y .) I .L~

t',!.!/.{HI

,

.lukcsa ('a111or:1 (.ICJ ')li '!.\ Ki11rnry l).f Markowa :l·l·I .\·l.'i pierwszego rzędu 3·1·1 . ukryty, por ukryty lltllllt'I ~farkuwa zerowego r1.~·d11 J•J,I WriP.ltta Fishera 7'.' 1noty\~' sckwc1H·yj11y l:'..L 1 1-1. 1·15 ITI. '.~WJ. .1.L'. ;.;dqi.Lowy I:·;.) 11u11:1cia 1.l. (Jl {i.\

I

WZ]!l1;d11:1 I 0.\. I OH

Nadrod;ina hi:ilt-L I{i:) 11;111c1.a11ic 111w:1y110\\t' .1i.\

I \ ;·, .. J /(J I I

1

11ad11Htn\';1111· .\.lg 1i·I~~

uit·nadzuro\\"allv 1w11rrn1 .\(i} ·.Hd

lll'Ulr;ilisci Tl 11ll11JWli1.acja da11yd1 ·l'ilJ 11"1 • s;111H)JlU1"111~di1.al:ja ·I<'-~

. wai.otH.' \\·_vglad1.:111it• wykrc:.11 1n/r:/.11111 ·l
1111kll'o1yd n llllllll'I' d
kodou J I f<:!',·k1 hydroJ'uhowy .llJ pu,yciqg:mia d/11gich gal\·1.i

-, ni<.: kodująca 28 matrycowa 28 op(i1.11io11a '.1.'!, Yi prowadzqca 2'!, :\'.i . replikacja :l5-T/ , RN1\ 22·-2•1 „ i111'on11acyj11y (111RNA) ."> . skl
l'!d

!\.lad :>.10 klasyfikator .''J.'i. \Oli. J I(i ldil"I ,17q l,oaksccncja <'7 , 111odl'i (i'! 70

podr1.1·dne '. 1..'i(i przcw
·-·,. „ ko111pleme11tarny ie DNA) 1.l i. ·15K ·l'.i'!

J,011wl:rp.e11l.ja I(). ')l).?. krylt'ri11111 11Hjwirks1.c.i wiary{'.od1H1~ci 2:;s, .'~5H parsy111011ii .'5.'i . .'(i.~ .'<,-7 . ."/8 .'7'! kur:iiPI li:11.y da11ych I .U I \.I kwas 1u1klt-io1J\\'_\' ,:1. I .!·f . I )N,\ ..'.1 '-1

S111itha· Watern1a11:1 :1 (0. :1 I średniclt poląc1.c1i :'.•!·I 2· I'! ukladania c1.w(1rck 2N;\ >158 llNi\ ·155 nadn1ku\\':11la •l)g

wlas11a ·1'10 111ilucl1oudri:1'11a I ·:wa (i'/ (1Tl{)

'h I lasaga\\'a, Kishiuu i Y:111u (1 IK Y) '!·I 'J.\

ud\\'r:ic;dnu:;L· ,,. c/;i~,it" p111. \\ !;1:.11o1c/'.!h' (I I ·:I;).!'/~

u11tulugin .1g<1 ,1;1o i;1 I'/, .HJi\

ur1oluJ

1

{1twa1!a r;H11L:1!Hk;ylu1< ll-~I l

11"/

Paral<>gia I/. '·Il:\ par~,u\\·;:111it·. pu1. ;u1ali/;1 .',L1:1tl11t(1\\

11arsy11H 111ia

p<'ptvd ."I .1.:i pc·11·cptn111 3<1.\

pl1')'111id.v11y

H1L

.>.\.
I

;1

:;ao

Slmrnwitlz

11ud:,1;1wic11i1· kullljll'.ll'.>
warlości

X~

osohliwvch ·l<>'J •17()

:\lJ•I .\97, 'iHJ-'.i I.' nlwrnlwaga s'/.c'/l').,1)ltl\\'
ni1·sy111n1irnil'/,111· J()t) S)'l\llllillJil'/l!l' _)()I)

1

11111 i llll irl iz111 {1111.~!( )~:t ·i

re~;t ryki ·yjllyd1

pil_jcdynL·1.c 1~~0

rfri.nicuw:t prl.(~i.ywalno;~t~ ryhoso1u :H ryho1,y111 Jl

i11\\';1ri:1nll1ct)()

~;c11e111a1 h;izy danych -IB•I :--.L·kwencja a111i1Jnkwas1lw:1 l·I. !f) IX,

rr:1g11w1111)\\'

(1\1·:1.l'\/7 1111k h•n!ydu (SNP) IS 1m1.i"1ny lr;111skr ,!'.l'.llÓW I 7.. 1:).1 -'12') po1.ycjc inron11;1tyw11c 2<)·1 11il·i11!"1)rina1yw1\l' ·-~(1. I

1.1:>

j'l'i"'""""i

p1)/.y1·yj11it· .1.rói.11ini\\'t!ll<1 {p~~Si\'l l ) IS. -~gg_ -~ 1 ))

1n;wicr1

w11r111~~ci11j:\l'
111;1\\do1HHlt1h1·1lstwoa po:,\(·riori .~·IO,.:/\ .. \.-\/ _,_\t) ;1

priori

-~'!I. ~-1

\'J\1isji .\I/ pr11j<" \.I/ p1t·kre1wj:1 L11dtHH)w {\O. ·L~t1

1>r<1i>k111 kll111iwoj;ii.n;1 I/'/. I f'J linio\\'{) ~.q1;1n1\\';d11,v Jh:)

i'l I '·11111"l11v I'/'!

