19
كتابيت انعهىمات انم مقذمت فجينىميت وانىيت حيزيصىر انشهيذ من د/أحم1 ريد منصىر السهي د/أحم والجينىميةىيةتية الحيعلىما الم كتاب مقدمة فميتكاديبت اشز/ انمكتن دار ان اننقاهزة ا ذق7 - 509 - 281 - 977 - ISBN: 978 ابعات بين التت ىئج التواز أ نتا كيف تقرتجة من الػلنا اBlast لكى ن عرؼ كيف نمج الػلناتجة مف برنات التتابعائج التوازى بيف ا أ نتا قرBlast يجب أف نتعرؼلتالى:مخصة فى الجدوؿ ات المصطمحاى بعض الم عم اءةحات ىامة لقرصطم م و ىئج التواز نتالتشابو اابعات بين التت الرقم الصطمح م تعريف التفسير1 Expected value أوE.Value نسبة الصدفة المتوقعة نتيجة الصدفةلتشابو نسبة ا ادتما ز قمت ىذه النسبة كمما كميحئج والعكس صحلنتا معنوية ا2 تطابقIdentical match (*) ىو ولتشابو ا تطابقبر عنيا برمز ويع النجمةبر عن يع ال تطابقكامل بين ال اللمقارنة المدرسة وا وحدة3 موجبة أشارةPositive score (Conservative) (:) (.) و غير متطابقر عن وجود تشاب يعب بنقطة أوأث يرمز لو و ن ين فمث كان إذا نفس المجموعةكن داخل حدث تغيير ولورين أو بيورين بقاعدة قاعدة بيأي( ميدين أو ليوسينري بيميدين بقاعدةري بي بأيزول موجب. يأخذ رقم) يوسين فى الخواص بينر عن تشابو يعبلمقارنة مع وجود أحدلبية الغا افاتخت الناتج أى أن التغير ا فىؼ معنوىينتج عنو أخت لنيائىفة البروتين ا شكل ووظي4 سالبة أشارةNegative score (-) كون التغير بين بروتينلحالة ي في ىذه اميدين أو الرمي وبي يكون س لذلك عكScore سالبة إشارةلناتج ينتج عنو أى أن التغير اى شكل ووظيفةؼ معنوى ف أختلنيائى البروتين ا5 Gap ( ) اغ فر منطقة فارغة أي ىناك أحماض وىي تقابل أي حمض آخر أو نية أمييدات نيوكميوت تقابل أي يدات نيوكميوت أخرى ات حذؼ أو ويعنى ذلك وجود طفربع المدروسلتتافة فى ا أضاابعات أخرىمقارنتة بتت بحصائية لحسابس اس ا نسبة الصدفةExpected value أوE.Value عمى لمرقـ الرقـ ا(High Score) قصىشوائييف يتبع الحد ايف عيف تتابع لنتيجة التوازى ب العشوائى لمتوزيعExterm Value distribution) .) ويجب معرف ة اف نسبة الصدفةبر عف تع غات ا وجود فر التوازى بدوفلتالى عمىؿ المثاجة الصدفة. وينطبق ا التى تحدث نتي ات عدد المرنية بيشكل( 06 ) شكل06 : حصائىس اسا شكل يوضح ا نسبة الصدفة لحسابE. Value. بياناثعذة ان حجم قايهاتحصم عهيجت انمنت انيجت انصذفت نتىقعت انعشىائيت انمتيجتنت ان النتيجة التىازي

كتاب مقدمة فى علم المعلوماتية الحيوية والجينومية (كيف تقرأ نتائج التوازى بين التتابعات)

Embed Size (px)

Citation preview

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 1

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

Blastالناتجة من الػ كيف تقرأ نتائج التوازى بين التتابعات

أف نتعرؼ يجب Blastقرأ نتائج التوازى بيف التتابعات الناتجة مف برنامج الػ ن عرؼ كيفنلكى عمى بعض المصطمحات الممخصة فى الجدوؿ التالى:

بين التتابعات التشابونتائج التوازى و مصطمحات ىامة لقراءة التفسير تعريف مصطمحال الرقم1 Expected value أوE.Value

نسبة الصدفةكمما قمت ىذه النسبة كمما زادت نسبة التشابو المتوقعة نتيجة الصدفة

معنوية النتائج والعكس صحيح

(*) Identical match تطابق 2

ويعبر عنيا برمز تطابقالتشابو و ىو النجمة

الكامل بين تطابقاليعبر عن وحدة المدرسة والمقارنةال

أشارة موجبة 3

Positive score (Conservative)

(:) (.)

