Dotplot

Ein Dotplot (dt. Punktauftragung) ist eine graphische Methode der Bioinformatik zwei biologische Sequenzen miteinander (oder eine Sequenz mit sich selbst) zu vergleichen. Dabei werden die Sequenzen auf die horizontale und vertikale Achse (oben und links) aufgetragen und Übereinstimmungen zwischen einer Zeile und Spalte an der entsprechenden Schnittstelle durch einen Punkt (engl. dot) markiert.

Ein DNA-Dotplot des menschlichen Zink-Finger Transkriptionsfaktors (GenBank ID NM_002383) zeigt regionale Selbst-Ähnlichkeiten.

Der Dotplot dient der Auffindung von ähnlichen bzw. übereinstimmenden Regionen. Diese Darstellung wurde erstmals 1970 von Gibbs und McIntyre publiziert und wurde seitdem weiterentwickelt.[1] Obwohl fast 50 Jahre alt, finden Dotplots noch immer Eingang in aktuelle Publikationen, wie z. B. bei der Analyse der epigenetischen Steuerung in Pflanzen.[2]

Interpretation

Auf dem Bild rechts ist eine DNA-Sequenz mit sich selbst verglichen worden. Neben der zu erwartenden, vollständigen Übereinstimmung der Sequenz, erkennbar durch die Diagonale (links oben nach rechts unten), ergeben sich noch weitere, regionale Ähnlichkeiten.

Eine Unterbrechung der Diagonalen mit nach unten oder rechts verschobener Fortsetzung würde Insertionen (z. B. Introns) bzw. Deletionen aufzeigen (hier nicht der Fall). Linien außerhalb der Hauptdiagonalen stehen für ähnliche oder repetitive Einheiten.

Siehe auch

Programme zur Erzeugung von Dotplots

ANACON – Kontaktanalyse von Dotplots.
Dotlet – Programm zur Dotplot-Generierung.
dotmatcher[3] – Teil der EMBOSS-suite, Webformular für die Dotplot-Generierung.
Dotplot – kleines HTML5 Tool für den Unterricht fürü Dotplots von RNA-Sequenzen.
dotplot – R Package für traditionelle oder ggplot Dotplots.
Dotter[4] – Interaktives Standalone Tool zur Dotplot-Generierung in Linux.
JDotter[5] – Java-Version von Dotter.
Flexidot[6] – Python-basierte, Feature-reiche Dotplot-Suite für Generierung von Dotplots.
Gepard[7] – Interaktives Dotplot-Tool für die Generierung von Dotplots zum Vergleich ganzer Genome
Genomdiff – Java Dotplot-Program für virale Genome.
GenY – Webanwendung, in der Dotplots generiert werden können.
lastz und laj – Programme für die Visualisierung von Genomalignments.
seqinr – R Package für Dotplot-Generierung.
SynMap – Web-basiertes Tool, um Dotplots für viele Genome zu generieren. Durch die Genomik-Plattform CoGe ist der Zugang zu einer umfangreichen Datenbank möglich.
UGENE Dot Plot viewer (Memento vom 16. April 2016 im Internet Archive) – Open-Source-Software Dotplot.
Grundlagenartikel zum Thema Dot-plots mit Referenzen und Beispielalgorithmen zur Erzeugung (in englischer Sprache), sowie einer stand-alone Software zur Erzeugung kleiner und mittler Dot-plots.

