قطعة متصلة

الموسوعة الحرة
تشكل القراءات المتداخلة من التسلسل المزدوج الأطراف أجزاءً متصلة؛ وتشكل الأجزاء المتصلة والفجوات ذات الطول المعروف سقالات .

الكونتيغ (من كلمة contiguous ) هو مجموعة من أجزاء الحمض النووي المتداخلة التي تمثل معًا منطقة توافقية من الحمض النووي . [ 1 ]

في مشاريع التسلسل من الأسفل إلى الأعلى ، يشير مصطلح "الكونتيغ" إلى بيانات التسلسل المتداخلة ( القراءات )؛ [ 2 ] أما في مشاريع التسلسل من الأعلى إلى الأسفل ، فيشير مصطلح "الكونتيغ" إلى المستنسخات المتداخلة التي تُشكل خريطة فيزيائية للجينوم تُستخدم لتوجيه التسلسل والتجميع . [ 3 ] وبالتالي، يمكن أن تشير "الكونتيغات" إلى كلٍ من تسلسلات الحمض النووي المتداخلة والقطاعات الفيزيائية المتداخلة (القطع) الموجودة في المستنسخات، وذلك حسب السياق.

التعريف الأصلي لكلمة contig

في عام ١٩٨٠، كتب ستادن [ ٤ ] : لتسهيل الحديث عن البيانات التي حصلنا عليها باستخدام طريقة التسلسل العشوائي، ابتكرنا مصطلح "كونتيغ". الكونتيغ عبارة عن مجموعة من قراءات الهلام الكهربائي المرتبطة ببعضها البعض من خلال تداخل تسلسلاتها. تنتمي جميع قراءات الهلام الكهربائي إلى كونتيغ واحد فقط، ويحتوي كل كونتيغ على قراءة هلام كهربائي واحدة على الأقل. يمكن جمع قراءات الهلام الكهربائي في الكونتيغ لتكوين تسلسل توافقي متصل، وطول هذا التسلسل هو طول الكونتيغ.

قطع متسلسلة

تُعرف سلسلة الكونتيغ بأنها سلسلة متصلة (غير متصلة) ناتجة عن إعادة تجميع شظايا الحمض النووي الصغيرة المُولَّدة بواسطة استراتيجيات التسلسل من الأسفل إلى الأعلى . يتوافق هذا المعنى لكلمة "كونتيغ" مع التعريف الأصلي الذي وضعه رودجر ستادن (1979). [ 5 ] تتضمن استراتيجية تسلسل الحمض النووي من الأسفل إلى الأعلى تقطيع الحمض النووي الجينومي إلى العديد من الشظايا الصغيرة ("من الأسفل")، ثم تسلسل هذه الشظايا، وإعادة تجميعها مرة أخرى في سلاسل كونتيغ، وفي النهاية الجينوم بأكمله ("من الأعلى"). ولأن التقنية الحالية تسمح بالتسلسل المباشر لشظايا الحمض النووي القصيرة نسبيًا فقط (300-1000 نيوكليوتيد)، يجب تجزئة الحمض النووي الجينومي إلى قطع صغيرة قبل التسلسل. [ 6 ] في مشاريع التسلسل من الأسفل إلى الأعلى، يُقطَّع الحمض النووي المُضخَّم عشوائيًا إلى شظايا ذات حجم مناسب للتسلسل. تُوضع قراءات التسلسل اللاحقة، وهي البيانات التي تحتوي على تسلسلات الشظايا الصغيرة، في قاعدة بيانات. يقوم برنامج التجميع [ 6 ] بالبحث في قاعدة البيانات هذه عن أزواج من القراءات المتداخلة. ويؤدي تجميع القراءات من زوج كهذا (بما في ذلك، بالطبع، نسخة واحدة فقط من التسلسل المتطابق) إلى إنتاج قراءة متصلة أطول (contig) من الحمض النووي المتسلسل. وبتكرار هذه العملية عدة مرات، بدءًا بأزواج القراءات القصيرة الأولية، ثم باستخدام أزواج أطول تدريجيًا ناتجة عن التجميع السابق، يمكن تحديد تسلسل الحمض النووي لكروموسوم كامل.