يعبر عن وجود تشابو غير متطابقإذا كان فمثال يننويرمز لو بنقطة أوأث

حدث تغيير ولكن داخل نفس المجموعة )أي قاعدة بيورين بقاعدة بيورين أو

بيريميدين بقاعدة بيريميدين أو ليوسين يوسين( يأخذ رقم موجب.بأيزول

يعبر عن تشابو فى الخواص بين الغالبية المقارنة مع وجود أحد

أى أن التغير الناتج األختالفاتالينتج عنو أختالؼ معنوى فى شكل ووظيفة البروتين النيائى

أشارة سالبة 4

Negative score (-) في ىذه الحالة يكون التغير بين بروتين

عكس لذلك ال يكون وبيرميميدين أو الScore إشارة سالبة

أى أن التغير الناتج ينتج عنو أختالؼ معنوى فى شكل ووظيفة

البروتين النيائى

5 Gap ( ) وىي منطقة فارغة أي ىناك أحماض فراغأمينية ال تقابل أي حمض آخر أو

نيوكميوتيدات ال تقابل أي نيوكميوتيدات أخرى

ويعنى ذلك وجود طفرات حذؼ أوأضافة فى التتابع المدروس

بمقارنتة بتتابعات أخرى

E.Valueأو Expected value نسبة الصدفةاألسس األحصائية لحساب

لنتيجة التوازى بيف تتابعيف عشوائييف يتبع الحد األقصى (High Score)الرقـ األعمى لمرقـ تعبر عف نسبة الصدفةة اف ويجب معرف (.(Exterm Value distributionلمتوزيع العشوائى

عدد المرات التى تحدث نتيجة الصدفة. وينطبق المثاؿ التالى عمى التوازى بدوف وجود فراغات (06)شكل بينية

.E. Value لحساب نسبة الصدفةشكل يوضح األساس األحصائى :06شكل

حجم قاعذة انبياناث

اننتيجت انمتحصم عهيها

اننتيجت انمتىقعت انعشىائيت نتيجت انصذفت

النتيجة

ياز

ىلت

ا

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 2

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

نتائج التوازى بيف ف األشارات اليامة المستخدمة لمتعبيرعمعانى ويوضح الشكل التالى بعض (06)شكل Blast التتابعات الناتجة مف الػ

.مصطمحات ىامة لقراءة نتائج التوازى والتشابو بيف التتابعاتشكل يوضح :06شكل

(*) Identical matchتطابق

Positive score أشارة موجبة

(Conservative) (:) (.)

ارة سالبةأش

Negative score (-) ( ) Gap فراغ

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 3

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

رسم خريطة لمواقع أنزيمات القصرتتابع جينى أنزيمات القصر فى تتابع قعمواتتطمب بعض تجارب اليندسة الوراثية عمل خريطة كاممة ل

برامجوىناؾ العديد مف الجينى معيف. وتفيد مثل ىذه الخرائط العديد مف تجارب التطويع الجينى. توفره الشركات برامج عمى رسـ وتوقع شكل ىذه الخرائط. بعض ىذه الالمجانية التى تساعد

NEB cutterستخدمة ىو برنامج عمى مواقعيا. ومف أشير البرامج الم المنتجة ليذه األنزيماتالشييرة New England Biolabsوالخاص بشركة www.neb.comوالموجود عمى موقع

فى منتجات البيوتكنولوجى.

