Z-кривая

Метод Z-кривой (или Z-кривой ) — биоинформатический алгоритм генома анализа . Z-кривая представляет собой трехмерную кривую , которая представляет собой уникальное представление последовательности ДНК , т. е. каждая из Z-кривой и данной последовательности ДНК может быть однозначно реконструирована из другой . ^[1]Полученная кривая имеет зигзагообразную форму, отсюда и название Z-кривая.

Фон

Метод Z Curve был впервые создан в 1994 году как способ визуального картирования последовательности ДНК или РНК. Различные свойства Z-кривой, такие как ее симметрия и периодичность, могут дать уникальную информацию о последовательности ДНК. ^[2] Кривая Z генерируется из серии узлов P ₀ , P ₁ ,...P _N с координатами x _n , y _n и z _n (n=0,1,2...N, с N длина последовательности ДНК). Кривая Z создается путем последовательного соединения каждого из узлов. ^[3]

$x_{n}=(A_{n}+G_{n})-(C_{n}+T_{n})$

$y_{n}=(A_{n}+C_{n})-(G_{n}+T_{n})$

$z_{n}=(A_{n}+T_{n})-(C_{n}+G_{n})$

$n=0,1,2,...N$

Приложения

Информацию о распределении нуклеотидов в последовательности ДНК можно определить по Z-кривой. Четыре нуклеотида объединены в шесть различных категорий. Нуклеотиды помещаются в каждую категорию по некоторой определяющей характеристике, и каждая категория обозначается буквой. ^[4]

Пуриновый	Р = А, Г	Амино	М = А, С	Слабые водородные связи	Ш = А, Т
Пиримидин	Y = С, Т	Кето	К = Г, Т	Сильные водородные связи	С = Г, С

Компоненты x, y и z кривой Z отображают распределение каждой из этих категорий оснований для изучаемой последовательности ДНК. Х-компонент представляет собой распределение пуринов и пиримидиновых оснований (R/Y). Y-компонент показывает распределение амино- и кето-оснований (M/K), а z-компонент показывает распределение оснований с сильной H-связью и слабой H-связью (S/W) в последовательности ДНК. ^[5]

Метод Z-кривой использовался во многих различных областях исследования генома , таких как происхождения репликации , идентификация ^[6]^[7]^[8]^[9] ab initio , предсказание генов , ^[10]идентификация изохор , ^[11] геномного острова идентификация ^[12]и сравнительная геномика . ^[13] Также было показано, что анализ Z-кривой позволяет предсказать, содержит ли ген интроны . ^[14]

Исследовать

Эксперименты показали, что Z-кривую можно использовать для определения начала репликации у различных организмов. В одном исследовании проанализирована кривая Z для нескольких видов архей и обнаружено, что oriC расположен на остром пике кривой, за которым следует широкое основание. Эта область была богата АТ-основаниями и имела множественные повторы, что ожидается для сайтов начала репликации. ^[15] Это и другие подобные исследования были использованы для создания программы, которая могла бы предсказывать начало репликации с помощью Z-кривой.

Кривая Z также экспериментально использовалась для определения филогенетических связей. В одном исследовании новый коронавирус в Китае был проанализирован с использованием анализа последовательности и метода Z-кривой для определения его филогенетического родства с другими коронавирусами. Установлено, что сходство и различия родственных видов можно быстро определить путем визуального изучения их Z-кривых. Создан алгоритм для определения геометрического центра и других тенденций на Z-кривой 24 видов коронавирусов. Данные были использованы для создания филогенетического дерева. Результаты соответствовали дереву, созданному с помощью анализа последовательностей. Метод Z-кривой оказался превосходным, поскольку, хотя анализ последовательностей создает филогенетическое дерево, основанное исключительно на кодирующих последовательностях в геноме, метод Z-кривой анализировал весь геном. ^[16]

