Dizilim Hizalama

7. Hafta

Dizilim Hizalama Nedir?

• İki veya daha fazla DNA, RNA veya protein dizisinin bir hizalanmasıdır.

• Çoklu dizilim hizalama (Multiple Sequence Alignment - MSA) ikiden daha fazla sayıda

genetik dizilimin hizalanması anlamına gelir.

• Diziler arasındaki homolog bölgeler hizalanır.

• Bunu yapmak için aralara boşluk eklenir.

Neden Hizalama Yaparız?

• Hizalamalar, dizilimler arasındaki benzerlik bölgelerinin tanımlanmasına izin

verir.

• DNA / RNA kopyalanması sırasında oluşabilen indelleri (ekleme ve silme)

tespit ederiz.

Hizalama ne için kullanılır?

• Eldeki genetik dizilimin filogenetik ağacının bulunması için.

• Bir gen içindeki ilgi/koruma alanlarını(motifler, bağlama yerleri vb.) aramak

için

• Kısa okuma analizlerinde referans olarak kullanmak için

Nasıl hizalarız?

• Hizalama programlarının amacı, 3 modifier’a dayalı puanı en üst düzeye çıkarmaktır:

• Ödüllendirici eşleşme (+puan)

• Nadir yer değiştirmelerin cezalandırılması (- puan)

• Bir yer değiştirme matrisine ihtiyaç duyulur.

• Boşlukları cezalandırma

• Boşluk açma ve uzatma için tablo gerektirir.

• Farklı programlar farklı yöntemlerle bu işlemleri gerçekleştirir.

Yer Değiştirme/İkame Matrisleri

• Karakterleri karşılaştırıken üzerlerinde ağırlıklar belirlenir.

• En basit şekilde eşleşme olduğunda +1, olmadığında 0.

• Bazı yer değiştirmeler diğerlerinden daha kabul edilebilir olduğundan,

bunların ağırlıklandırılması gerekir.

• İkame matrisi her yer değiştirme için puan ataması yapar.

• Bu matris verilen benzerlik hizalamaları ile inşa edilir.

Boşluklar

• Bir veya daha fazla dizilimde bir ekleme veya kalan dizilerde bir silme işlemini temsil eder.

• İki tür ceza, boşluklarla ilişkilendirilir

• Boşluk açma

• Sıradaki bir boşluğun ilk açılışını yapmak için

• Boşluk uzatma

• Var olan boşluğa fazladan bir boşluk karakteri ekleme

• Genellikle boşluk uzatma cezası, boşluk açma cezasından daha düşüktür.

İkili Hizalama

• Dot-matrix

• 1 dizilim sütun, 1 dizilim satır olacak şekilde yerleştirilir.

• İki karakterin eşleştiriği yere bir nokta yerleştirilir.

• Dinamik Programlama

• Dizilimleri en iyi şekilde hizalamak için bir puanlama fonksiyonu kullanılır.

• Ya global ya da yerel hizalama algoritması kullanılır.

• Word

• Verilen büyüklükte bir «word/kelime»yi kullanan sezgisel yöntem.

• Eşleşen kelimeleri bulun ve 1 dizilim bitene veya eşiğin altına düşene kadar hizalamayı genişletin

Global ve Yerel

• Global hizalama yöntemi dizileri uçtan uca hizalamaya çalışır.

• Dizilimler yaklaşık olarak aynı boyutlarda ise kullanışlıdır.

• Needleman-Wunsch algoritması

• Yerel bir hizalama yöntemi, benzer dizilerin bir veya daha fazla uzantısını bulmaya çalışır.

• Bir dizilim diğerinden önemli ölçüde daha uzun olduğunda ya da büyük benzer olmayan dizilimlerde benzer motiflerin küçük olması durumunda faydalıdır.

• Smith-Waterman algoritması

Çoklu Dizilim Hizalama (MSA)

• Progressive

• İkili hizalama yap.

• Rehber ağacı oluşturmak için bir kümeleme algoritması kullan.

• Bu rehber ağacını kullanarak, en yakın iki dizilimden başlayıp bunlardan en uzak olana kadar art arda çift hizalamalar oluşturun.

• Iterative

• Bir MSA verildiğinde bir dizilimi kaldırın ve diğerlerine yeniden hizalayın.

• Ağırlıkları ve mesafe ölçütlerini de optimize edebilir

• Yakınsama sağlamak için tekrarla

Needleman-Wunsch Algoritması

• İki dizilimin en iyi hizalanmasının bulunması problemini çözen algoritmadır.

• Bu problemin çözümü için elimizde 2 adet matrisimiz olmalıdır

• Puan matrisi

• Geri-izleme matrisi

Needleman-Wunsch Algoritması

• Bu algoritma 3 adımdan oluşur.

1.Puan matirsinin ilk atamasının yapılması.

2.Puanların hesabı ve Geri-izleme matrisinin doludurulması.

3.Geri-izleme matrisinden hizalamanın çıkarılması.

Needleman-Wunsch Algoritması

• AGG ve ACGG için yapalım.