New Englandح الصفحة الرئيسية لموقع شركة البيوتكنولوجى الخاصة شكل يوض :02شكل

Biolabs .

يعمل البرنامج عمى التعرؼ NEB cutterفى برنامج الػ عند وضع التتابع المرغوب دراستوعمى مناطق أطار القراءة فى الجيف المرغوب بناء عمى األكواد والشفرات الوراثية المعروفة فى

مناطق القصر )القطع( فى التتابع كما يقـو البرنامج أيضا بالتعرؼ عمى E.coliبكتريا الػ المتوفرة TypeIIIأنواع وبعض TypeIIلنوع الثانى المدروس الخاصة بأنزيمات القصر مف ا

البرنامج األنزيمات المتوفرة مف الشركة يستخدـ بدايةفى ال تجاريا والتى تقطع فى أماكف متفردة.( 06ار اى نوع مف األنزيمات األخرى المتوفرة تجاريا كما يظير فى) شكل ولكف يمكنؾ اختي

النتاتج. ويجب األخذ فى األعتبار أف الحد وىناؾ أختيارات أخرى سوؼ تظير مع صفحة

أسم الشركة الخاصة فى مجال البيوتكنولوجى

برنامج لتوقع أماكن قصر التتابعات

الوراثية

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 4

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

األقصى لحجـ الممف الذى يمكف تحميمو ىو واحد ميجابايت كما أف أقصى طوؿ لمتتابع الذى ويوضح الشكل التالى صفحة األدخاؿ فى البرنامج مع وجود الف قاعدة. 666يمكف دراستو ىو

عدد مف األختيارات المختمفة.

والتى تحتوى عمى NEBcutterشكل يوضح صفحة األدخاؿ الرئيسية لبرنامج الػ :06شكل العديد مف األختيارات .

تظير لنا مجموعة جديدة مف األختيارات (More options)وبالضغط عمى زر خيارات أخرى اليامة مثل أختيار مجموعة أخرى مف أنزيمات القصر أو تجاىل بعض المناطق المعينة أثناء

. (06شكل) ة القطع او تحديد منطقة معينة مف التتابع المدروس ألجراء عممية القطععممي NEBcutterخيارات أضافية فى برنامج الػ

تجاىل تحويرات مناطق الميثمة )أضافة مجموعة ميثل( المختمفة )مثل مناطقCpG,

Dam, Dcm, EcoBI and EcoKI).)

أنزيمات القصر ) أستخداـ أنزيمات النوع األوؿ والثالث مفtype I & III

restriction enzymes.)

.أختيار جدوؿ األكواد الوراثية المختمفة ألحد األنواع

.أمكانية البحث فى جزء محدد مف الػتتابع المدخل

.أمكانية تخزيف النتائج وأمكانية أسترجاعيا خالؿ بضعة أياـ

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 5

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

والتى تحتوى عمى العديد NEBcutterبرنامج الػشكل يوضح الخيارات األضافية ل :06شكل مف األختيارات المكممة.

ثـ يتـ أدخاؿ التتابعات المرغوبة فى المكاف المخصص والضغط عمى زر تنفيذ كما فى )الشكل 06)

والكبس عمى زر التنفيذ. FASTAصيغة الػ أدخاؿ التتابعات فى صورة (:06)الشكل

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 6

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

( بحيث تظير أماكف القصر المختمفة بأستخداـ 00يجة مف البرنامج كما فى )شكل تخرج النت

أنزيمات القصر المختمفة عمى طوؿ التتابع المدروس.