11r"lil st·k11"11'·.vj11v

1:111.

\I'

. ru/.lll)1\\ 1 ;111i1· )''i(}

ii1\).~·r;111Hl\\';i11il.' dv11•1111i(·1.11t· 1E.l 11n11110111r

1g()

'.;i

prnt,'<1111 11. ·l:i:i. ·I /:i 1

pnilt'OllliLa I I, ·l. )'.). ·I /J ·D) ..:

w dopasowa11iu I:)( l pr1,cslr1.c1i dr1.cw ~~_')'.) pl'l.l::;zukiw:111il~ \, 11

pr1,yro:;tow1·

1.

powraca11icrn 18.')

!L1diacja ssaL,)11· ·11\ll -10:1 1\'
\

1..~:1

,1I(1/1 111

LL1tl

1

a111111;i

.'1

I .~

l
Ir:11 h!"Orlll:tL'ja

I )rid1k1a . : - )•• ) .

')()_·~

·"·!.·~

.~·!.\

:·)()()

:1 I:{

1 i t l! n I i t • I; 1 . '. • ~ . 1i

_\,~·I, .\fili

~~()()

stosunku wiar.\'~~lHltln.~ci -~<1(L Y>-1

li ia _!:~I

d\\'llłlli:111\\\\'~ 1 : 1

tc~;;I

.') /

;t priiąi

.~ • ~ . I

jed111lstaj11y _:(l~) .~hi) non11;d11v ).~:'.. ·l
wzorzec sekwencyj11y

Wartość

Zalt"i,nnśl'. rekurencyjna 18.1 zapadka Mullcra <122 zbiór lcslowy :n5 uczący ·171 ..l:\!I· .l35 zdoluość rozpoznawcza bloku Jo:i klasylikalora '2'J5. '29') /,estaw cech rozpoznawczych ~~X7 2g9 zlożono. --. wy111i:111;i 11ajblii'.szyd1 s:1siad<»w (1\11\11 l 2'il> , wyci1:cie i przcs1.czepic11ic dr1.cwa podrz<;dUL"· go (SPR) '25
hootstrap '.c·IO. 250 25.\, '.0<1E. ·IO.' -11\.\ dccy1.yj11a I (1 I /·,' 207, 20E. 22'!, .100 11:,:i.1,ns.:HHl,.)og I H'{ Jg1 iwa I h~~. '.~I :1 ''2'.1.2, 507

wiaryeod11ośt.: ·:~sg

, ilorazy 33h

.J.~7

. rói.1lic:1 lngaryt1nic1.na 10~) .. \.\(), .L\K, J/1{)

. lesl stos1111lrn :1~H wzgkdna IOX wiedza do1ncnuwa ~~87 :~X8 wlas11o;;c' ;1ddy1yw11oki 2•17 odwracnlno.~ci

w czasit.: 95

11ltra111dryc1,n0Sci :~·1'1

wyr;ri.enie regularne 2gt) --2<>0 lihcral11c 25 rcs1ryLcyj11c ~1 '! I

s1n1k1tira drugor;.i;dowa białek .~7 l~i'li\ .\X)

'!';ismv·;111ic """"·"1 1(1 t:1n(k111ow(' ol'J.~·>'Sl.c/.anic powinnwactwa (1'!\P) „1xo

111d1i11a hiakl, 1<1~: . w i1: \o.!~L 'lll l\\ a -~S 7 pro:,1:1

\70 \/.I wiclo\\'Hrstwnwa _)t1() 3(>'7 . sl,ladowa s1al;1 .\ri.\ ;,kierowany prar acyklic1.11y ·IW/- ·IHX sL11piska grup or1ologir1.11ycli (( '()( l) :12'> -I.\ I spt.Tj;icja 17

lll.~ .. \I.!

.u..;

:.n.·d11ich puhw/.L'll ·IH !'l'ld)l"d I .~.i.

1Hh1;--,{i\mio11a _).')X

~;lad

1

\\'iq1a11i;1

1 '1 :?X 2l), 1)8 1 11\'.i 10(1 k
splecio11ycll h<'iis .\'i.\ 1r1.ccior1.\'dmva hialck synapornorlin .'.h \

'l.~.S

1r:111~;krypl·j:1 ~~g

-~lJ

1ra11skrypln111 "l:'i'.i 1ra11slacja :~:-;, 3: 1 .\.I 1r;111.sl"k<1cja rl.\. l'.c I li
~fa1l,ow;i

'.~B7"
ullra111L'lryc1J1ość, por. wlasJHlŚt.; 11ltramc1ryt-·zno.~ci

slariL'r 35

I

p1ijcdy1H:11'J!11

wyhit'lreza zrniana, por. z111inna wyhillrcza wyspy patogc1111ości 4'.C5, <127

splin'.łlStllll .10

pux~rwa

I "ll)'ll)' ~

. ddodow;i11ic .l-lh , pruli Iowy :11 1„ 3"i'i Yi
)t.)

Slii11c I l;ilgarno Jl ·"·l<'l,cjoniści Tl s~·IL·klywno~~(: -~'.IE. _:,gg si<'<' lwzsk;ilowa ·17'! 1w11ro11ow<1. archill'hlura .\(10 jcd11okicru11kmv:1 .\
I _)3q

Skorowidz

(llMf'vl\ .\.I.I .l·I/

(/