Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів
Проведено комп’ютерний пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномах фітопатогенних вірусів шляхом послідовного співставлення двох геномних сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх початкових позицій. Встановлено граничні параметри невипадкової збіжності нуклеотидів у сиквенсах, показано наявність...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7784 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів / О.І. Гордєйчик, І.С. Щербатенко // Мікробіол. журн. — 2009. — Т. 71, № 4. — С. 63-70. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-7784 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-77842010-04-14T12:01:06Z Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів Гордєйчик, О.І. Щербатенко, І.С. Експериментальні праці Проведено комп’ютерний пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномах фітопатогенних вірусів шляхом послідовного співставлення двох геномних сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх початкових позицій. Встановлено граничні параметри невипадкової збіжності нуклеотидів у сиквенсах, показано наявність подібних нуклеотидних сайтів у філогенетично далеких родів вірусів, уточнено систематичне положення вірусу некрозу лізіантусу, виявлено особливості локалізації подібних нуклеотидних сайтів у вірусних геномах. Проведено компьютерный поиск подобных нуклеотидных сайтов в геномах фитопатогенных вирусов путем последовательного сопоставления двух геномных сиквенсов с возрастающей величиной сдвига их начальных позиций. Установлено граничные параметры неслучайного совпадения нуклеотидов в сиквенсах, показано наличие подобных нуклеотидных сайтов у филогенетически далеких родов вирусов, уточнено систематическое положение вируса некроза лизиантуса, выявлено особенности локализации подобных нуклеотидных сайтов в вирусных геномах. Computational search for similar nucleotide sites in genomes of plant viruses was performed by successive comparison of two genomic sequences with increasing the displacement of their initial positions. Parameter limits of non-random nucleotide coincidence in sequences were determined, presence of similar nucleotide sites in phylogenetically different viral genera was shown, a taxonomy of lisianthus necrosis virus was specified, localization peculiarity of similar nucleotide sites in viral genomes was revealed. 2009 Article Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів / О.І. Гордєйчик, І.С. Щербатенко // Мікробіол. журн. — 2009. — Т. 71, № 4. — С. 63-70. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 0201-8462 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7784 578.233 uk Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Експериментальні праці Експериментальні праці |
| spellingShingle |
Експериментальні праці Експериментальні праці Гордєйчик, О.І. Щербатенко, І.С. Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| description |
Проведено комп’ютерний пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномах фітопатогенних вірусів шляхом послідовного співставлення двох геномних сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх початкових позицій. Встановлено граничні параметри невипадкової збіжності нуклеотидів у сиквенсах, показано наявність подібних нуклеотидних сайтів у філогенетично далеких родів вірусів, уточнено систематичне положення вірусу некрозу лізіантусу, виявлено особливості локалізації подібних нуклеотидних сайтів у вірусних геномах. |
| format |
Article |
| author |
Гордєйчик, О.І. Щербатенко, І.С. |
| author_facet |
Гордєйчик, О.І. Щербатенко, І.С. |
| author_sort |
Гордєйчик, О.І. |
| title |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| title_short |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| title_full |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| title_fullStr |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| title_full_unstemmed |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| title_sort |
пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів |
| publisher |
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Експериментальні праці |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7784 |
| citation_txt |
Пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномних сиквенсах фітопатогенних вірусів / О.І. Гордєйчик, І.С. Щербатенко // Мікробіол. журн. — 2009. — Т. 71, № 4. — С. 63-70. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT gordêjčikoí pošukpodíbnihnukleotidnihsajtívugenomnihsikvensahfítopatogennihvírusív AT ŝerbatenkoís pošukpodíbnihnukleotidnihsajtívugenomnihsikvensahfítopatogennihvírusív |
| first_indexed |
2025-07-02T10:32:40Z |
| last_indexed |
2025-07-02T10:32:40Z |
| _version_ |
1836530911134351360 |
| fulltext |
63ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 4
10. Федотина В.Л., Крылова Н.В. Освобождение табаков от микоплазменной инфекции столбура
методом культуры ткани // Докл. АН СССР. – 1976. – 228, № 4. – С. 1005–1008.
11. Daub M.E. Tissue culture and the selection of resistance to pathogens // Ann. Rev. Phytopathol. –
1986. – 24. – P. 159–186.