. NEBcutterلبرنامج الػ (: شكل صورة النتائج المخرجة مف00)الشكل

ى معمومات حوؿ وعند الضغع عمى كممة دليل فى أعمى يميف صفحة األدخاؿ نحصل عم

.06وخواصو وكيفية أستخدامو كمافى شكل البرنامج

. NEBcutterلبرنامج الػ (: صورة توضح شكل صفحة الدليل06)الشكل

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 7

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

لمتتابعات البيولوجية ناظر بينالت

Sequence Alingment between biological sequences

ىذه تستخدـ ة جدًا في الدراسات البيولوجية ولذلؾىام التناظر أو التوارى ىى أداه أداةأف

:فى مقارنة البينة بيف التتابعات البيولوجية مثل Bioinformaticsاألداة في عمـ .DNAمقارنة تتابعات الػ -6 .RNAمقارنة تتابعات -2 مقارنة تتابعات بروتينية. -6

يف التتابعات المختمفة .ويمكف عف إيجاد التشابيات أو األختالفات ب وتتـ ىذه المقارنة بغرض طريق نتائج التناظر مساعدة الكثير مف األبحاث البيولوجية عمى سبيل المثاؿ:

اكتشاؼ األصل المشترؾ لمجموعة جينات أو بروتينات. - التنبؤ بالوظيفة والتركيب لمجيف او البروتيف المدروس. - في الجينات والبروتينات. المتشابو Sub sequenceتحديد التتابعات التحتية - تحديد المناطق النشطة المتشابية. - تحديد التتابعات المتداخمة. -

تناظر التتابعات البيولوجية . الناتجة مفتطبيقات ال بعض (: صورة توضح06شكل)الشكل

أكتشاف جيناث جذيذة

أكتشاف جيناث جذيذة أكتشاف انمنطق انمنظمت نعمم انجين

دراست انتطىر بين

انكائناث

تطىيزبحث وتنظيم

ذ انبياناثقىاع

مقارنت انجيناث انمتشابهت فً

انجينىماث انمختهفت

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 8

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

Sequence similarity و جينات بكثرة عدد الحروؼ بالعيف المجردة إيجاد التشابو بيف تتابعيف أمف الصعب

كما يظير فى الشكل التالى.لذلؾ كاف البد مف وجود برامج الحاسب اآللي إليجاد ىذه الفروؽ

بدوف إيجاد التشابو بيف تتابعيف بالعيف المجردة ةبو صع(: صورة توضح بعض 06شكل)الشكل تناظر لمتتابعات البيولوجية . عمل

S1لو أخذنا خيطيف أحدىما DNAكيف يمكف المقارنة بيف تتابعيف مف عمى سبيل المثاؿ: فنحاوؿ أف نحرؾ بعض سوؼ تتابعيفمتشابو بيف ال مقطعوؿ طبحث عف ألم S2واآلخر

التتابعات وليكف في الخيط الثاني ووضع بعض الفجوات بيذا التتابع لنحصل عمى أكبر قدر مف التشابو بيف الخيطيف.

S1 ACGTCATCA

S2 TAGTGTCA

لنحصل عمى أكبر قدر مف التشابو بيف اتتتابعتحريؾ ال(: صورة توضح 70شكل)الشكل .الخيطيف

التشابه بين التتتابعاتبداية

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 9

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

؟كيف يمكن أن نحسب أفضل توازي بين تتابعين :عمى يشتمللحساب أفضل توازى الناتج النيائي لمتحوير في الخيطيف

. Substitutionالقواعدي التبديل أو التبادؿ ف الناتج مف الدرجة المعطاه لمطفور -6 .Indelؼ تسمى ز اإلضافة أو الح الناتجة مف الدرجة المعطاه لمطفرة -2 .Similarirty الدرجة المعطاه لمتشابو -6

التتابعيف مف تشابو بيف ىذه التتابعات. بكلإلى معادلة لحساب أفضل توازي أو ونحتاج ف نحسب رياضيًا أكثرىـ تشابيًا عف طريق مختمفتيف أكثر مف احتماؿ لمتوازي لذلؾ نحاوؿ أال

األرقاـ المعطاه لكل العناصر السابقة، لذلؾ كاف أفضل األشياء ىو عمل برنامج الحاسب اآللي يستطيع أف يحسب ىذه التشابيات ويختار أفضميا )أعالىا قيمة(.

