СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ В ГЕНОМАХ ПРОКАРИОТ

Биохимия. 2018. Т. 83. № 2. С. 225–237.

Ершова А. С., Русинов И. С., Карягина А. С., Спирин С. А., Алексеевский А. В.

Многие белки узнают определенные последовательности ДНК для осуществления своих функций. Число и распределение в геноме таких сайтов узнавания может иметь биологическое значение. Например, количество сайтов рестрикции часто снижено в геномах бактериофагов и прокариот, что приводит к уменьшению вероятности гидролиза ДНК эндонуклеазами рестрикции. Последовательность называют исключительной, если частота ее встречаемости в геноме значительно отличается от предсказанной на основании некой математической модели. Исключительная последовательность может быть либо перепредставленной, либо недопредставленной, в зависимости от того, выше или ниже частота ее встречаемости по сравнению с предсказанной частотой. Для исключительных последовательностей можно предположить биологическую значимость, например, они могут соответствовать сайтам связывания белков либо входить в состав часто встречающихся повторов. Существует несколько методов предсказания частоты короткой последовательности в геноме на основе наблюдаемых частот ее подпоследовательностей. Наиболее популярные методы основаны на марковских моделях. Однако всестороннее сравнение методов на большом материале ранее не проводилось. Сравнены три наиболее используемых метода предсказания частоты короткой последовательности: метод, основанный на марковской модели максимального порядка; метод, использующий среднее геометрическое обобщенных марковских оценок, и метод, учитывающий частоты всех подпоследовательностей, включая разрывные. На примере сайтов рестрикции в полных геномах 2500 видов прокариот показано, что результат предсказания сильно зависит от используемого метода: списки 5% наиболее недопредставленных сайтов содержат вплоть до 50% различающихся предсказаний. Метод, учитывающий частоты всех подпоследовательностей, предложенный Burge et al. в 1992 г., показал более высокую точность, чем два других метода, как в случае прокариотических геномов, так и при компьютерной имитации отбора в случайных последовательностях. По результатам сравнения дана рекомендация использовать этот метод для обнаружения исключительных последовательностей в прокариотических геномах.

Ключевые слова: марковская модель, Markov chain models, Compositional bias, DNA sequence, prokaryotic genome, restriction modification system, restriction sites, Последовательность ДНК, Прокариотический геном, система рестрикции-модификации, сайты рестрикции