Odose: یک وب سرور برای محاسبه گسترده ژنوم واگرایی تطبیقی در پروکاریوت ها

کمیت الگوهای واگرایی تطبیقی بین گونه ها یک هدف اصلی در مطالعه مقایسه ای و تکاملی ژنوم پروکاریوت است. هنگامی که به طور مناسب اعمال شود ، آزمایش مک دونالد-کریتمن (MK) یک آزمایش قدرتمند از انتخاب بر اساس فرکانس نسبی تعویض های غیر مترادف و مترادف بین گونه ها در مقایسه با پلی مورفیسم های غیر مترادف و مترادف در گونه ها است. وب سرور اودوز (جهت ارتولوگ موتور انتخاب) امکان محاسبه یک پسوند جدید از آزمون MK ، جهت انتخاب (DOS) آماری و همچنین محاسبه یک شاخص بی طرفی وزنی متوسط (NI) را برای کل فراهم می کند. ژنوم اصلی ، امکان تجزیه و تحلیل سیستماتیک نیروهای تکاملی را که شکل واگرایی ژنوم هسته را در پروکاریوت ها شکل می دهند. Odose در یک محیط کهکشان میزبانی می شود ، که باعث می شود استفاده از آن آسان شود و برای سفارشی سازی قابل استفاده باشد و به صورت آزاد در www.odose. nl در دسترس است.

استناد: Vos M ، Te Beek TAH ، Van Driel MA ، Huynen MA ، Eyre-Walker A ، Van Passel MWJ (2013) Odose: یک وب سرور برای محاسبه گسترده ژنوم از واگرایی تطبیقی در پروکاریوت ها. PLOS ONE 8 (5): E62447. https://doi. org/10. 1371/joual. pone. 0062447

ویراستار: سلین بروچی ر-آرمانت ، Université کلود برنارد - لیون 1 ، فرانسه

دریافت: 22 ژانویه 2013 ؛پذیرفته شده: 21 مارس 2013 ؛منتشر شده: 6 مه 2013

کپی رایت: © 2013 Vos et al. این یک مقاله دسترسی آزاد است که تحت شرایط مجوز انتساب Creative Commons توزیع شده است ، که امکان استفاده ، توزیع و تولید مثل بدون محدودیت در هر رسانه را فراهم می کند ، مشروط بر اینکه نویسنده و منبع اصلی اعتبار داشته باشند.

بودجه: MWJVP توسط سازمان تحقیقات علمی هلند (NWO) از طریق کمک هزینه ونی تأمین می شود. TTB و MAVD توسط برنامه Bioassist/BRS مرکز بیوانفورماتیک هلند ، که توسط ابتکار ژنومیک هلند پشتیبانی می شود ، تأمین می شود. این کار بخشی از برنامه Big Grid ، شبکه علوم الکترونیکی هلندی است که از نظر مالی توسط NWO پشتیبانی می شود. MV با سرمایه گذاری از صندوق توسعه منطقه ای اروپا و برنامه همگرایی صندوق اجتماعی اروپا برای کورنوال و جزایر Scilly به مرکز اروپایی محیط زیست و بهداشت انسان پشتیبانی می شود. سرمایه گذاران هیچ نقشی در طراحی مطالعه ، جمع آوری داده ها و تجزیه و تحلیل ، تصمیم به انتشار یا تهیه نسخه خطی نداشتند.

منافع رقابتی: MWJVP عضو هیئت تحریریه PLOS است. این امر پیروی نویسندگان به تمام سیاست های PLOS ONE در مورد اشتراک داده ها و مواد را تغییر نمی دهد.

معرفی

تنوع ژنومی عظیم باکتری ها و Archaea به سرعت توسط روش های توالی نسل بعدی کشف می شود. توجه زیادی در مطالعات ژنومیک مقایسه ای به تفاوت در محتوای ژن واسطه انتقال ژن جانبی ، تکثیر ژن و از دست دادن ژن ، به عنوان سویه های مرتبط می تواند به طور قابل توجهی در محتوای ژن متفاوت باشد [1]. ژنوم لوازم جانبی به وضوح از اهمیت عمیقی برای فیزیولوژی و بوم شناسی سویه ها و گونه ها برخوردار است. با این حال ، به طور فزاینده ای مشخص شده است که ژنهای هسته باکتریایی که بین گونه ها حفظ می شوند ، نقش مهمی در سازگاری طاقچه نیز دارند [2] - [7]. آزمون مک دونالد-کریتمن (MK) یک آزمایش قدرتمند از انتخاب است [8]-[10] با مقایسه الگوهای تعویض غیر مترادف و مترادف در یک گونه با کسانی که این گونه را از یک گونه خارج از گروه جدا می کنند. در اولین کاربرد بزرگ از آزمایش MK به پروکاریوت ها ، تخمین زده می شود که حداقل 50 ٪ از تغییرات اسید آمینه ثابت در ژنهای اصلی اشرشیاکلی و سالمونلا enterica به دلیل سازگاری باشد [9] ، نشان می دهد که تکامل توالی پروکاریوت می تواند در تکامل توالی پروکاریوت باشد. بخش بزرگی با انتخاب طبیعی شکل می گیرد.