12. Ear1e E. D., Graws V.E. The role of protoplasts and cell cultures in plant disease research. // Plant
Disease Control: Resistance and Susceptibility. – New York, 1981. – P. 285–297.
13. Parmessur Y., Aljanabi S., Saumtally S., Dookun-Saumtally A. Sugarcane yellow leaf virus and
sugarcane yellows phytoplasma: elimination by tissue culture // Plant Pathology. – 2002. – 51,
N 5. – P. 561–573.
14. Petru E., Limberk J.. Ulrychova M., Break J. Growth and infectivity of callus cultures of tomato plants infected
with a mycoplasma disease – potato witches broom // Biol. plant. – 1971. – 13, N 5/6. – P. 391–395.
15. Petru E., Ulrychova M. Persistence and spread of mycoplasma in axenic callus tissue cultures of tobacco
(Nicotiana glauca Qrah.) in the presence of kinetin and IAA in nutrient medium // Biol. plant. –
1975. – 17, N 5. – P. 352–356.
16. Seto S., Mijata M. Cell reproduction and morphological changes in Mycoplasma capricolum // J. Bacteriol.
– 1998. – 180. – P.256–264.
Отримано 17.09.2008
УДК 578.233
О.І. Гордейчик, І.С. Щербатенко
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України,
вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, 03143, Україна
ПоШук ПодібниХ нуклеотидниХ сайтів у геномниХ
сиквенсаХ ФітоПатогенниХ вірусів
Проведено комп’ютерний пошук подібних нуклеотидних сайтів у геномах фітопатогенних вірусів
шляхом послідовного співставлення двох геномних сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх почат-
кових позицій.
Встановлено граничні параметри невипадкової збіжності нуклеотидів у сиквенсах, показано на-
явність подібних нуклеотидних сайтів у філогенетично далеких родів вірусів, уточнено систематичне
положення вірусу некрозу лізіантусу, виявлено особливості локалізації подібних нуклеотидних сайтів у
вірусних геномах.
Ключові слова: віруси рослин, геномні сиквенси, подібні сайти, збіжність нуклеотидів, спорідне-
ність вірусів, комп’ютерний аналіз
Подібність сиквенсів вірусних геномів чи їх окремих сайтів зазвичай виражають у
відсотках збіжних нуклеотидів (persentage of nucleotide sequence identity) і використову-
ють для аналізу філогенетичної і структурно-функціональної спорідненості вірусів [1,
9, 13, 14, 15]. Для визначення відсотку збіжних нуклеотидів найчастіше застосовуються
численні алгоритми і комп’ютерні програми вирівнювання сиквенсів [2, 3, 6, 7, 10, 16],
однак, не зважаючи на їх постійне вдосконалення, труднощі комп’ютерного аналізу спо-
рідненості геномів все ще залишаються суттєвими [11, 12, 17]. Одним із шляхів вирішен-
ня цієї проблеми є розробка нових методів аналізу подібності сиквенсів, альтернативних
вирівнюванню [4, 18].
Багатократне співставлення сиквенсів замість вирівнювання використано в нашій
роботі. Метою роботи було виявлення подібних нуклеотидних сайтів у геномах фітопа-
тогенних вірусів шляхом послідовного співставлення пар сиквенсів зі зростаючою вели-
чиною зсуву їх початкових позицій.
матеріали і методи. У роботі використано випадкові нуклеотидні послідовності і ге-
номні сиквенси 189-ти (+)олРНК-вмісних фітопатогенних вірусів, що відносяться до 5-ти
родин і 18-ти родів: Flexiviridae (Allexi-, Capillo-, Carla-, Fovea-, Potex-, Tricho-, Vitivirus);
Tombusviridae (Avena-, Aureus-, Carmo-, Necro-, Tombusvirus); Luteoviridae (Luteo-,
Polerovirus); Tymoviridae (Tymovirus); Potyviridae (Potyvirus); Tobamovirus, Sobemovirus.
Геномні сиквенси отримували з банків даних за програмою Entrez. Випадкові послі-
довності довжиною 6400 нуклеотидів генерували за датчиком випадкових чисел у межах
1–4, використовуючи функція int(RND*4+1) і «прив’язуючи» кожний із 4-х нуклеотидів
до конкретного числа (наприклад, 1-A, 2-G, 3-C, 4-T).
