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Curva Z

Curva Z del cromosoma III de C. elegans El método de la curva Z (o curva Z ) es un algoritmo bioinformático para el análisis del genoma . La curva Z es una curva tridimensional ...

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Curva Z del cromosoma III de C. elegans

El método de la curva Z (o curva Z ) es un algoritmo bioinformático para el análisis del genoma . La curva Z es una curva tridimensional que constituye una representación única de una secuencia de ADN ; es decir, tanto la curva Z como la secuencia de ADN dada pueden reconstruirse de forma única a partir de la otra . [ 1 ] La curva resultante tiene forma de zigzag, de ahí su nombre: curva Z.

Fondo

El método de la curva Z se creó por primera vez en 1994 como una forma de mapear visualmente una secuencia de ADN o ARN. Diferentes propiedades de la curva Z, como su simetría y periodicidad, pueden proporcionar información única sobre la secuencia de ADN. [ 2 ] La curva Z se genera a partir de una serie de nodos, P 0 , P 1 ,...P N , con las coordenadas x n , y n , y z n (n=0,1,2...N, donde N es la longitud de la secuencia de ADN). La curva Z se crea conectando cada uno de los nodos secuencialmente. [ 3 ]

incógnitanorte=(Anorte+GRAMOnorte)−(donorte+Tnorte){\displaystyle x_{n}=(A_{n}+G_{n})-(C_{n}+T_{n})}

ynorte=(Anorte+donorte)−(GRAMOnorte+Tnorte){\displaystyle y_{n}=(A_{n}+C_{n})-(G_{n}+T_{n})}

znorte=(Anorte+Tnorte)−(donorte+GRAMOnorte){\displaystyle z_{n}=(A_{n}+T_{n})-(C_{n}+G_{n})}

norte=0,1,2,...norte{\displaystyle n=0,1,2,...N}

Aplicaciones

La información sobre la distribución de nucleótidos en una secuencia de ADN se puede determinar a partir de la curva Z. Los cuatro nucleótidos se agrupan en seis categorías diferentes. Los nucleótidos se clasifican en cada categoría según alguna característica definitoria y a cada categoría se le asigna una letra. [ 4 ]

Los componentes x, y y z de la curva Z muestran la distribución de cada una de estas categorías de bases para la secuencia de ADN estudiada. El componente x representa la distribución de purinas y pirimidinas (R/Y). El componente y muestra la distribución de aminoácidos y cetonas (M/K), y el componente z muestra la distribución de bases con enlaces de hidrógeno fuertes y débiles (S/W) en la secuencia de ADN. [ 5 ]

El método de la curva Z se ha utilizado en muchas áreas diferentes de la investigación del genoma , como la identificación del origen de replicación , [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] , la predicción de genes ab initio , [ 10 ] la identificación de isocoras , [ 11 ] la identificación de islas genómicas [ 12 ] y la genómica comparativa . [ 13 ] También se ha demostrado que el análisis de la curva Z puede predecir si un gen contiene intrones , [ 14 ]

Investigación

Los experimentos han demostrado que la curva Z puede utilizarse para identificar el origen de replicación en diversos organismos. Un estudio analizó la curva Z de múltiples especies de arqueas y halló que el oriC se localiza en un pico pronunciado de la curva, seguido de una base ancha. Esta región era rica en bases AT y presentaba múltiples repeticiones, lo cual es característico de los sitios de origen de replicación. [ 15 ] Este y otros estudios similares se utilizaron para generar un programa capaz de predecir los orígenes de replicación mediante la curva Z.

La curva Z también se ha utilizado experimentalmente para determinar relaciones filogenéticas . En un estudio, se analizó un nuevo coronavirus en China mediante análisis de secuencias y el método de la curva Z para determinar su relación filogenética con otros coronavirus. Se determinó que las similitudes y diferencias entre especies relacionadas pueden determinarse rápidamente examinando visualmente sus curvas Z. Se creó un algoritmo para identificar el centro geométrico y otras tendencias en la curva Z de 24 especies de coronavirus. Los datos se utilizaron para crear un árbol filogenético. Los resultados coincidieron con el árbol generado mediante análisis de secuencias. El método de la curva Z demostró ser superior porque, mientras que el análisis de secuencias crea un árbol filogenético basado únicamente en secuencias codificantes del genoma, el método de la curva Z analizó el genoma completo. [ 16 ]