آزمون MK براساس این فرض است که تحت تکامل خنثی ، نسبت تعویض های مترادف و ناموفق در یک گونه همان است که بین این گونه و یک گونه خارج از گروه است. اگر یک گونه به دلیل انتخاب مثبت (با تغییر فنوتیپ خود) متفاوت باشد ، بیش از حد از تغییرات غیر متعارف بین گونه ها نسبت به آن در گونه ها انتظار می رود. این امر به این دلیل است که جهش های تطبیقی نسبتاً سریع ثابت هستند و بنابراین در پلی مورفیسم های داخل خاص کمک می کنند اما به واگرایی بین گونه ها کمک می کنند. در مقابل ، هنگامی که جهش های مضر به دلیل انتخاب تصفیه ناکارآمد ، در یک گونه از هم جدا می شوند ، پلی مورفیسم های ناشناس بیش از حد نماینده هستند و واگرایی تطبیقی دست کم گرفته می شود. آمار خلاصه استاندارد آزمون MK ، شاخص بی طرفی نیکل است [11]: (1)

جایی که P_Nو ص_Sپلی مورفیسم های غیر مترادف و مترادف و d هستند_Nو د_Sتفاوتهای ثابت غیر مترادف و مترادف بین گونه ها هستند. با Ni = 1 ، هیچ تفاوتی در الگوی بین تعویض های غیر مترادف و مترادف و گونه ها به صورت بی طرف وجود ندارد. با NI1 ، اختلافات ثابت بین گونه ها به دلیل واگرایی غیر مترادف از آنچه انتظار می رود ، کمتر است. این امر با انتخاب در برابر تغییر پروتئین (انتخاب منفی) ایجاد می شود ، در حالی که واگرایی در درجه اول با تثبیت خنثی تعویض های مترادف (رانش) هدایت می شود. انحراف آماری از Ni = 1 را می توان با استفاده از یک جدول احتمالی 2 × 2 و یک آزمایش مربع Chi ارزیابی کرد. در برخی مطالعات معکوس شاخص بی طرفی [11] ، شاخص تثبیت ، استفاده می شود (به عنوان مثال [12]).

از آنجا که آماری آزمون MK Ni بر اساس نسبت دو نسبت است ، نمی توان آن را برای ژنهایی که D محاسبه کرد محاسبه کرد_Nیا P_S0. این امر منجر به دور انداختن بسیاری از ژن ها از مجموعه داده ها می شود (به عنوان مثال [13]). برای مقابله با این مشکل ، Stooletzki و Eyre-Walker [14] یک آمار جایگزین را پیشنهاد کرده اند ، به نام جهت انتخاب (DOS): (2)

DOS را می توان برای همه ژن ها محاسبه کرد به جز مواردی که هر دو p_Sو ص_Nو/یا هر دو D_Nو د_Sصفر هستنداهمیت DOS را می توان به همان روش NI ارزیابی کرد.

مفید است که بتوانیم واگرایی تطبیقی را برای همه ارتولوگهای مشترک بین دو گونه ("ژنوم اصلی") تعیین کنیم. جمع بندی پلی مورفیسم و واگرایی برای همه ارتولوگ ها برای محاسبه ارزش نیکل یا میانگین Ni برای همه ارتولوگهای فردی با این حال منجر به تعصب آماری می شود [14]. برای محاسبه یک NI کلی در بین ژن های stoletzki و eyre-walker پیشنهاد استفاده از یک نوع از روش Haenzsel-Mantel برای ترکیب جداول احتمالی. یک رمان متوسط وزنی از آمار NI برای همه ژنهای مشترک ، NI_TG(به نام Tarone و Greenland) بدون در نظر گرفتن ناهمگونی NI در ژن ها عملکرد خوبی دارد و دارای فاصله اطمینان 95 ٪ است [14]: (3)

به منظور ارائه یک روش کاربر پسند برای استفاده از آزمایش MK انتخاب در کل ژنوم اصلی باکتریایی ، ما یک سرویس وب با یک رابط کاربری گرافیکی به نام ODOSE (جهت ارتولوگ موتور انتخاب) تهیه کرده ایم. خط لوله Odose محققان را قادر می سازد ژنوم های Prokaryote مورد علاقه را از پایگاه داده NCBI انتخاب کنند و/یا داده های ژنوم خود را بارگذاری کنند ، پس از آن آمار DOS برای هر ارتولوگ تک کپی (SICO) و NI محاسبه می شود._TGآمار برای همه سیکوها ترکیبی محاسبه می شود ، و این امکان را برای توصیف گسترده ژنوم واگرایی تطبیقی فراهم می کند.