Ссылки

^ Чжан CT, Чжан Р, Оу HY (2003). «База данных Z-кривых: графическое представление последовательностей генома» . Биоинформатика . 19 (5): 593–99. doi : 10.1093/биоинформатика/btg041 . ПМИД 12651717 .
^ Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (февраль 1994 г.). «Z-кривые, интуитивный [ sic ] инструмент для визуализации и анализа последовательностей ДНК». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 11 (4): 767–782. дои : 10.1080/07391102.1994.10508031 . ПМИД 8204213 .
^ Ю, Чэнлун; Дэн, Мо; Чжэн, Лу; Он, Ронг Люси; Ян, Цзе; Яу, Стивен С.-Т. (18 июля 2014 г.). «DFA7, новый метод различия между интронсодержащими и безинтронными генами» . ПЛОС ОДИН . 9 (7): e101363. Бибкод : 2014PLoSO...9j1363Y . дои : 10.1371/journal.pone.0101363 . ПМК 4103774 . ПМИД 25036549 .
^ Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (01 апреля 2014 г.). «Краткий обзор: теория Z-кривой и ее применение в анализе генома» . Современная геномика . 15 (2): 78–94. дои : 10.2174/1389202915999140328162433 . ISSN 1389-2029 . ПМК 4009844 . ПМИД 24822026 .
^ Чжан, Коннектикут (7 августа 1997 г.). «Симметричная теория последовательностей ДНК и ее приложения». Журнал теоретической биологии . 187 (3): 297–306. Бибкод : 1997JThBi.187..297Z . дои : 10.1006/jtbi.1997.0401 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 9245572 .
^ Чжан Р., Чжан К.Т. (2005). «Идентификация начала репликации в геномах архей на основе метода Z-кривой» . Архея . 1 (5): 335–46. дои : 10.1155/2005/509646 . ПМЦ 2685548 . ПМИД 15876567 .
^ Уорнинг П., Дженсен Л.Дж., Халлин П.Ф., Стаерфельдт Х.Х., Уссери Д.В. (февраль 2006 г.). «Происхождение репликации в кольцевых хромосомах прокариот» . Окружающая среда. Микробиол . 8 (2): 353–61. Бибкод : 2006EnvMi...8..353W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00917.x . ПМИД 16423021 . S2CID 3135023 .
^ Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (20 сентября 2002 г.). «Происхождение одиночной репликации археи Methanosarcina mazei, выявленное методом Z-кривой». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 297 (2): 396–400. дои : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . ПМИД 12237132 .
^ Уорнинг, Педер; Дженсен, Ларс Дж.; Халлин, Питер Ф.; Стаерфельдт, Ханс-Хенрик; Ассери, Дэвид В. (1 февраля 2006 г.). «Происхождение репликации в кольцевых хромосомах прокариот» . Экологическая микробиология . 8 (2): 353–361. Бибкод : 2006EnvMi...8..353W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00917.x . ISSN 1462-2912 . ПМИД 16423021 . S2CID 3135023 .
^ Го Ф.Б., Оу HY, Чжан CT (2003). «ZCURVE: новая система распознавания генов, кодирующих белки, в геномах бактерий и архей» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (6): 1780–89. дои : 10.1093/нар/gkg254 . ПМК 152858 . ПМИД 12626720 .
^ Чжан К.Т., Чжан Р. (2004). «Изохорные структуры в геноме мыши». Геномика . 83 (3): 384–94. дои : 10.1016/j.ygeno.2003.09.011 . ПМИД 14962664 .
^ Чжан Р., Чжан К.Т. (2004). «Систематический метод идентификации геномных островов и его применение при анализе геномов Corynebacterium Glutamicum и Vibrio vulnificus CMCP6 хромосомы I» . Биоинформатика . 20 (5): 612–22. doi : 10.1093/биоинформатика/btg453 . ПМИД 15033867 .
^ Чжан Р., Чжан К.Т. (2003). «Идентификация геномных островов в геноме Bacillus cereus методом сравнительного анализа с Bacillus anthracis». Физиологическая геномика . 16 (1): 19–23. doi : 10.1152/физиологгеномика.00170.2003 . ПМИД 14600214 .
^ Чжан, Коннектикут; Лин, З.С.; Ян, М.; Чжан Р. (21 июня 1998 г.). «Новый подход к различению интронсодержащих и безинтронных генов на основе формата Z-кривых». Журнал теоретической биологии . 192 (4): 467–473. Бибкод : 1998JThBi.192..467Z . дои : 10.1006/jtbi.1998.0671 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 9680720 .
^ Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (20 сентября 2002 г.). «Происхождение одиночной репликации археи Methanosarcina mazei, выявленное методом Z-кривой». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 297 (2): 396–400. дои : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . ПМИД 12237132 .
^ Чжэн, Вэнь-Синь; Чен, Лин-Лин; Оу, Хун-Ю; Гао, Фэн; Чжан, Чун-Тин (1 августа 2005 г.). «Филогения коронавируса на основе геометрического подхода» . Молекулярная филогенетика и эволюция . 36 (2): 224–232. Бибкод : 2005МОЛПЭ..36..224Z . дои : 10.1016/j.ympev.2005.03.030 . ISSN 1055-7903 . ПМК 7111192 . ПМИД 15890535 .

Внешние ссылки

База данных кривых Z
«Ори-искатель» . Центр биоинформатики Тяньцзиньского университета (TUBIC). — бесплатная веб-программа для прогнозирования «источников репликации» с помощью Z-кривых.
ENCODE threads explorer Трехмерные связи в геноме. Природа (журнал)
ZКривая
Введение в Z-кривые. http://tubic.tju.edu.cn/zcurve/introduce.php
Определите стартовые сайты генов с помощью Z-кривых. http://tubic.tju.edu.cn/GS-Finder/

[1] Чжан CT, Чжан Р, Оу HY (2003). «База данных Z-кривых: графическое представление последовательностей генома» . Биоинформатика . 19 (5): 593–99. doi : 10.1093/биоинформатика/btg041 . ПМИД 12651717 .