Referencias

  1. ↑ Zhang CT, Zhang R, Ou HY (2003). "La base de datos de curvas Z: una representación gráfica de secuencias genómicas" . Bioinformatics . 19 (5): 593– 99. doi : 10.1093/bioinformatics/btg041 . PMID 12651717 . 
  2. ↑ Zhang, Ren; Zhang, Chun-Ting (febrero de 1994). "Z Curves, An Intuitive [ sic ] Tool for Visualizing and Analyzing the DNA Sequences". Journal of Biomolecular Structure and Dynamics . 11 (4): 767– 782. doi : 10.1080/07391102.1994.10508031 . PMID 8204213 . 
  3. ↑ Yu, Chenglong; Deng, Mo; Zheng, Lu; He, Rong Lucy; Yang, Jie; Yau, Stephen S.-T. (2014-07-18). "DFA7, un nuevo método para distinguir entre genes con intrones y genes sin intrones" . PLOS ONE . 9 (7) e101363. Bibcode : 2014PLoSO...9j1363Y . doi : 10.1371/journal.pone.0101363 . PMC 4103774. PMID 25036549 .  
  4. ↑ Zhang, Ren; Zhang, Chun-Ting (2014-04-01). "Una breve revisión: la teoría de la curva Z y su aplicación en el análisis del genoma" . Current Genomics . 15 (2): 78– 94. doi : 10.2174/1389202915999140328162433 . ISSN 1389-2029 . PMC 4009844. PMID 24822026 .   
  5. ↑ Zhang, CT (1997-08-07). "Una teoría simétrica de las secuencias de ADN y sus aplicaciones". Journal of Theoretical Biology . 187 (3): 297– 306. Bibcode : 1997JThBi.187..297Z . doi : 10.1006/jtbi.1997.0401 . ISSN 0022-5193 . PMID 9245572 .  
  6. ↑ Zhang R, Zhang CT (2005). " Identificación de orígenes de replicación en genomas de arqueas basada en el método de la curva Z" . Archaea . 1 (5): 335– 46. doi : 10.1155/2005/509646 . PMC 2685548. PMID 15876567 .  
  7. ↑ Worning P, Jensen LJ, Hallin PF, Staerfeldt HH, Ussery DW (febrero de 2006). "Origen de la replicación en cromosomas procariotas circulares" . Environ. Microbiol . 8 (2): 353– 61. Bibcode : 2006EnvMi...8..353W . doi : 10.1111 / j.1462-2920.2005.00917.x . PMID 16423021. S2CID 3135023 .  
  8. ↑ Zhang, Ren; Zhang, Chun-Ting (2002-09-20). "Origen de replicación único de la arquea Methanosarcina mazei revelado por el método de la curva Z". Biochemical and Biophysical Research Communications . 297 (2): 396– 400. doi : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . PMID 12237132 .  
  9. ↑ Worning, Peder; Jensen, Lars J.; Hallin, Peter F.; Staerfeldt, Hans-Henrik; Ussery, David W. (2006-02-01). " Origen de la replicación en cromosomas procariotas circulares" . Microbiología ambiental . 8 (2): 353– 361. Bibcode : 2006EnvMi...8..353W . doi : 10.1111/j.1462-2920.2005.00917.x . ISSN 1462-2912 . PMID 16423021. S2CID 3135023 .   
  10. ↑ Guo FB, Ou HY, Zhang CT (2003). "ZCURVE: un nuevo sistema para reconocer genes codificadores de proteínas en genomas bacterianos y arqueales" . Nucleic Acids Research . 31 (6): 1780– 89. doi : 10.1093/nar/gkg254 . PMC 152858. PMID 12626720 .  
  11. ↑ Zhang CT, Zhang R (2004). "Estructuras de isocoras en el genoma del ratón". Genomics . 83 (3): 384– 94. doi : 10.1016/j.ygeno.2003.09.011 . PMID 14962664 . 
  12. ↑ Zhang R, Zhang CT (2004). "Un método sistemático para identificar islas genómicas y sus aplicaciones en el análisis de los genomas de Corynebacterium glutamicum y Vibrio vulnificus CMCP6 cromosoma I" . Bioinformatics . 20 (5): 612– 22. doi : 10.1093/bioinformatics/btg453 . PMID 15033867 . 
  13. ↑ Zhang R, Zhang CT (2003). "Identificación de islas genómicas en el genoma de Bacillus cereus mediante análisis comparativo con Bacillus anthracis". Physiological Genomics . 16 (1): 19– 23. doi : 10.1152/physiolgenomics.00170.2003 . PMID 14600214 . 
  14. ↑ Zhang, CT; Lin, ZS; Yan, M.; Zhang, R. (1998-06-21). "Un nuevo enfoque para distinguir entre genes con intrones y genes sin intrones basado en el formato de las curvas Z". Journal of Theoretical Biology . 192 (4): 467– 473. Bibcode : 1998JThBi.192..467Z . doi : 10.1006/jtbi.1998.0671 . ISSN 0022-5193 . PMID 9680720 .  
  15. ↑ Zhang, Ren; Zhang, Chun-Ting (2002-09-20). "Origen de replicación único de la arquea Methanosarcina mazei revelado por el método de la curva Z". Biochemical and Biophysical Research Communications . 297 (2): 396– 400. doi : 10.1016/s0006-291x(02)02214-3 . ISSN 0006-291X . PMID 12237132 .  
  16. ^ Zheng, Wen-Xin; Chen, Ling-Ling; Ou, Hong-Yu; Gao, Feng; Zhang, Chun-Ting (1 de agosto de 2005). «Filogenia del coronavirus basada en un enfoque geométrico» . Filogenética molecular y evolución . 36 (2): 224– 232. Código Bib : 2005MolPE..36..224Z . doi : 10.1016/j.ympev.2005.03.030 . ISSN 1055-7903 . PMC 7111192 . PMID 15890535 .   
  • La base de datos de la curva Z
  • "Ori-Finder" . Centro de Bioinformática, Universidad de Tianjin (TUBIC).— un programa gratuito basado en la web para predecir "orígenes de replicación" utilizando curvas Z.
  • Explorador de hilos ENCODE: Conexiones tridimensionales a través del genoma. Nature (revista).
  • Curva Z
  • Introducción a las curvas Z. http://tubic.tju.edu.cn/zcurve/introduce.php
  • Identificación de sitios de inicio de genes mediante curvas Z. http://tubic.tju.edu.cn/GS-Finder/