Einzelnachweise

Adrian J. Gibbs, George A. Mcintyre: The Diagram, a Method for Comparing Sequences. Its Use with Amino Acid and Nucleotide Sequences. In: European Journal of Biochemistry. Band 16, Nr. 1, September 1970, ISSN 0014-2956, S. 1–11, doi:10.1111/j.1432-1033.1970.tb01046.x.
Aoi Hosaka, Raku Saito, Kazuya Takashima, Taku Sasaki, Yu Fu: Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, Dezember 2017, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/s41467-017-02150-7, PMID 29255196, PMC 5735166 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).
Peter Rice, Ian Longden, Alan Bleasby: EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite. In: Trends in Genetics. Band 16, Nr. 6, Juni 2000, ISSN 0168-9525, S. 276–277, doi:10.1016/s0168-9525(00)02024-2 (elsevier.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).
Erik L.L. Sonnhammer, Richard Durbin: A dot-matrix program with dynamic threshold control suited for genomic DNA and protein sequence analysis. In: Gene. Band 167, Nr. 1-2, Dezember 1995, ISSN 0378-1119, S. GC1–GC10, doi:10.1016/0378-1119(95)00714-8 (elsevier.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).
Ryan Brodie, Rachel L. Roper, Chris Upton: JDotter: a Java interface to multiple dotplots generated by dotter. In: Bioinformatics. Band 20, Nr. 2, 22. Januar 2004, ISSN 1367-4803, S. 279–281, doi:10.1093/bioinformatics/btg406 (oup.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).
Kathrin M. Seibt, Thomas Schmidt, Tony Heitkam: FlexiDot: Highly customizable, ambiguity-aware dotplots for visual sequence analyses. In: Bioinformatics. doi:10.1093/bioinformatics/bty395 (oup.com [abgerufen am 14. Mai 2018]).
Jan Krumsiek, Roland Arnold, Thomas Rattei: Gepard: a rapid and sensitive tool for creating dotplots on genome scale. In: Bioinformatics. Band 23, Nr. 8, 15. April 2007, ISSN 1367-4803, S. 1026–1028, doi:10.1093/bioinformatics/btm039 (oup.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).

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[1] Adrian J. Gibbs, George A. Mcintyre: The Diagram, a Method for Comparing Sequences. Its Use with Amino Acid and Nucleotide Sequences. In: European Journal of Biochemistry. Band 16, Nr. 1, September 1970, ISSN 0014-2956, S. 1–11, doi:10.1111/j.1432-1033.1970.tb01046.x.

[2] Aoi Hosaka, Raku Saito, Kazuya Takashima, Taku Sasaki, Yu Fu: Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, Dezember 2017, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/s41467-017-02150-7, PMID 29255196, PMC 5735166 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).

[3] Peter Rice, Ian Longden, Alan Bleasby: EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite. In: Trends in Genetics. Band 16, Nr. 6, Juni 2000, ISSN 0168-9525, S. 276–277, doi:10.1016/s0168-9525(00)02024-2 (elsevier.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).

[4] Erik L.L. Sonnhammer, Richard Durbin: A dot-matrix program with dynamic threshold control suited for genomic DNA and protein sequence analysis. In: Gene. Band 167, Nr. 1-2, Dezember 1995, ISSN 0378-1119, S. GC1–GC10, doi:10.1016/0378-1119(95)00714-8 (elsevier.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).

[5] Ryan Brodie, Rachel L. Roper, Chris Upton: JDotter: a Java interface to multiple dotplots generated by dotter. In: Bioinformatics. Band 20, Nr. 2, 22. Januar 2004, ISSN 1367-4803, S. 279–281, doi:10.1093/bioinformatics/btg406 (oup.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).

[6] Kathrin M. Seibt, Thomas Schmidt, Tony Heitkam: FlexiDot: Highly customizable, ambiguity-aware dotplots for visual sequence analyses. In: Bioinformatics. doi:10.1093/bioinformatics/bty395 (oup.com [abgerufen am 14. Mai 2018]).

[7] Jan Krumsiek, Roland Arnold, Thomas Rattei: Gepard: a rapid and sensitive tool for creating dotplots on genome scale. In: Bioinformatics. Band 23, Nr. 8, 15. April 2007, ISSN 1367-4803, S. 1026–1028, doi:10.1093/bioinformatics/btm039 (oup.com [abgerufen am 13. Mai 2018]).