के-मेर: Difference between revisions

{{broader|एन-ग्राम}}

[[File:K-mer diagram.svg|thumb|अनुक्रम ATGG में दो 3-मेर हैं: ATG और TGG।]]जैव सूचना विज्ञान के अंतर्गत, '''के-मर्स''' जीववैज्ञानिक अनुक्रम में सम्मिलित होने वाले लंबाई <math>k</math> के [[सबस्ट्रिंग|उपरज्जु]]  को कहते हैं। प्रमुख रूप से [[कम्प्यूटेशनल जीनोमिक्स|संगणनात्मक जीनोमिक्स]] और [[अनुक्रम विश्लेषण]] के संदर्भ में उपयोग होते हैं, जहां k-मर्स [[न्यूक्लियोटाइड|आणविकों]] (अर्थात् A, T, G और C) से मिलकर बने होते हैं।<ref>{{Cite journal|last1=Compeau|first1=Phillip E C|last2=Pevzner|first2=Pavel A|last3=Tesler|first3=Glenn|date=November 2011|title=जीनोम असेंबली में डी ब्रुइज़ ग्राफ़ कैसे लागू करें|journal=Nature Biotechnology|language=en|volume=29|issue=11|pages=987–991|doi=10.1038/nbt.2023|pmid=22068540|pmc=5531759|issn=1087-0156}}</ref> k-मर्स का उपयोग डीएनए संकलन, परजीवी जीन<ref name=":4">{{Cite journal|last1=Welch|first1=Mark|last2=Govindarajan|first2=Sridhar|last3=Ness|first3=Jon E.|last4=Villalobos|first4=Alan|last5=Gurney|first5=Austin|last6=Minshull|first6=Jeremy|last7=Gustafsson|first7=Claes|date=2009-09-14|editor-last=Kudla|editor-first=Grzegorz|title=एस्चेरिचिया कोलाई में सिंथेटिक जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन पैरामीटर|journal=PLOS ONE|language=en|volume=4|issue=9|pages=e7002|doi=10.1371/journal.pone.0007002|pmid=19759823|pmc=2736378|issn=1932-6203|bibcode=2009PLoSO...4.7002W|doi-access=free}}</ref><ref name=":6">{{Cite journal|last1=Gustafsson|first1=Claes|last2=Govindarajan|first2=Sridhar|last3=Minshull|first3=Jeremy|date=July 2004|title=कोडन पूर्वाग्रह और विषम प्रोटीन अभिव्यक्ति|journal=Trends in Biotechnology|language=en|volume=22|issue=7|pages=346–353|doi=10.1016/j.tibtech.2004.04.006|pmid=15245907}}</ref> अभिव्यक्ति को सुधारने, मेटाजेनोमिक<ref name=":0">{{Cite journal|last1=Perry|first1=Scott C.|last2=Beiko|first2=Robert G.|date=2010-01-01|title=Distinguishing Microbial Genome Fragments Based on Their Composition: Evolutionary and Comparative Genomic Perspectives|journal=Genome Biology and Evolution|language=en|volume=2|pages=117–131|doi=10.1093/gbe/evq004|pmid=20333228|pmc=2839357|issn=1759-6653}}</ref> सैंपल में प्रजातियों की पहचान, और [[क्षीण टीका]]करण<ref>{{Cite journal|last1=Eschke|first1=Kathrin|last2=Trimpert|first2=Jakob|last3=Osterrieder|first3=Nikolaus|last4=Kunec|first4=Dusan|date=2018-01-29|editor-last=Mocarski|editor-first=Edward|title=कोडन जोड़ी पूर्वाग्रह डीऑप्टिमाइजेशन द्वारा एक बहुत ही विषैले मारेक रोग हर्पीसवायरस (एमडीवी) का क्षीणन|journal=PLOS Pathogens|language=en|volume=14|issue=1|pages=e1006857|doi=10.1371/journal.ppat.1006857|pmid=29377958|issn=1553-7374|pmc=5805365}}</ref> बनाने के लिए किया जाता है। सामान्यतया, k-मर्स शब्द का उपयोग लंबाई L के एक अनुक्रम के सभी उपस्त्रिंशों के लिए किया जाता है, जिसका अर्थ होता है कि एक अनुक्रम AGAT के चार [[मोनोमर]] (A, G, A और T), तीन 2-मर्स (AG, GA, AT), दो 3-मर्स (AGA और GAT) और एक 4-मर्स (AGAT) होंगे। और अधिक व्यापक रूप से, लंबाई <math>L</math> वाले एक अनुक्रम में <math>L - k + 1</math> k-मर्स होंगे और <math>n^{k}</math> कुल संभव k-मर्स होंगे, यहां <math>n</math> संभावित मोनोमरों की संख्या है।

