موضوع مقاله: توالی‌یابی دنوو | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # توالی‌یابی دنوو | مقدمه: انواع روش‌های توالی‌یابی دنوو به‌طور کلی دو الگوریتم در توالی‌یاب‌های دنوو استفاده می‌شوند. | ## بخش 1: توالی‌یابی دنوو | روش الگوریتم حریصانه که در آن هدف پیدا کردن بهینهٔ محلی و الگوریتم گراف دی براین که هدف پیدا کردن بهینهٔ جهانی است. توالی‌یاب‌ها برای اهداف متفاوتی مانند توالی‌یابی ژنوم باکتری (توالی کوتاه)، توالی‌یابی ژنوم یوکاریوتها (توالی بلند) یا ترانسکریپتوم‌ها ساخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. توالی‌یاب‌هایی که از الگوریتم‌های حریصانه استفاده می‌کنند بهینهٔ محلی را با سامان‌دهی خوانده‌های کوچک می‌یابند. آن‌ها ابتدا فاصلهٔ دوبه‌دوی خواندهها را محاسبه کرده، خوانده‌ها را بر حسب فاصلهٔ آن‌ها خوشه‌بندی کرده، از خوانده‌ها کانتیگ‌ها را تولید کرده و این فرایند را چندین بار تکرار می‌کنند. اگر مجموعهٔ خوانده‌ها بزرگ باشد، این الگوریتم‌ها به دلیل این که به بهینهٔ جهانی نمی‌رسند، خوب عمل نمی‌کنند. در حالی که اگر تعداد ناحیه‌های تکراری در خوانده‌ها زیاد باشد، الگوریتم‌های فوق بهتر عمل می‌کنند. در توالی‌یابی توسط گراف دی براین، خوانده‌ها به قطعات کوچک‌تری با طول یکسان k تقسیم می‌شوند. این توالی‌یاب‌ها زمانی که تعداد خوانده‌ها زیاد باشند، بهتر از الگوریتم‌های حریصانه عمل می‌کنند. همچنین با استفاده از این نوع توالی‌یاب‌ها می‌توان ژنوم گونه‌های جدید را توالی‌یابی کرد. به علاوه با استفاده از آن‌ها می‌توان تغییرات ساختاری مانند اضافه شدن و حذف شدن نوکلئوتیدها را در ژنوم یک گونه شناسایی کرد. توالی‌یابی قطعات جفت-انتهایی قطعات جفت-انتهایی زمانی تولید می‌شوند که طول قطعات مورد استفاده در توالی‌یابی طولانی بوده (۲۵۰ تا ۵۰۰ نوکلئوتید) و دو انتهای هر قطعه خوانده می‌شوند. دانستن دو انتها و فاصلهٔ بین آن دو به توالی‌یاب کمک کرده تا قطعات توالی داده را در کنار هم به درستی قرار دهد. | ## بخش 2: توالی‌یابی دنوو | با ایجاد تغییر در الگوریتم گراف دی براین می‌توان قطعات جفت-انتهایی را نیز توالی‌یابی کرد. مراحل توالی‌یابی دنوو خواندن دادهٔ خام توسط فناوری‌های توالی‌خوان بررسی کیفیت داده تمیز کردن داده تبدیل داده به کانتیگ ها و اسکافلد ها تعیین پارامترهای مورد استفاده در الگوریتم تعیین خروجی با استفاده از الگوریتم‌های مشخص توالی‌یاب وِلوِت توالی‌یاب وِلوِت (Velvet) در گراف دی براین، تنها از خوانده‌های بسیار کوتاه و خوانده‌های جفت-انتهایی استفاده می‌کند. خوانده‌های کوتاه معمولاً برای توالی‌یابی در گراف دی براین مناسب نیستند زیرا تعداد تکرار بالایی داشته و در گراف ابهام ایجاد می‌کنند. در روش وِلوِت گراف دی‌براین به گونه‌ای تغییر داده می‌شود تا خطاها کاهش یافته و تکرارها شناسایی شوند. در ابتدا الگوریتم خطایابی وِلوِت توالی‌هایی را که به هم مربوط هستند با هم ادغام