طريقة عمل البرنامج:شابو ما بيف نضع الخيطيف في مصفوفة حتى نحاوؿ الوصوؿ ألفضل حساب لمت .كما يوضح الشكل التالى الخيطيف

الوصوؿ ألفضل حساب لمتشابو ما بيف الخيطيف(: صورة توضح طريقة 71شكل)الشكل .التوازى ىناؾ نوعيف

حساب أفضم مناطق انتشابه بين تتابعين

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 11

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

وىناؾ نوعيف مف التوازى: لفحص مناطق التشابو بيف تتابعيف مختمفيف(Local alignment) ( التوازى الجزئى) -6

جزئيا.لبحث عف التشابو ما بيف تتابعيف عمى الطوؿ Global alignment) ( )التوازى الكمى)-2

الكمي لمتتابعيف. Global) و)التوازى الكمى( )(Local alignment) ىناؾ تشابيو النواتج بيف )التوازى الجزئى(

alignment ليس ىناؾ أي نتيجة بالسالب. -6 .ويستمر حتى صفر مصفوفة المستخدمةيبدأ بأعمى نتيجة بناء عمى ال -2

تـ أكتشافو عف طريق العالـ Global alignment) توازى الكمى )ويجدر األشار أف الػNeedleman-Wunsch جزئىتوازى الالػأما ( (local alignmentأكتشافو عف طريق تـ

Smith-Waterman العالـ والشكل التالى يوضح الفرؽ بيف األثنيف.

: صورة توضح التوازى الجزئى والتوازى الكمى.72شكل ال

(Local alignment) : التوازى الجزئى أوالً عف طريق وضع أرقاـ تعبرعف العناصرالوراثية المختمفة كما يمى: التوازى الجزئىويمكف حساب

:يمكف تبسيط المفاىيـ كما يمىفمثال Indel= - 2)) 2-اوالحذؼ = ضافةاأل طفرة -6

(Match +1) 6طفرة التشابو= + -2

(Mismatch -1) 6-طفرة األختالؼ = -6

التوازى الجزئى

Local alignment

كمىالتوازى ال

Global alignment

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 11

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

:التالى كما يمى مثاؿوعمى ذلؾ يمكف حساب ال

المجموع = (4 × 2-) + (2 × 1-) + (13 × 1+) =3

مثاؿ أخر:

المجموع = (11 × 2-) + (6 × 1-) + (5 × 1+) = 23-

حيث أف مف الناحية البيولوجية ليست دقيقة ـ الطفور السابقتقييال درجات نظاـ ممحوظة: اختيار عف غيرىا. تحتاج درجات تقييـ أكثر )طفرات( ىناؾ بعض االختالفات

فى الخواص ) الحجـ إذا تـ تغيير قاعدة أو حمض أميني بحمض أميني آخر مشابو لو فمثال ميني بحمض أميني مختمفمختمفة عف تغيير حمض أ تقييـ البد أف يأخذ درجة ،الشحنة، الخ(

.أخر مختمف فى الخاص المثاؿ عمى ذلؾ:

: صورة توضح أنواع طفرات األستبداؿ المختمفة.73شكل

طفزة األستبذال

قىاعذ بيىرينيت

قىاعذ بيزيميذينيت

لطفرة التحى

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 12

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

يكوف )قواعد بيريميدينية( C, T بيف وأ Purine)قواعد بيورينية( A, Gإذا حدث تبادؿ بيف يكوف التقييـ تقييـ أقل و فإف ىذا يأخذ T, Gعمى العكس مف حدوث تبادؿ بيف التقيـ أعمى وذلؾ

األثر البيولوجى لمطفرة والذى يزداد التي وضعت في اعتبارىا ةديدجعمى حسب المصفوفة ال .بتباعد خواص المجوعات الكيميائية المستبدلة )مثال بيوريف مع بيريميديف(

طفرة األستبداؿ داخل درجات( فى حيف أف66فمثال يظير الجدوؿ التالى أف تقييـ التشابة يقيـ )تقيـ نفس المجموعة الكيميائية يساوى صفر . أما طفرة األستبداؿ مف خارج المجموعة الكيميائية