के-मेर्स केवल लंबाई <math>k</math> हैं ,परिणामस्वरूप . उदाहरण के लिए, डीएनए अनुक्रम के सभी संभावित k-mers निम्न दर्शाये गए हैं:

|+जीटीएजीजीसीटीजीटी के लिए के-मेर्स

!के-मर्स

क-मर्स को दृश्यीकरण करने की एक विधि, क-मर्स स्पेक्ट्रम, एक अनुक्रम में प्रत्येक क-मर्स की बहुतायत को उस बहुतायत के साथ क-मर्सों की संख्या के खिलाफ दर्शाती है।<ref name=":7">{{Cite journal|last1=Mapleson|first1=Daniel|last2=Garcia Accinelli|first2=Gonzalo|last3=Kettleborough|first3=George|last4=Wright|first4=Jonathan|last5=Clavijo|first5=Bernardo J.|date=2016-10-22|title=KAT: a K-mer analysis toolkit to quality control NGS datasets and genome assemblies|journal=Bioinformatics|volume=33|issue=4|language=en|pages=574–576|doi=10.1093/bioinformatics/btw663|pmid=27797770|issn=1367-4803|pmc=5408915}}</ref> एक प्रजाति के जीनोम के लिए क-मर्स स्पेक्ट्रम में क-मर्सों की मोड की संख्या भिन्न होती है, ज्यादातर प्रजातियों का एन्यूनतम ोडल वितरण होता है।<ref name=":5">{{Cite journal|last1=Chor|first1=Benny|author1-link= Benny Chor |last2=Horn|first2=David|last3=Goldman|first3=Nick|last4=Levy|first4=Yaron|last5=Massingham|first5=Tim|date=2009|title=Genomic DNA k-mer spectra: models and modalities|journal=Genome Biology|language=en|volume=10|issue=10|pages=R108|doi=10.1186/gb-2009-10-10-r108|pmid=19814784|pmc=2784323|issn=1465-6906}}</ref> यद्यपि, सभी स्तनधारी प्राणियों का बहुमोडल वितरण होता है। क-मर्स स्पेक्ट्रम में मोडों की संख्या जीनोम के विभिन्न क्षेत्रों के मध्य भी भिन्न हो सकती है: मानवों में 5' यूटीआर और [[एक्सॉन]] में एन्यूनतम ोडल क-मर्स स्पेक्ट्रम होता है, परंतु  3' यूटीआर और इंट्रॉन्स में बहुमोडल स्पेक्ट्रम होता है।

== डीएनए के-मेर आवृत्ति को प्रभावित करने वाली शक्तियां ==

क-मर्स के उपयोग की आवृत्ति को कई बाधाएं प्रभावित करती हैं, जो विभिन्न स्तरों पर कार्य करती हैं और प्रायः  एक-दूसरे के विरोध में होती हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि k के अधिक मानों के लिए क-मर्स पर प्रभावित करने वाली शक्तियों से भी प्रभावित होते हैं। जो न्यूनतम मानों के क-मर्स पर प्रभावित कर रहे होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि 1-मर A किसी अनुक्रम में नहीं होता है, तो A को सम्मिलित करने वाले 2-मर (AA, AT, AG और AC) भी नहीं होंगे, जिससे विभिन्न प्रभावों के प्रभाव को संबद्ध करते हैं।