[2] Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (февраль 1994 г.). «Z-кривые, интуитивный [ sic ] инструмент для визуализации и анализа последовательностей ДНК». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 11 (4): 767–782. дои : 10.1080/07391102.1994.10508031 . ПМИД 8204213 .

[3] Ю, Чэнлун; Дэн, Мо; Чжэн, Лу; Он, Ронг Люси; Ян, Цзе; Яу, Стивен С.-Т. (18 июля 2014 г.). «DFA7, новый метод различия между интронсодержащими и безинтронными генами» . ПЛОС ОДИН . 9 (7): e101363. Бибкод : 2014PLoSO...9j1363Y . дои : 10.1371/journal.pone.0101363 . ПМК 4103774 . ПМИД 25036549 .

[4] Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (01 апреля 2014 г.). «Краткий обзор: теория Z-кривой и ее применение в анализе генома» . Современная геномика . 15 (2): 78–94. дои : 10.2174/1389202915999140328162433 . ISSN 1389-2029 . ПМК 4009844 . ПМИД 24822026 .

[5] Чжан, Коннектикут (7 августа 1997 г.). «Симметричная теория последовательностей ДНК и ее приложения». Журнал теоретической биологии . 187 (3): 297–306. Бибкод : 1997JThBi.187..297Z . дои : 10.1006/jtbi.1997.0401 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 9245572 .

[6] Чжан Р., Чжан К.Т. (2005). «Идентификация начала репликации в геномах архей на основе метода Z-кривой» . Архея . 1 (5): 335–46. дои : 10.1155/2005/509646 . ПМЦ 2685548 . ПМИД 15876567 .

[7] Уорнинг П., Дженсен Л.Дж., Халлин П.Ф., Стаерфельдт Х.Х., Уссери Д.В. (февраль 2006 г.). «Происхождение репликации в кольцевых хромосомах прокариот» . Окружающая среда. Микробиол . 8 (2): 353–61. Бибкод : 2006EnvMi...8..353W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00917.x . ПМИД 16423021 . S2CID 3135023 .

[8] Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (20 сентября 2002 г.). «Происхождение одиночной репликации археи Methanosarcina mazei, выявленное методом Z-кривой». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 297 (2): 396–400. дои : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . ПМИД 12237132 .

[9] Уорнинг, Педер; Дженсен, Ларс Дж.; Халлин, Питер Ф.; Стаерфельдт, Ханс-Хенрик; Ассери, Дэвид В. (1 февраля 2006 г.). «Происхождение репликации в кольцевых хромосомах прокариот» . Экологическая микробиология . 8 (2): 353–361. Бибкод : 2006EnvMi...8..353W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00917.x . ISSN 1462-2912 . ПМИД 16423021 . S2CID 3135023 .

[10] Го Ф.Б., Оу HY, Чжан CT (2003). «ZCURVE: новая система распознавания генов, кодирующих белки, в геномах бактерий и архей» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (6): 1780–89. дои : 10.1093/нар/gkg254 . ПМК 152858 . ПМИД 12626720 .

[11] Чжан К.Т., Чжан Р. (2004). «Изохорные структуры в геноме мыши». Геномика . 83 (3): 384–94. дои : 10.1016/j.ygeno.2003.09.011 . ПМИД 14962664 .

[12] Чжан Р., Чжан К.Т. (2004). «Систематический метод идентификации геномных островов и его применение при анализе геномов Corynebacterium Glutamicum и Vibrio vulnificus CMCP6 хромосомы I» . Биоинформатика . 20 (5): 612–22. doi : 10.1093/биоинформатика/btg453 . ПМИД 15033867 .

[13] Чжан Р., Чжан К.Т. (2003). «Идентификация геномных островов в геноме Bacillus cereus методом сравнительного анализа с Bacillus anthracis». Физиологическая геномика . 16 (1): 19–23. doi : 10.1152/физиологгеномика.00170.2003 . ПМИД 14600214 .

[14] Чжан, Коннектикут; Лин, З.С.; Ян, М.; Чжан Р. (21 июня 1998 г.). «Новый подход к различению интронсодержащих и безинтронных генов на основе формата Z-кривых». Журнал теоретической биологии . 192 (4): 467–473. Бибкод : 1998JThBi.192..467Z . дои : 10.1006/jtbi.1998.0671 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 9680720 .

[15] Чжан, Рен; Чжан, Чун-Тин (20 сентября 2002 г.). «Происхождение одиночной репликации археи Methanosarcina mazei, выявленное методом Z-кривой». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 297 (2): 396–400. дои : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . ПМИД 12237132 .

[16] Чжэн, Вэнь-Синь; Чен, Лин-Лин; Оу, Хун-Ю; Гао, Фэн; Чжан, Чун-Тин (1 августа 2005 г.). «Филогения коронавируса на основе геометрического подхода» . Молекулярная филогенетика и эволюция . 36 (2): 224–232. Бибкод : 2005МОЛПЭ..36..224Z . дои : 10.1016/j.ympev.2005.03.030 . ISSN 1055-7903 . ПМК 7111192 . ПМИД 15890535 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]