. (6-بػ ) عتبار األثر والتى أخذت فى األ DNAات المقترحة لطفرات الػ مصفوفجدوؿ يوضح أحد ال

البيولوجى لمطفرة

ويمكف تطبيق ىذا الجدوؿ عمى المثاؿ التالى

: صورة توضح أستخداـ أحد المصفوفات المقترحة لتقييـ التوازى والطفور.66الشكل :()طفرات الحذؼ أو األضافة Scoring gaps تقييم الفراغات

A C G T

A 10 -5 0 -5

C -5 10 -5 0

G 0 -5 10 -5

T -5 0 -5 10

غير متشابهة

متشابهة مجمىعة متشابهة

غير متشابهة

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 13

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

رات الحذؼ أو األضافة والتى تظير فى التتابعات عمى المصفوفة عمى قيـ تمثل طف تحتوى يجب ( عند Gap opining(. وقد لوحع أف الفراغ األوؿ )-شكل مسافة فارغة تمثل بخط قصير )

Gapيأخذ تقييـ أكبر مف الفراغات التى تميو )( dوالذى يرمز لو بالرمز )محدد موقع

extensionsعند نفس الموقع ) ( والذى يرمز لو بالرمزe). ( فمثال نجد أف الفراغ األوؿGap

opining) تقييـ) تأخذ (-4 ( فى حيف أف الفراغات التى تميوGap extensions) ) تقييـ) تأخذ ذلؾ يتضح بالمثاؿ التالى. و 1-)

مثاؿ أخر: أ

:ةممكنال تقييم عدد األحتماالت النيائية تعبر عفوتكوف نتيجة البرنامج ممكف يمكف أف ينتج عف ىناؾ أكثر مف حل

حيث يمكف أف يكوف ىناؾ أكثر مف حل آخر.وىى األعمى قيمة حسابيا. أفضل ىذه الحموؿ GAATC GAAT-C -GAATC

CATAC C-ATAC C-ATAC

GAATC- GAAT-C GA-ATC

CA-TAC CA-TAC CATA-C

أحتماالت

حسابلكثيرة ل

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 14

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

وبحساب ىذه األمثمة يمكننا معرفة أييما أفضل.

التشابو بيف التتابعات ا أف نرى مف المثاؿ التالى كيف أثرت أضافة الفراغات فى زيادة ويمكن ولماذا نحتاج الى ىذه الفراغات بشكل كبير

.كيف أثرت أضافة الفراغات فى زيادة التشابو بيف التتابعات: صورة توضح 66الشكل

أيجاد مذي انتشابه بين انتتابعين

أضافت فزاغاث

أضافت انمشيذ من انفزاغاث

أضافت فزاغاث

انىصىل انً أفضم تقييم نهتشابه

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 15

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

ابعيف يجب األخذ فى األعتبار حساب المحصمة وليذا فأنو عند حساب التوازى الجزئى بيف تتالكمية لمفراغات ومواضع القواعد. وذلؾ يتـ عف طريق توازى كل قاعدة فى التتابع األوؿ مع

قاعدة أخرى أو فراغ فى الخيط الثانى كما يظير فى الشكل التالى:

.ى تتابعيفأحتماالت التشابو واألختالؼ بيف القواعد فكيف وضح شكل ي: 60الشكل

.DNA : شكل يوضح أنواع الطفرات المختمفة الممكف حدوثيا عمى تتابع مف الػ 66الشكل فأذا أفترضنا بأف:

d-= (Gap)الفراغ - S-= (Mismatch)عدـ التشابو - + M= (Match)التشابو -

Xغير المتشابية )عدد القواعد – X (M= )عدد القواعد المتشابية (F)لذلؾ فأف المجموع S )– عدد الفراغات(GAP d X).

( فأف ىناؾ عدد كبير مف األحتماالت التى يمكف توقعيا عند عمل توازى 66وكما يوضح )شكل بيف تتابعيف. وبناءعمى ذلؾ يتـ حساب أعمى األحتماالت ووضعيا عمى رأس القائمة.