जब k = 1 होता है, तो डीएनए के चार क-मर्स होते हैं, अर्थात् A, T, G और C। आणविक स्तर पर, G और C के मध्य तीन [[हाइड्रोजन बंध]]न होते हैं, जबकि A और T के मध्य केवल दो होते हैं। अतिरिक्त हाइड्रोजन बॉन्ड (और मजबूत स्टैकिंग अंतराक्रियाओं) के परिणामस्वरूप GC बंधन AT बंधन की तुलना में अधिक तापात्मक रूप से स्थिर होते हैं।<ref>{{Cite journal|last=Yakovchuk|first=P.|date=2006-01-30|title=बेस-स्टैकिंग और बेस-पेयरिंग डीएनए डबल हेलिक्स की थर्मल स्थिरता में योगदान देता है|journal=Nucleic Acids Research|language=en|volume=34|issue=2|pages=564–574|doi=10.1093/nar/gkj454|pmid=16449200|pmc=1360284|issn=0305-1048}}</ref> स्तनधारी प्राणियों और पक्षियों में Gs और Cs का अनुपात As और Ts की तुलना में अधिक होता है (जीसी-सामग्री), जिसके कारण जीसी-सामग्री विविधता के पीछे थर्मल स्थिरता होने की अवधारणा हुई थी ।<ref>{{Cite journal|last=Bernardi|first=Giorgio|date=January 2000|title=आइसोकोर्स और कशेरुकियों के विकासवादी जीनोमिक्स|journal=Gene|language=en|volume=241|issue=1|pages=3–17|doi=10.1016/S0378-1119(99)00485-0|pmid=10607893}}</ref> यद्यपि , यह अवधारणा जांच के दौरान समर्थन नहीं प्राप्त कर पाई: विभिन्न प्रोकैरियोटों के मध्य विश्लेषण ने दिखाया कि जीसी-सामग्री और तापमान के मध्य कोई संबंध नहीं है, जैसा कि थर्मल अनुकूलन के अवधारणा के अनुसार होना चाहिए।<ref>{{Cite journal|last1=Hurst|first1=Laurence D.|last2=Merchant|first2=Alexa R.|date=2001-03-07|title=High guanine–cytosine content is not an adaptation to high temperature: a comparative analysis amongst prokaryotes|journal=Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences|language=en|volume=268|issue=1466|pages=493–497|doi=10.1098/rspb.2000.1397|pmid=11296861|pmc=1088632|issn=1471-2954}}</ref> वास्तव में, यदि प्राकृतिक चयन जीसी-सामग्री विविधता के पीछे चलने वाला बल होता है, तो यह आवश्यक होगा कि एक पदार्थ के एकल न्यूक्लियोटाइड परिवर्तन, जो प्रायः  मौन होते हैं, किसी प्राणी की सुसंगतता को परिवर्तित कर सकते है।<ref name=":1">{{Cite journal|last1=Mugal|first1=Carina F.|last2=Weber|first2=Claudia C.|last3=Ellegren|first3=Hans|date=December 2015|title=GC-biased gene conversion links the recombination landscape and demography to genomic base composition: GC-biased gene conversion drives genomic base composition across a wide range of species|journal=BioEssays|language=en|volume=37|issue=12|pages=1317–1326|doi=10.1002/bies.201500058|pmid=26445215|s2cid=21843897}}</ref>