کرده و سپس الگوریتم تکراریاب، مسیرهایی که با هم هم‌پوشانی دارند را از هم جدا می‌کند. توالی‌یابی ترنسکریپتوم دنوو گذردهی بالای آران‌ای تغییری اساسی در توالی‌یابی ژنوم گونه‌هایی ایجاده کرده‌است که ژنوم مرجع آن‌ها وجود ندارد یا ناقص است. هدف این روش این است که تمامی مجموعه‌های رونوشت موجود در داده بدون داشتن ژنوم مرجع بازسازی شوند. نتیجهٔ این توالی‌یاب‌ها تهیهٔ دادهٔ اولیه برای شناسایی تمامی رونوشت‌های تولید شده و ایزوفرم‌های آن‌ها است. توالی‌یاب‌های متداول مورد استفاده توالی‌یاب‌های متفاوت برای فناوری‌های متفاوتی به کار می‌روند. خوانده‌های فناوری‌های نسل دوم معمولاً کوتاه‌تر بوده (۵۰ تا ۲۰۰ نوکلئوتید) و احتمال خطایی برابر با ۲ تا ۵ درصد دارند. خوانده‌های فناوری‌های نسل سوم و چهارم اما طولانی‌تر بوده (هزار تا ده هزار نوکلئوتید) و احتمال خطایی برابر با ۱۰ تا ۲۰ درصد دارند. به همین دلیل به الگوریتم‌های متفاوتی برای انواع خوانده‌ها و فناوری‌ها احتیاج است. | ## بخش 3: توالی‌یابی دنوو | الگوریتم SPAdes این الگوریتم از یک گراف دی براین، که برای توالی‌یابی ژنوم‌های کوتاه‌تر مانند ژنوم باکتری، ساخته شده استفاده می‌کند. الگوریتم ری (Ray) این الگوریتم یک توالی‌یاب شامل موارد زیر است: ری (توالی‌یاب دنوو تک ژنوم)، ری‌متا (توالی‌یاب دنوو متاژنوم)، جامعهٔ ری (فراوانی میکروب و مشخصات طبقه‌بندی شده)، آنتولوژی ری (طبقه‌بندی آنتولوژی ژن)، نقشه‌بردار ری (محتوای ژن را بین نمونه‌های مختلف مقایسه می‌کند). الگوریتم ABySS یک توالی‌یاب دنوو موازی و جفت-انتهایی که برای توالی‌یابی ژنوم‌های طولانی از خوانده‌های کوتاه استفاده می‌شود. این نرم‌افزار امکان بررسی تکرارها، تصحیح خطا و استفاده از کتابخانه‌های مرتبط را می‌دهد. این نرم‌افزار به صورت بهینه‌تری از حافظه استفاده کرده و نواحی با هم‌پوشانی کمتر را نیز توالی‌یابی می‌کند. الگوریتم ترینتی (Trinity) این الگوریتم در سه مرحله توالی با کیفیت ترنسکریپتوم را تولید می‌کند. ۱) با استفاده از یک الگوریتم حریصانه پس از تولید کتابخانه‌ای از k-تایی‌ها، کانتیگ‌های ترنسکریپتوم ایجاد می‌کند. ۳) با استفاده از این گراف و وفق دادن آن با خوانده‌های اولیه، ترنسکریپ را تولید می‌کند. الگوریتم HGAP این الگوریتم اولین توالی‌یاب خوانده‌های طولانی است که توسط گروه علوم بیولوژیکی اقیانوس آرام و مؤسسهٔ ژنومیک مشترک ساخته شد. الگوریتم فالکن (Falcon) فالکن الگوریتمی است که توسط گروه علوم بیولوژیکی اقیانوس آرام برای توالی‌یابی خوانده‌های طولانی گونه‌های دیپلوئد طراحی شده‌است. الگوریتم کانو (Canu) این توالی‌یاب برای کار بر روی خوانده‌های طولانی فناوری‌های نسل سوم و چهارم استفاده می‌شود. | ## جمع‌بندی | الگوریتم هینج (Hinge) این توالی‌یاب نیز برای کار بر روی خوانده‌های طولانی فناوری‌های نسل سوم و چهارم استفاده می‌شود، اما به‌طور کلی برای ژنوم‌های کوتاه‌تر میکروب‌ها طراحی شده‌است.