عف طريقيا حساب أحتماالت التشابو بيف تتابعيف. شكل المصفوفة التى يمكف: شكل يوضح 66الشكل

هت )حفظ تطىري(قاعذة متشاب قاعذة مختهفت )طفزة أستبذال( فزاغ )طفزة حذف(

انتتابع األصهً

طفزة األستبذال

طفزة األضافت

طفزة انحذف

هناك عذد كبيز جذا من

األحتماالث نهتىاسي بين تتابعين

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 16

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

ونظرا لوجود أكثر مف أحتماؿ ممكف عند عمل توازى بيف تتابعييف فأنو قد التكوف النتيجة التى . (66الشكل ) قد يظيرىا البرنامج فى البداية ىى أفضل النتائج الممكنة

متشابو بيف تتابعيف. فة لمختم أحتماالتستة : شكل 66الشكل

عمى تغير فى ه فى الكائنات المختمفة قد أشتملونظرا آلف التطور الجزيئى فى الجينات المتناظر اليتـ غالبا حساب أى فراغات متواجدة عند لذلؾ أطواؿ ىذه الجينات مع األحتفاظ بالوظيفة

ويمكف وضح . كل التالىالتوازى الجزئى وذلؾ كما يظير فى الشاألطراؼ عند تصميـ برامج أو لتوازى لحساب االفراغات عند األطراؼ بدوف التأثير عمى الناتج النيائى غير محدود مف

.التشابو

.التى يمكف تجاىميا عف حساب التشابو الفراغات عند األطراؼ شكل: شكل يوضح 66الشكل

واألختالؼ بيف تتابعات مختمفة يمكنو أف يحدد بدقة مقدار التشابوجزئى توازى الونالحع أف الػ األطواؿ متشابية كما يوضح الشكل التالى: فى األطواؿ واليحتاج أف تكوف

: صورة توضح التوازى الجزئى بيف تتابعييف مختمفيف فى الطوؿ ولكف يحتوياف عمى 66شكل منطقة واحدة متشابية.

جزئىتوازى الالػ

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 17

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

التشابو الوظيفى بيف تتابعات بروتينية مناطق ولذلؾ يمكف أستخداـ التوازى الجزئى فى أكتشاؼوقد يكوف التشابية الجزئى فى . وظيفيا متشابوو تحتوى عمى مناطق فعالة التىمختمفة األطواؿ و

مناطق مختمفة فى التتابعيف المدروسيف ولكف ينجح التوازى الكمى فى أظيارىا بنجاح كما يظير (.62فى الشكل )

سواء فى المنتصف يىجذ بها انتشابه انجشئً بين انتتابعينماكف المختمفة التى قد (: يظيراأل62شكل ) أو األطراؼ.

مناطق متشابو بيف إيجادويعمل التوازى الجزئى عمى معادالت بسيطة تعتمد فكرة حسابيا عمى كل منيما. ويفيد ذلؾ جدا فى أظيار فى أماكف مختمفة فى ةموجودوىذه المناطق تتابعيف

فى الكائنات المختمفة تطوريا. كما يفيد الجينات نفس المجموعة مف غيرات التى توجد بيفالت الكشف عف المناطق الوظيفية المتشابية فى البروتينات ذات الصمة. التشابو الجزئى فى

% بيف اى 66وتجدر األشارة أف بمقارنة جينومات الثدييات وجدأف ىناؾ نسبة تشابو حوالى حتوى الكمى ف. وقد ظيرت مؤخرا مجموعة مف المواقع والبرامج التى تقارف المحيوانييف ثديي

ـو أحد الكائنات بجينوـ أخر. جينليظير األختالؼ الدقيق بيف التتابعات متقاربة فى األطواؿ والتركيب ولكف فأما التوازى الكمى