जीसी-सामग्री पूर्वाग्रहों पर चर्चा करने वाले साहित्य के तुलनात्मक रूप से बड़े समूह के अतिरिक्त , द्विनाभिपूर्वक पूर्वाग्रहों के बारे में अपेक्षाकृत न्यूनतम लिखा गया है। यह ज्ञात है कि जीसी-सामग्री के विपरीत, ये द्विनाभिपूर्वक पूर्वाग्रह पूरे जीनोम में अपेक्षाकृत स्थिर होते हैं, जैसा कि ऊपर देखा गया है, काफी भिन्न हो सकते हैं।<ref name=":3">{{Cite journal|last=Karlin|first=Samuel|date=October 1998|title=वैश्विक डाइन्यूक्लियोटाइड हस्ताक्षर और जीनोमिक विविधता का विश्लेषण|journal=Current Opinion in Microbiology|language=en|volume=1|issue=5|pages=598–610|doi=10.1016/S1369-5274(98)80095-7|pmid=10066522}}</ref> यह एक महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि है जिसे नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए। यदि द्विनाभिपूर्वक पूर्वाग्रह अनुवाद के परिणामस्वरूप दबाव के अधीन थे, तो [[कोडिंग क्षेत्र]] और [[गैर-कोडिंग डीएनए]] क्षेत्रों में द्विनाभिपूर्वक पूर्वाग्रह के पृथक -पृथक  पैटर्न होंगे जो कुछ डाइनुसेलोटाइड्स की न्यूनतम  अनुवादात्मक दक्षता से प्रेरित होते  होंगे।<ref>{{Cite journal|last1=Beutler|first1=E.|last2=Gelbart|first2=T.|last3=Han|first3=J. H.|last4=Koziol|first4=J. A.|last5=Beutler|first5=B.|date=1989-01-01|title=Evolution of the genome and the genetic code: selection at the dinucleotide level by methylation and polyribonucleotide cleavage.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|language=en|volume=86|issue=1|pages=192–196|doi=10.1073/pnas.86.1.192|pmid=2463621|pmc=286430|issn=0027-8424|bibcode=1989PNAS...86..192B|doi-access=free}}</ref> क्योंकि ऐसा नहीं है, इसलिए यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि द्विनाभिपूर्वक पक्ष को मोड़ने वाले बल अनुवाद से अस्पष्ट हैं। द्विनाभिपूर्वक पक्षों के अनुवादिक परिकल्पना को प्रभावित करने के विरोधी प्रमाण है कि वायरसों के द्विनाभिपूर्वक पक्ष उनके मात्रिका परिवार से अधिक परिवर्तित करते हैं, जो उनके मेजबानों के अनुवादिक यंत्रों को वायरल परिवारों के विरुद्ध परिवर्तित करते हैं।।<ref>{{Cite journal|last1=Di Giallonardo|first1=Francesca|last2=Schlub|first2=Timothy E.|last3=Shi|first3=Mang|last4=Holmes|first4=Edward C.|date=2017-04-15|editor-last=Dermody|editor-first=Terence S.|title=पशु आरएनए वायरस में डाइन्यूक्लियोटाइड संरचना मेजबान प्रजातियों की तुलना में वायरस परिवार द्वारा अधिक आकार में होती है|journal=Journal of Virology|language=en|volume=91|issue=8|doi=10.1128/JVI.02381-16|pmid=28148785|pmc=5375695|issn=0022-538X}}</ref>