© О.І. Гордейчик, І.С. Щербатенко, 2009
ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 464
Комп’ютерний пошук подібних нуклеотидних сайтів проводили шляхом послідов-
ного співставлення двох сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх початкових пози-
цій: 1/1 (зсув = 1-1 = 0), 1/2 (зсув = 2-1 = +1), 2/1 (зсув = 1-2 = -1), 1/3 (зсув = 3-1 = +2),
... 1001/1 (зсув = 1-1001 = -1000)... 1/maxz, maxz/1 (максимальний зсув). Величина мак-
симального зсуву (maxz) задається дослідником або обчислюється програмно як макси-
мально можлива: maxz = dlg – dls , де dlg – довжини геномного сиквенса, dls – задана
мінімальна довжина сайта.
Пошук подібних сайтів за заданими параметрами (наприклад, мінімальна довжина
сайта – 20 нуклеотидів, мінімальна збіжність – 75 %) проводили за власною програмою
(процедура Simile%), написаною мовою qbasic за таким алгоритмом:
1. Послідовне зіставлення двох сиквенсів зі зростаючою величиною зсуву їх почат-
кових позицій. Якщо величина зсуву більша за максимальну – припинення пошуку (кі-
нець роботи);
2. Послідовне зчитування протилежних нуклеотидів із зони перекривання зіставле-
них сиквенсів доки зчитана пара не виявиться збіжною, або не закінчиться зона пере-
кривання;
3. Якщо зона перекривання не закінчилась – започаткування подібних сайтів збіж-
ними нуклеотидами, інакше – збільшення величину зсуву на 1 і перехід до пункту 1;
4. Зчитування у започатковані сайти наступних нуклеотидів доки не закінчиться зона
перекривання зіставлених сиквенсів або відсоток збіжності не стане меншим за заданий
(наприклад, 30/41 збіжних нуклеотидів складають менше 75 %);
5. Якщо відсоток збіжності менший за заданий – видалення з одержаних подібних
сайтів останнього нуклеотида (збіжність 30/40 стає не меншою за 75 %);
5. Якщо довжина одержаних сайтів не менша за задану – виведення на дисплей і за-
пис у файл результатів пошуку і збільшення наступної позиції зчитування нуклеотидів
на величину довжини знайдених подібних сайтів. (За умов наведеного прикладу будуть
виведені 40-нуклеотидні сайтів, що мають 30 (75 %) збіжних нуклеотидів);
6. Якщо відстань від наступної позиції зчитування нуклеотидів до кінця ділянки пе-
рекривання зіставлених сиквенсів більша за задану довжину сайта – перехід до пункту 2
(продовження зчитування нуклеотидів з наступної позиції), інакше – збільшення вели-
чину зсуву на 1 і перехід до пункту 1.
Коректність роботи процедури Simile% перевіряли на модельних сиквенсах – двох
випадкових нуклеотидних послідовностях, які мали по кілька вставлених подібних сай-
тів з різним відсотком збіжних нуклеотидів. Критеріями коректності були такі резуль-
тати роботи: 1) процедура знаходить всі подібні сайти, вставлені в початкові, середні і
кінцеві позиції випадкових сиквенсів; 2) позиції знайдених сайтів, їх довжина і відсоток
збіжності відповідають тим, які мають вставлені сайти.
результати та їх обговорення. Першим етапом наших досліджень було з’ясування ролі ви-
падкової збіжності нуклеотидів у виникненні подібних сайтів у сиквенсах. З цією метою було
досліджено варіювання кількості подібних сайтів у трьох парах випадкових нуклеотидних
послідовностей залежно від відсотку збіжності нуклеотидів і довжини сайтів (табл. 1). Вста-
новлено, що за 100 % збіжності 5-нуклеотидні сайти зустрічаються у випадкових сиквенсах
від 8577 до 8711 разів, 10-нуклеотидні – від 8 до 15, 12-нуклеотидні – лише 2 рази в одній парі
сиквенсів, а 15-нуклеотидні сайти не зустрічаються зовсім. Отже, граничними параметрами
невипадкової подібності коротких сайтів є величина збіжності не менша за 100 % і довжина
сайтів не менша за 15 нуклеотидів.