ب مالحظتو.عحدث فييا تغيير تطورى صغير يص

مناطق انتشابه بين انتتابعين مىجىدة فً األطزاف

مناطق انتشابه بين انتتابعين مىجىدة فً انمنتصف

1

2

1

2

ق متشابهت بين تتابعين مختهفينمناط

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 18

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

الفرؽ التوازى الجزئى والتوازى الكمى : صورة توضح66شكل وىو متواجد بشكل BLASTأفضل البرامج المستخدمة فى أظيار التوازى الجزئى ىو برنامج

الموجود في الواليات كما يوجد أيضا NCBIمجانى عمى موقع المركز الوطنى لمتقنية الحيوية والذى مف EMBL) )يا الجزيئيةعمى موقع المعمل األوروبى لمبيولوجClustal Wأيضا برنامج

.(66)شكل خاللو يمكف أختيار عمل توازى جزئى أو كمى

(: أشير البرامج وأكثرىا أنتشارا لعمل التوازى الجزئى و التوازى الكمى. 66)شكل

انتىاسي

انجشئً

انتىاسي

انكهً

د/أحمذ منصىر انشهيزيحيىيت وانجينىميت مقذمت فً انمعهىماتيت انكتاب

كتاب مقدمة فً المعلىماتية الحيىية والجينىمية د/أحمد منصىر السهيري 19

ISBN: 978-977-281-509- 7ذقً انقاهزة ان –دار اننشز/ انمكتبت األكاديميت

(Global Aligment)التوازى الكمى مينى أو قاعدة نتروجينية فى التتابعات توازى بيف كل حمض أالتوازى الكمى عمى فكرة اليعتمد

المدروسة عمى مستوى األطواؿ الكمية ليذه التتابعات. التوازى الكمى ىاـ جدا لعمل التوازى ولكنو اليعطى كثيرا مف (Multiple Sequence Alignments)المتعدد لمتتابعات

المعمومات عند مقارنة تتابعييف. ى األطالؽ لمكشف عف التشابو بيف تتابعيف آلف العمميات غير مفيد عمالتوازى الكمى أيضا

التنطبق عميو. فى التوازى الكمى (E-Value)مل الصدفة ااألحصائية المستخدمة لحساب معفى تتابعات النتروجينية ولكف تكوف ةاعدأو ق ض أمينيأختفاء مفاجى آلى حمأيضا اليحدث

داية التحميل مع أضافة بعض الفراغات عند تتابعات عند بمالنيائى مشابية تماما ل الناتج ختالؼ فى األطواؿ. األ

وىناؾ ثالث أسباب رئيسية لعمل التوازى الكمى : أوال: الكشف عن االختالفات الصغيرة بين تتابعيين

التوازى الكمىويعتبر ىذا مثال مع تتابعات قد حدث ليا تغيير عف طريق الخطأ. وقد يحدث ماكف األختالفات الدقيقة بيف تتابعيف.أفضل طريقة لمتعرؼ أ

(Genetic Polymorphism) التعرؼ عمى تعدد المظاىر الوراثى : ثانيا بيف تتابعات وراثية قريبة الصمة. (SNPs)مثل األختالفات فى قاعدة واحدة

ثالثا: مقارنة تتابعيين مختمفين و متداخمين جزئيا.متتابعيف مع عدـ حساب قيـ عدـ التوازى عند ل التوازى الكمىفى ىذه الحالة يجب عمل

األطراؼ. بعض المصطمحات اليامة فى التطور

Phylogenetics :القرابة التطورية ما بيف األنواع المختمفة ويأخذ في االعتبار أف ىناؾ شيئاف ىناؾ أصل لكل نوع. -6 ىناؾ مسافة تطورية. -2

Cladogram : ي ال يوجد بينيا قرابة.الت المتشابية الجيناتالعالقة بيف Orthologous وجود نفس الجيف بنفس الوظيفة في كائنات مختمفة تطورية مثل :HSF.

Paralogous مف الجيف في نفس الكائف نتيجة حدوث طفرات أو ي : موجود نسخة آخر تضاعف وقد تقوـ بوظيفة مختمفة.

Xanologousخاؿ : حيث يتـ إدخالو في كائف ولـ يورث تطوريًا مثل إدPT إلى داخل النباتات.