GC-Gehalt-Rechner

So verwenden Sie den GC-Gehalt-Rechner

1. 1. Fügen Sie die Sequenz ein. Einfache Buchstaben oder FASTA; Leerzeichen, Zeilenumbrüche, Ziffern und Kleinbuchstaben werden ignoriert, und U wird als T gezählt. Bei mehreren FASTA-Einträgen erhält jeder eine Zeile in der Tabelle.
2. 2. Wählen Sie die Regel für Mehrdeutigkeitscodes. Die Voreinstellung lässt N, R, Y und andere Mehrdeutigkeitscodes aus der Berechnung heraus. Alternativ können Sie sie als Nicht-GC zählen oder jeden Code nach seiner Wahrscheinlichkeit gewichten, G oder C zu sein.
3. 3. Lesen Sie die Werte ab. GC-%, Länge, GC-Schiefe, GC an den Codonpositionen 1, 2 und 3 sowie das CpG-Verhältnis aus beobachtet zu erwartet erscheinen für die ausgewählte Sequenz.
4. 4. Zeichnen Sie ein Profil. Legen Sie ein Fenster und einen Schritt fest und zeichnen Sie dann GC-Gehalt, GC-Schiefe oder kumulative GC-Schiefe entlang der Sequenz. Laden Sie das Diagramm als SVG oder PNG herunter.

Was der GC-Gehalt ist

Der GC-Gehalt ist der Anteil der Basen in einer DNA- oder RNA-Sequenz, die Guanin oder Cytosin sind: GC-% = (G + C) ÷ (A + C + G + T) × 100. G-C-Paare haben drei Wasserstoffbrücken, A-T-Paare zwei, und Stapelwechselwirkungen erhöhen die Stabilität zusätzlich; GC-reiche DNA schmilzt daher bei einer höheren Temperatur. Der GC-Gehalt schwankt stark zwischen Genomen und innerhalb eines Genoms: Das menschliche Genom liegt im Schnitt bei etwa 41 %, Escherichia coli K-12 bei etwa 51 %, Streptomyces coelicolor bei etwa 72 % und der Malaria-Erreger Plasmodium falciparum bei etwa 19 %. Für Primer ist ein GC-Gehalt von ungefähr 40–60 % der übliche Zielwert.

Echte Sequenzen enthalten oft IUPAC-Mehrdeutigkeitscodes, und es gibt mehr als eine sinnvolle Art, sie zu zählen. Die drei Optionen hier folgen den Konventionen von Biopythons gc_fraction:

GC-Schiefe und CpG-Verhältnis

Die GC-Schiefe ist (G − C) ÷ (G + C), berechnet in Fenstern. In vielen Bakteriengenomen hat der Leitstrang mehr G als C, sodass die Schiefe auf einer Seite des Replikationsursprungs positiv und auf der anderen negativ ist (Lobry, 1996, Molecular Biology and Evolution). Die laufende Summe der Schiefe – die kumulative Schiefe – macht diesen Wechsel als V oder umgekehrtes V sichtbar, dessen Minimum und Maximum Ursprung und Terminus der Replikation markieren (Grigoriev, 1998, Nucleic Acids Research). Das kumulative Diagramm verwendet nicht überlappende Fenster der von Ihnen gewählten Größe.

Das CpG-Verhältnis aus beobachtet zu erwartet ist Anzahl CpG × Länge ÷ (Anzahl C × Anzahl G). Bei Wirbeltieren mutiert methyliertes CpG leicht zu TpG; CpG ist daher im größten Teil des Genoms verarmt, und ein Verhältnis nahe 1 kennzeichnet ungewöhnliche Abschnitte. Die klassische Definition einer CpG-Insel (Gardiner-Garden und Frommer, 1987) ist ein Abschnitt von mindestens 200 bp mit einem GC-Anteil über 50 % und einem Verhältnis von mindestens 0,6. Wenden Sie sie selbst auf ein 200-bp-Fenster an, denn die Grenzwerte sind willkürlich.