т а б л и ц я 1
кількість подібних сайтів у випадкових нуклеотидних послідовностях
за різної їх довжини і збіжності нуклеотидів
довжина сайта,
нуклеотидів
Збіжність
нуклеотидів, %
Пари випадкових послідовностей*
rand1/rand2 rand1/rand3 rand2/rand3
1 2 3 4 5
5 100 8711 8577 8654
10 100 8 15 10
65ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 4
1 2 3 4 5
12 100 0 2 0
15 100 0 0 0
20
70 18 14 21
80 0 1 0
90 0 0 0
30
60 5 11 7
65 1 2 0
70 0 0 0
40
54 17 28 19
58 1 1 1
60 0 0 0
50
52 9 17 13
56 0 2 0
58 0 0 0
100
42 18 17 18
44 5 1 3
46 0 0 0
500
30 216 178 191
32 11 14 8
34 0 0 0
1000
28 227 237 229
30 2 2 0
32 0 0 0
2000
26 811 765 802
28 10 7 4
30 0 0 0
* Довжина випадкових послідовностей rand1, rand2 та rand3 становить 6400 нуклеотидів. По-
шук подібних сайтів у парах послідовностей rand1/ rand2, rand1/ rand3 та rand2/rand3 проведено за
зміщення нуклеотидних позицій від 0 до -1000 і до +1000.
Межа невипадкової подібності 20-нуклеотидних сайтів становить не менше 90 %
збіжності, 30-нуклеотидних – 70 %, 40-нуклеотидних – 60 %, 50-нуклеотидних – 58 %,
100-нуклеотидних – 46 %, 500-нуклеотидних – 34 %, 1000-нуклеотидних – 32 %, 2000-
нуклеотидних – 30 %.
Оскільки граничні параметри невипадкової подібності коротких сайтів дуже значно за-
лежать від їх довжини (15 нуклеотидів – 100 %, 20 нуклеотидів – 90 %), а довгих сайтів – від
величини збіжності (1000 нуклеотидів – 32 %, 2000 нуклеотидів – 30 %), для пошуку подібних
сайтів у сиквенсах вірусних геномів було вибрано такі вихідні параметри: мінімальна довжина
сайтів – 40 нуклеотидів, мінімальна збіжність – 60 %.
У першому досліді було використано 16 родів вірусів, у яких кількість геномних сик-
венсів становила не менше шести. Пошук подібних сайтів проводили в 5-ти парах зраз-
ків (один із 6-ти сиквенсів зіставляли із п’ятьма іншими). Результати пошуку показали
(табл. 2), що віруси одного роду мають подібні кластери нуклеотидних сайтів, середня
кількість яких варіює від 5,2 (Sobemovirus) до 20,8 (Allexivirus), а середня довжина – від
938,4 (Potexvirus ) до 4912,5 (Foveavirus). Максимальна довжина сайтів становить від 1206
до 8743 нуклеотидів, а їх максимальна кількість у кластерах – від 9 до 23. Чіткої кореляції
між кількістю і довжиною подібних сайтів не спостерігається.
Середня кількість подібних нуклеотидних сайтів у вірусів різних родів одної родини
варіює від 7,0 до 12,1 , а середня довжина – від 677,8 до 836,3 (табл. 3). Максимальна
кількість подібних сайтів становить 13–24, а їх максимальна довжина – 1509–5451 ну-
клеотидів.
З а к і н ч е н н я т а б л . 1
ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 466
та б л и ц я 2
кількість і довжина подібних нуклеотидних сайтів у геномах 16-ти родів фітопатогенних вірусів
роди вірусів
кількість сайтів довжина сайта
середня* максимальна середня* максимальна
Allexivirus 20,8 23 2315,0 3391
Carlavirus 18,8 22 1399,4 1584
Tobamovirus 17,4 20 1055,8 1404
Potyvirus 17,0 19 1198,8 1424
Potexvirus 14,6 23 938,4 1206
Vitivirus 13,7 20 2972,3 6812
Luteovirus 12,0 14 2043,8 4710
Tymovirus 11,6 16 2187,0 3264
Polerovirus 10,6 13 1219,2 2197
Foveavirus 10,3 19 4912,5 8743
Trichovirus 9,4 13 3675,6 5283
Aureusvirus 8,3 11 1559,0 2692
Capillovirus 5,8 14 3948,4 6478
Necrovirus 5,6 9 1799,0 3683
Carmovirus 5,4 9 1820,4 4186
Sobemovirus 5,2 10 1027,5 1606
* Середні значення для п’яти пар вірусів кожного роду
Проведений нами аналіз подібності сиквенсів різних родів вірусів показав, що
Lisianthus necrosis virus має значно більшу схожість з томбушвірусами, ніж з некровіру-
сами, до яких він відноситься (рис. 1). Доцільність віднесення цього вірусу до томбушві-
русів підтверджує також порівняння довжини геномів і структури відкритих рамок зчи-
тування (рис. 2).