يشيع اليوم استخدام تقنية التسلسل ثنائي الأطراف، حيث يتم تسلسل طرفي قطع الحمض النووي الطويلة ذات الحجم المتناسق . ويُشير مصطلح "الكونتيغ" هنا إلى أي امتداد متصل من بيانات التسلسل الناتج عن تداخل القراءات. ولأن أطوال القطع معروفة، فإن المسافة بين قراءتي طرفي كل قطعة تكون معروفة أيضًا. [ 7 ] وهذا يُوفر معلومات إضافية حول اتجاه الكونتيغات المُنشأة من هذه القراءات، ويُتيح تجميعها في هياكل داعمة في عملية تُسمى "التكوين الهيكلي" .

تتكون السقالات من قطع متجاورة متداخلة تفصل بينها فجوات ذات أطوال معروفة. تسمح القيود الجديدة المفروضة على اتجاه هذه القطع بتحديد مواقع التسلسلات المتكررة بكثرة في الجينوم. إذا احتوت إحدى قراءات النهاية على تسلسل متكرر، فما دام نظيرها يقع ضمن قطعة متجاورة، يكون موقعه معروفًا. [ 7 ] يمكن بعد ذلك تسلسل الفجوات المتبقية بين القطع المتجاورة في السقالات باستخدام طرق متنوعة، بما في ذلك تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) متبوعًا بالتسلسل (للفجوات الصغيرة) وطرق استنساخ BAC متبوعة بالتسلسل للفجوات الكبيرة. [ 2 ]

قطع BAC

يمكن أن يشير مصطلح "كونتيغ" أيضًا إلى النسخ المتداخلة التي تُشكّل خريطةً فيزيائيةً للكروموسوم عند استخدام استراتيجية التسلسل الهرمي أو التسلسل من الأعلى إلى الأسفل . [ 1 ] في هذه الطريقة، تُنشأ خريطة منخفضة الدقة قبل التسلسل لتوفير إطار عمل يُوجّه عملية تجميع قراءات تسلسل الجينوم لاحقًا. تُحدّد هذه الخريطة المواقع النسبية والتداخل بين النسخ المستخدمة في التسلسل. تُسمى مجموعات النسخ المتداخلة التي تُشكّل امتدادًا متصلًا من الحمض النووي "كونتيغ"؛ ويُمثّل الحد الأدنى لعدد النسخ التي تُشكّل كونتيغًا يُغطّي الكروموسوم بأكمله مسار التجانب المُستخدم في التسلسل. بمجرد اختيار مسار التجانب، تُقطّع مُكوّناته من الحمض النووي البكتيري الاصطناعي (BACs) إلى أجزاء أصغر وتُسلسل. وبالتالي، تُوفّر الكونتيغات إطار عمل التسلسل الهرمي. [ 3 ]

تتضمن عملية تجميع خريطة القطع المتجاورة عدة خطوات. أولًا، يُقطع الحمض النووي إلى قطع أكبر (50-200 كيلوبايت)، تُستنسخ في كروموسومات بكتيرية اصطناعية (BACs) أو كروموسومات متعددة اصطناعية (PACs) لتكوين مكتبة BAC . وبما أن هذه المستنسخات يجب أن تغطي الجينوم/الكروموسوم بأكمله، فمن الممكن نظريًا تجميع قطعة متجاورة من BACs تغطي الكروموسوم بأكمله. [ 1 ] إلا أن الواقع ليس مثاليًا دائمًا. فغالبًا ما تبقى فجوات، وغالبًا ما تكون النتيجة الأولية هي هيكل - يتكون من قطع متجاورة وفجوات - يغطي منطقة الخريطة. [ 1 ] ويمكن سد الفجوات بين القطع المتجاورة باستخدام طرق مختلفة موضحة أدناه.