Durchgerechnetes Beispiel: Kodierende Sequenz des menschlichen Insulins

Beispiel ausprobieren lädt die 333 Basen lange kodierende Sequenz des menschlichen Insulins aus NCBI RefSeq NM_000207.3. Sie enthält 57 A, 106 C, 109 G und 61 T, also GC = 215 ÷ 333 = 64,56 %. Die Schiefe beträgt (109 − 106) ÷ 215 = 0,014, also nahezu keine. Die zehn CpG-Dinukleotide ergeben ein Verhältnis von 10 × 333 ÷ (106 × 109) = 0,29.

GC3, die dritte Codonposition, ist die Stelle, an der synonyme Änderungen auftreten, ohne das Protein zu verändern; sie folgt daher der lokalen Basenzusammensetzung. Ein GC3 von 80 % gegenüber einem GC2 von 44 % ist ein typisches Zeichen für ein Gen in einer GC-reichen Region des menschlichen Genoms. Übersetzen Sie die Sequenz mit dem DNA-zu-Protein-Übersetzer oder entwerfen Sie dafür Primer mit dem Primer Tm Calculator.

Häufig gestellte Fragen

Wie berechnet man den GC-Gehalt?

Zählen Sie die Basen G und C, teilen Sie durch die Gesamtzahl der Basen A, C, G und T (oder U) und multiplizieren Sie mit 100. Für ATGCGC ergibt das 4 ÷ 6 = 66,7 %. Derselbe Anteil wird für ein ganzes Genom oder für ein 50-Basen-Fenster verwendet, das entlang eines Gens verschoben wird.

Was ist ein normaler GC-Gehalt für einen Primer?

Primer werden üblicherweise mit 40–60 % GC entworfen. Das ergibt eine Schmelztemperatur in einem brauchbaren Bereich und vermeidet lange Folgen von G oder C, die unspezifisch binden. Ein 3′-Ende, das mit einer oder zwei G- oder C-Basen endet (eine GC-Klammer), unterstützt die Anlagerung, aber mehr als drei hintereinander können eine Fehlbindung verursachen. Prüfen Sie die Schmelztemperatur mit dem Primer Tm Calculator.

Was sagt die GC-Schiefe aus?

Die GC-Schiefe, (G − C) ÷ (G + C), misst die Asymmetrie zwischen den Strängen. In vielen Bakterien ist der Leitstrang an G angereichert, daher wechselt das Vorzeichen der Schiefe am Replikationsursprung und am Terminus. Ein Diagramm der kumulativen Schiefe macht die beiden Wechselstellen als Minimum und Maximum sichtbar, was eine schnelle Methode ist, den Replikationsursprung in einem neuen Genom zu finden.

Warum unterscheidet sich der GC-Gehalt zwischen Organismen?

Mutationsneigung, DNA-Reparatur, Replikation und Selektion prägen alle die Basenzusammensetzung, und das Gleichgewicht unterscheidet sich zwischen den Abstammungslinien. Freilebende Bakterien reichen von etwa 25 % bis 75 % GC, und warmblütige Wirbeltiere zeigen große regionale Schwankungen, die Isochoren heißen. Innerhalb eines Genoms sind GC-reiche Regionen tendenziell genreich.

Wie werden Mehrdeutigkeitscodes wie N gezählt?

Standardmäßig werden sie sowohl aus dem Zähler als auch aus dem Nenner herausgelassen. Stattdessen können Sie sie im Nenner als Nicht-GC behalten oder jeden Code nach dem Anteil seiner möglichen Basen gewichten, die G oder C sind, sodass N als 0,5 zählt. Die drei Optionen entsprechen den Einstellungen "remove", "ignore" und "weighted" in Biopython.

Welche Fenstergröße sollte ich für ein GC-Diagramm verwenden?

Verwenden Sie ein Fenster, das lang genug für stabile Schätzwerte und kurz genug ist, um das gewünschte Merkmal zu zeigen. Etwa 100–200 Basen eignen sich für die Suche nach einem Gen oder einer CpG-Insel, 1.000–10.000 für ein Bakteriengenom, und der Schritt kann ein Fünftel bis die Hälfte des Fensters betragen. Würde der Schritt mehr als 2.000 Fenster ergeben, erhöht das Werkzeug ihn automatisch, damit das Diagramm lesbar bleibt.