рис. 1. сайти некровірусу Lisianthus necrosis virus, що мають 60% збіжних нуклеотидів з сайтами двох
томбушвірусів і шести некровірусів. томбушвіруси: 1 — Carnation Italian ringspot virus, 2 — tomato
bushy stunt virus. некровіруси: 3 — Beet black scorch virus, 4 — Leek white stripe virus, 5 — olive latent
virus 1, 6 — olive mild mosaic virus, 7 — tobacco necrosis virus A, 8 — tobacco necrosis virus D
рис. 2. відкриті рамки зчитування вірусів родин tombusvirus та necrovirus. tombusvirus:
1 — Carnation Italian ringspot virus, 2 — tomato bushy stunt virus. necrovirus: 4 — tobacco necrosis virus
A, 5 — olive latent virus 1. 3 — Lisianthus necrosis virus (?). світлі лінії — довжина геномів
67ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 4
У переважної більшості вірусів різних родин подібні сайти не виявляються, однак в
деяких випадках вони зустрічаються в багатьох тестованих зразках (58,7 – 100 %) і мають
значну довжину (до 224–468 нуклеотидів). Результати тестування свідчать про філогене-
тичну спорідненість таких родин і родів вірусів: Luteoviridae, Tombusviridae, Flexiviridae,
Sobemovirus, Tymovirus (табл. 3). Спорідненість цих таксонів було показано також шля-
хом порівняння геномних сиквенсів [8], структури ORF [15], капсидних і реплікатив-
них білків [5, 6], тРНК-подібних структур [9] та елементів ініціації трансляції вірусних
мРНК [14].
та б л и ц я 3
Подібні нуклеотидні сайти у різних родів рнк-вмісних фітопатогенних вірусів
родини та роди вірусів
кількість пар вірусів кількість сайтів довжина сайтів
тестовано,
штук
виявленоподібні
сайти, %
середня
макси-
мальна
середня
макси-
мальна
Tombusviridae 29 100 7,0 13 767,0 5451
Flexiviridae 69 100 12,1 24 836,3 2567
Luteoviridae 43 100 7,5 14 677,8 1509
Luteovirus/Tombusviridae 48 100 3,8 7 255,4 438
Luteoviridae/ Sobemovirus 30 100 4,4 8 281,1 407
Flexiviridae/Luteoviridae 88 58,7 0,9 5 41,4 227
Tymovirus/Flexiviridae 31 93,5 1,7 4 89,9 224
Tymovirus/Potexvirus 16 100 4,2 8 227,8 468
У малоспоріднених вірусів можуть виявлятись: чітко виражені кластери довгих ну-
клеотидних сайтів, локалізовіані в одній ділянці генома і численні короткі сайти розсіяні
по геному (рис. 3); розпливчасті кластери коротких сайтів, локалізовані в кількох ділян-
ках генома (рис. 4); малі кластери або поодинокі короткі сайти, локалізовані в одній ді-
лянці генома (рис. 5). Чітко виражені кластери довгих сайтів на фоні численних корот-
ких свідчать про вищий рівень спорідненості вірусів, ніж розпливчасті і малі кластери.
рис. 3. Подібні нуклеотидні сайти в геномах чотирьох родів вірусів. 1— 6 томбушвірусів
і 4 лютеовіруси; 2 — 6 полеровірусів і 4 лютеовіруси; 3 — 6 полеровірусів і 4 собемовіруси.