بناء قطع BAC

تُبنى متواليات BAC عن طريق محاذاة مناطق BAC ذات التداخل المعروف باستخدام طرق متنوعة. إحدى الاستراتيجيات الشائعة هي استخدام رسم خرائط محتوى مواقع التسلسل الموسومة (STS) للكشف عن مواقع الحمض النووي الفريدة المشتركة بين متواليات BAC. تُقدّر درجة التداخل تقريبًا بعدد علامات STS المشتركة بين نسختين، حيث يشير وجود عدد أكبر من العلامات المشتركة إلى تداخل أكبر. [ 2 ] ولأن هذه الاستراتيجية لا تُقدّم سوى تقدير تقريبي جدًا للتداخل، غالبًا ما يُستخدم تحليل شظايا الهضم بالإنزيمات المقيدة ، والذي يُوفّر قياسًا أكثر دقة لتداخل النسخ. [ 2 ] في هذه الاستراتيجية، تُعالج النسخ بإنزيم تقييد واحد أو اثنين ، وتُفصل الشظايا الناتجة بواسطة الرحلان الكهربائي الهلامي . إذا كانت نسختان، فمن المرجح أن يكون لديهما مواقع تقييد مشتركة، وبالتالي ستتشاركان في عدة شظايا. [ 3 ] ولأن عدد الشظايا المشتركة وطول هذه الشظايا معروفان (يُقاس الطول بالمقارنة مع معيار حجم)، يُمكن استنتاج درجة التداخل بدقة عالية.

الفجوات بين القطع المتجاورة

غالبًا ما تبقى فجوات بعد بناء متواليات الكروموسوم البكتيري الاصطناعي (BAC) الأولية. تحدث هذه الفجوات إذا كانت مكتبة الكروموسوم البكتيري الاصطناعي (BAC) التي تم فحصها ذات تعقيد منخفض، أي أنها لا تحتوي على عدد كبير من مواقع التسلسل المحددة (STS) أو مواقع التقييد، أو إذا كانت بعض المناطق أقل استقرارًا في مضيفات الاستنساخ، وبالتالي ممثلة تمثيلًا ناقصًا في المكتبة. [ 1 ] إذا بقيت فجوات بين المتواليات بعد تحديد مواقع التسلسل المحددة (STS) ورسم بصمات التقييد، فيمكن استخدام تسلسل نهايات المتواليات لسد هذه الفجوات. تُنشئ استراتيجية تسلسل النهايات هذه في الأساس موقع تسلسل محدد (STS) جديدًا لفحص المتواليات الأخرى. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام تسلسل نهاية المتوالية كسلسلة بادئات لسد الفجوة. [ 2 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 جريجوري، إس. تجميع كونتيج . موسوعة علوم الحياة، 2005.
  2. 1 2 3 4 5 جيبسون، جريج؛ ميوز، سبنسر ف. (2009). مدخل إلى علم الجينوم (  الطبعة الثالثة). سيناور أسوشيتس. ص  84. ISBN 978-0-878-93236-8.
  3. 1 2 3 عزيزي، رسم خرائط جينوم PH . موسوعة علوم الحياة، 2005. doi : 10.1038/npg.els.0005353 .
  4. ↑ ستادن، ر. (1980). "طريقة حاسوبية جديدة لتخزين ومعالجة بيانات قراءة هلام الحمض النووي" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 8 (16): 3673-3694 . doi : 10.1093/nar/8.16.3673 . PMC 324183. PMID 7433103 .  
  5. ↑ ستادن ر (1979). " استراتيجية لتسلسل الحمض النووي باستخدام برامج الحاسوب" . أبحاث الأحماض النووية . 6 (7): 2601-2610 . doi : 10.1093/nar/6.7.2601 . PMC 327874. PMID 461197 .  
  6. 1 2 دونهام، آي. تسلسل الجينوم . موسوعة علوم الحياة، 2005.
  7. 1 2 فولود إم جيه، وي سي، ليو إي تي، وآخرون (2009). "التسلسل الجيني من الجيل التالي لعلامات النهاية المزدوجة (PET) لتحليل النسخ الجيني والجينوم" . أبحاث الجينوم . 19 (4): 521-532 . doi : 10.1101/gr.074906.107 . PMC 3807531. PMID 19339662 .