प्रोटीन जो डीएनए संकेतित करता है, बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली चालक विभिन्न प्राकृतिक [[ एमिनो एसिड |एमिनो एसिड]] होते हैं। यद्यपि  , केवल चार न्यूक्लियोटाइड होते हैं। इसलिए, न्यूक्लियोटाइड्स और एमिनो एसिड्स के मध्य  एक-से-एक संबंध नहीं हो सकता है। उसी तरह, 16 2-मर्स होते हैं, जो प्रत्येक एमिनो एसिड को स्पष्टतः प्रतिष्ठित करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। यद्यपि  , डीएनए में 64 अलग-अलग 3-मर्स होते हैं, जो प्रत्येक एमिनो एसिड को अद्वितीय रूप से प्रतिष्ठित करने के लिए पर्याप्त होते हैं। ये पृथक 3-मर्स कोडॉन कहलाते हैं। यद्यपि , प्रत्येक कोडॉन केवल एक एमिनो एसिड से मिलता है, प्रत्येक एमिनो एसिड को कई कोडॉन से प्रतिष्ठित किया जा सकता है। इस प्रकार, एक ही एमिनो एसिड अनुक्रम के कई डीएनए प्रतिष्ठान बना सकता है। रोचक बात यह है कि प्रत्येक एमिनो एसिड के लिए कोडॉन का उपयोग बराबर प्रमाण में नहीं होता है। इसे [[कोडन उपयोग पूर्वाग्रह]] (सीयूबी) कहा जाता है। जब k = 3 होता है, तो सच्चा 3-मर आवृत्ति और सीयूबी के मध्य  एक अंतर किया जाना चाहिए।<ref name=":2">{{cite journal | last1 = Hershberg | first1 = R | last2 = Petrov | first2 = DA | year = 2008 | title = कोडन पूर्वाग्रह पर चयन| journal = Annual Review of Genetics | volume = 42 | pages = 287–299 | doi = 10.1146/annurev.genet.42.110807.091442 | pmid = 18983258 }}</ref> उदाहरण के लिए, श्रृंगार एक ऐसी पदार्थ है जिसमें चार 3-मर शब्द होते हैं (ATG, TGG, GGC और GCA), जबकि केवल दो कोडॉन (ATG और GCA) होते हैं। यद्यपि , सीयूबी 3-मर उपयोग अवसाद का मुख्य कारक होता है (क्योंकि एक कोडिंग क्षेत्र में के-मरों के १/३ हिस्से कोडॉन होते हैं) और इस पर ध्यान केंद्रित होता है।

विभिन्न कोडॉनों की आवृत्ति में विविधता के यथार्थ कारण को पूर्णतः समझा जा सका नहीं है। यह जाना जाता है कि कोडॉन प्राथमिकता टीआरएनए प्रचुरताओं के संगठन से संबद्ध होती है, जहां प्रचुरतम tRNA के समान कोडॉन उसी प्रमाण में अधिक आवृत्तिक होते हैं।<ref name=":2" /> और यह जाना जाता है कि अधिक उच्च स्तर पर प्रकटित प्रोटीनों में अधिक सीयूबी होता है।<ref>{{Cite journal|last1=Sharp|first1=Paul M.|last2=Li|first2=Wen-Hsiung|date=1987|title=कोडन अनुकूलन सूचकांक - दिशात्मक पर्यायवाची कोडन उपयोग पूर्वाग्रह और इसके संभावित अनुप्रयोगों का एक माप|journal=Nucleic Acids Research|language=en|volume=15|issue=3|pages=1281–1295|doi=10.1093/nar/15.3.1281|pmid=3547335|pmc=340524|issn=0305-1048}}</ref> इससे प्रकट होता है कि अनुवादात्मक क्षमता या सटीकता के लिए चयन प्राथमिकता सीयूबी विविधता के पीछे चलने वाला बल होता है।

द्विनाभिपूर्वक पूर्वाग्रह में देखे गए प्रभाव के समान, फ़ाइलोजेनेटिक रूप से समान जीवों के टेट्रान्यूक्लियोटाइड पूर्वाग्रह न्यूनतम  निकटता से संबंधित जीवों की तुलना में अधिक समान हैं।<ref name=":0" />टेट्रान्यूक्लियोटाइड पूर्वाग्रह में भिन्नता का सटीक कारण अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, परंतु  यह अनुमान लगाया गया है कि यह आणविक स्तर पर आनुवंशिक स्थिरता के रखरखाव का परिणाम है।<ref>{{Cite journal|last1=Noble|first1=Peter A.|last2=Citek|first2=Robert W.|last3=Ogunseitan|first3=Oladele A.|author-link3=Dele Ogunseitan|date=April 1998|title=माइक्रोबियल जीनोम में टेट्रान्यूक्लियोटाइड आवृत्तियाँ|journal=Electrophoresis|volume=19|issue=4|pages=528–535|doi=10.1002/elps.1150190412|issn=0173-0835|pmid=9588798|s2cid=9539686}}</ref>