томбушвіруси: Carnation Italian ringspot virus, Tomato bushy stunt virus, Lisianthus necrosis virus, Cucumber
leaf spot virus, Pothos latent virus, Beet black scorch virus. Полеровіруси: Beet chlorosis virus, Beet mild
yellowing virus, Beet western yellows virus, Carrot red leaf virus, Cereal yellow dwarf virus,
Turnip yellows virus. лютеовіруси: Barley yellow dwarf virus — GAV, Barley yellow dwarf virus — PAS,
Bean leafroll virus, Soybean dwarf virus. собемовіруси: Ryegrass mottle virus, Rice yellow mottle virus,
Cocksfoot mottle virus, Southern bean mosaic virus
ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 468
рис. 5. нуклеотидні сайти тімовірусу nemesia ring necrosis virus, подібні сайтам алексі- і
тобамовірусів. 1 — алексівіруси (зверху вниз): Garlic virus A; Garlic virus C; Garlic virus e Garlic virus
X; shallot virus X. 2 — тобамовіруси (зверху вниз): odontoglossum ringspot virus; tobacco mosaic virus
strain vulgare; tomato mosaic virus; Crucifer tobamovirus; tobacco mosaic virus (Crucifer); Ribgrass mosaic
virus; turnip vein-clearing virus
Показані на рис. 5 подібні нуклеотидні сайти на 3’-кінці геномів тімовірусу Nemesia
ring necrosis virus і семи тобамовірусів узгоджується з даними про наявність у цього тімо-
вірусу тРНК-побідної структури, характерної для тобамовірусів [9]. Подібні 5’-кінцеві
сайти у тімо- і тобамовірусів, подані на рис. 5, вперше виявлені нами.
Характерними рисами подібних нуклеотидних сайтів є утворення кластерів і осо-
бливість зміщення їх позицій у геномах двох дослідних вірусів. Відстань між позиція-
ми всіх чи переважної більшості подібних сайтів двох сиквенсів становить або х,0; або
х,33; або х,66 триплетів (табл. 4), що складає 3х, 3х+1 або 3х+2 нуклеотидів (табл. 5), де
х – ціле число від 0 до 300–500. Одержані дані показують, що кластери подібних сайтів
утворюють консервативні кодони однієї рамки зчитування, які кодують функціонально
важливі продукти або їх компоненти. Тому відстані між подібними сайтами кластерів
можуть становити лише ціле число триплетів (3х нуклеотидів), оскільки мутації зсуву
рамки є летальними для вірусу через втрату важливих функціональних елементів. Наяв-
ність однакових відстаней (3х+1 або 3х+2 нуклеотидів) між позиціями всіх чи переваж-
ної більшості подібних сайтів у генах двох вірусів є наслідком нецілотриплетної відстані
між позиціями цих генів у геномах.
та б л и ц я 4
відстань між позиціями подібних нуклеотидних сайтів у геномах двох потексвірусів
Довжина сайта Поз1* Поз2** Відстань, нуклеотидів Відстань, триплетів
62 815 834 19 6,3
72 1896 2704 808 269,3
65 2084 2898 814 271,3
80 2277 3091 814 271,3
60 2442 3262 820 273,3
259 2789 3612 823 274,3
344 3394 4217 823 274,3
69 4953 5820 867 289,0
65 4207 5080 873 291,0
*Поз1 — позиції подібних сайтів у геномі вірусу мозаїки лисохвоста
**Поз2 — позиції подібних сайтів у геномі Х-вірусу зеленої цибулі
© К.С. Коробкова, А.М. Онищенко, Л.П. Панченко, О.Є. Мамчур, О.О. Дмитрук, В.І. Редько,2009
рис. 4. Подібні нуклеотидні сайти в геномах 4-х тімовірусів і 22-х потексвірусів. тімовіруси:
1 — Anagyris vein yellowing virus, 2 — nemesia ring necrosis virus, 3 — Plantago mottle virus,
4 — scrophularia mottle virus
69ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 4
та б л и ц я 5
Зміщення відстані між подібними сайтами в геномах чотирьох пар тобамо- і потівірусів*
Пари вірусів
кількість подібних сайтів
всього
зі зміщенням
0 1 2
Тобамовіруси
Вірус м’якої зеленої мозаїки тютюну
Вірус зеленої плямистої мозаїки огірка
19 0 17 2
Вірус м’якої плямистості перцю
Вірус мозаїки подорожника вузьколистого
14 2 8 4
Вірус мозаїки томату
Тобамовірус хрестоцвітих
16 1 3 12
Вірус плямистості плодів огірка
Вірус кільцевої плямистості одонтоглосума
20 2 4 14
Потівіруси
А-вірус картоплі
Y-вірус картоплі
19 0 17 2
Вірус мозаїки зеленої цибулі
Вірус мозаїки цукрової тростини
18 1 16 1
Вірус звичайної мозаїки квасолі
Вірус стрику купчанки
17 17 0 0
Вірус мозаїки сої
Вірус мозаїки діоскореї
16 1 14 1
Таким чином, нами розроблено новий алгоритм і процедуру комп’ютерного порів-
няння спорідненості вірусів шляхом послідовного зіставлення двох сиквенсів зі зрос-
таючою величиною зсуву їх початкових позицій і виявлення в кожному зіставленні всіх
подібних сайтів, які мають довжину і збіжність нуклеотидів не менші за задані.
Методом комп’ютерного аналізу встановлено граничні параметри невипадкової
збіжності нуклеотидів у сиквенсах, показано наявність подібних нуклеотидних сайтів
у філогенетично далеких родів вірусів, уточнено систематичне положення Lisianthus
necrosis virus, виявлено особливості локалізації кластерів подібних сайтів у вірусних ге-
номах. Розроблений і використаний в роботі спосіб комп’ютерного пошуку і графічної
візуалізації подібних нуклеотидних сайтів придатний для швидкого, простого і нагляд-
ного порівняльного аналізу спорідненості вірусів.
О.И. Гордейчик, И.С. Щербатенко
Институт микробиологии и вирусологии НАН Украины, Киев
Поиск ПодобнЫХ нуклеотиднЫХ сайтов в геномнЫХ сиквенсаХ
ФитоПатогеннЫХ вирусов
Р е з ю м е
Проведено компьютерный поиск подобных нуклеотидных сайтов в геномах фитопатогенных
вирусов путем последовательного сопоставления двух геномных сиквенсов с возрастающей вели-
чиной сдвига их начальных позиций.
Установлено граничные параметры неслучайного совпадения нуклеотидов в сиквенсах, пока-
зано наличие подобных нуклеотидных сайтов у филогенетически далеких родов вирусов, уточнено
систематическое положение вируса некроза лизиантуса, выявлено особенности локализации по-
добных нуклеотидных сайтов в вирусных геномах.
К л ю ч е в ы е с л о в а : вирусы растений, геномные сиквенсы, подобные сайты, совпадение
нуклеотидов, родство вирусов, компьютерный анализ.
ISSN 0201-8462. Мікробіол. журн., 2009, Т. 71, № 470
O.I. Gordeichik, I. S. Shcherbatenko
Zabolotny Institute of Microbiology and Virology,
National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv
seARCHInG FoR sIMILAR nUCLeotIDe sItes In GenoMIC seQUenCes
oF PHYtoPAtHoGenIC VIRUses
S u m m a r y
Computational search for similar nucleotide sites in genomes of plant viruses was performed by succes-
sive comparison of two genomic sequences with increasing the displacement of their initial positions.
Parameter limits of non-random nucleotide coincidence in sequences were determined, presence of
similar nucleotide sites in phylogenetically different viral genera was shown, a taxonomy of lisianthus necro-
sis virus was specified, localization peculiarity of similar nucleotide sites in viral genomes was revealed.
The paper is presented in Ukrainian.
K e y w o r d s: plant viruses, genomic sequences, similar sites, nucleotide coincidence, virus relation-
ship, computational analyses.
The a u t h o r’s a d d r e s s: I. S. Shcherbatenko, Zabolotny Institute of Microbiology and Virology,
National Academy of Sciences of Ukraine; 154 Acad. Zabolotny St., Kyiv, MSP, D03680, Ukraine.
1. Aus dem Siepen M., Pohl J.O., Koo B.J., Wege C., Jeske H. Poinsettia latent virus is not a cryptic virus, but
a natural polerovirus-sobemovirus hybrid // Virology. – 2005. – 336, N 2. – P. 240–250.
2. Catanho M., Mascarenhas D., Degrave W., de Miranda A.B. BioParser: a tool for processing of sequence
similarity analysis reports // Appl. Bioinformatics. – 2006. – 5, N 1. – P. 49–53.
3. Collyda C., Diplaris S., Mitkas P., Maglaveras N., Pappas C. Enhancing the quality of phylogenetic analysis
using fuzzy hidden Markov model alignments // Medinfo. – 2007. – 12, N 2. – P. 1245–1249.
4. Didier G., Debomy L., Pupin M., Zhang M., Grossmann A., Devauchelle C., Laprevotte I. Comparing sequences
without using alignments: application to HIV/SIV subtyping // BMC Bioinformatics. – 2007. – 8. – P.1.
5. Ding S., Keese P., Gibbs A. The nucleotide sequence of the genomic RNA of kennedya yellow mosaic
tymovirus-Jervis Bay isolate: relationships with potex- and carlaviruses // J. Gen. Virol. – 1990. – 71,
N 4. – P. 925–931.
6. Dolja V.V., Koonin E.V. Phylogeny of capsid proteins of small icosahedral RNA plant viruses // J. Gen.
Virol. – 1991. – 72, N 7. – P. 1481–1486.
7. Esteban D.J., Syed A., Upton C. Organizing and updating whole genome BLAST searches with ReHAB //
Methods Mol. Biol. – 2007. – 395. – P. 187–194.
8. Hataya T., Uchino K., Arimoto R., Suda N., Sano T., Shikata E., Uyeda I. Molecular characterization of Hop
latent virus and phylogenetic relationships among viruses closely related to carlaviruses // Arch.Virol. – 2000. –
145, N 12. – P. 2503–2524.
9. Koenig R., Barends S., Gultyaev A.P., Lesemann D.E., Vetten H.J., Loss S., Pleij C.W. Nemesia ring necrosis
virus: a new tymovirus with a genomic RNA having a histidylatable tobamovirus-like 3' end // J. Gen.
Virol. – 2005. – 86, N 6. – P. 1827–1833.
10. Lee D., Choi J.H., Dalkilic M.M., Kim S. COMPAM :visualization of combining pairwise alignments for
multiple genomes // Bioinformatics. – 2006. – 22, N 2. – P. 242–244.
11. Miziara M.N., Riggs P.K., Amaral M.E. Comparative analysis of noncoding sequences of orthologous
bovine and human gene pairs // Genet. Mol. Res.– 2004. – 3, N 4. – P. 465–473.
12. Nix D.A., Eisen M.B. GATA: a graphic alignment tool for comparative sequence analysis // BMC
Bioinformatics. – 2005. – 6. – P. 9.
13. Ohshima K., Tomitaka Y., Wood J.T., Minematsu Y., Kajiyama H., Tomimura K., Gibbs A.J. Patterns of
recombination in turnip mosaic virus genomic sequences indicate hotspots of recombination // J. Gen.
Virol. – 2007. – 88, N 1. – P. 298–315.
14. Shen R. and Miller W.A. The 3' untranslated region of tobacco necrosis virus RNA contains a barley
yellow dwarf virus-like cap-independent translation element // J. Virol. – 2004. – 78, N 9. – P. 4655–
4664.
15. Smith G.R., Borg Z., Lockhart B.E., Braithwaite K.S., Gibbs M.J. Sugarcane yellow leaf virus: a novel member
of the Luteoviridae that probably arose by inter-species recombination // J. Gen. Virol. – 2000. – 81, N 7. –
P. 1865–1869.
16. Tamura K., Dudley J., Nei M., Kumar S. MEGA4: molecular evolutionary genetics analysis (MEGA)
software version 4.0 // Mol. Biol. Evol. – 2007. – 24, N 8. – P. 1596–1599.
17. Uchiyama I., Higuchi T., Kobayashi I. CGAT: a comparative genome analysis tool for visualizing
alignments in the analysis of complex evolutionary changes between closely related genomes // BMC
Bioinformatics. – 2006. – 7. – P. 472.
18. Zhou H., Wang H., Huang L.F., Naylor M., Clifford P. Heterogeneity in codon usages of sobemovirus
genes // Arch.Virol. – 2005. – 150, N 8. – P. 1591–1605.
Отримано 10.04.2008О.І. Гордейчик, І.С. Щербатенко
|