基于转录组数据的湿地松密码子使用偏好性分析

Analysis of Pinus elliottii Engelm codon usage bias based on transcriptome data

研究湿地松转录组编码序列的密码子使用偏好性,明确密码子使用频率,探究湿地松异源表达受体的最佳选择,为湿地松分子育种奠定基础。以筛选到的13932条湿地松转录组编码序列(coding sequence,CDS)为研究对象,利用CodonW 1.4.2、EMBOSS在线分析程序、MEGA 7等软件进行湿地松密码子组成分析,计算同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)、不同位置GC含量和有效密码子数(effective number of codon,ENc)等指标,同时展开中性绘图分析和偏倚性分析等,系统地探究影响密码子偏好性的主导因素,从而筛选出最优密码子,并选择合适的遗传转化受体。研究结果表明,湿地松转录组密码子中的平均GC含量为43.72%,其中GC1含量最大,为50.78%,其次是GC2和GC3,含量分别为40.68%和39.71%,表明不同位置的碱基组成存在差异,第3位上是A/U碱基的概率更大;ENc值在25.94~61.00之间,平均值为53.58,CAI均值较低,为0.20,表明密码子整体偏好性较弱。中性绘图、PR2-plot绘图和ENc-GC3s关联分析结果均表明,自然选择是大多数湿地松基因密码子存在使用偏好性的主要原因;以高频率高表达的标准筛选出25个湿地松最优密码子,均以A/U结尾。通过将湿地松与大肠杆菌、拟南芥、烟草、酵母菌、水稻等5种生物的密码子使用频率进行对比分析得出,烟草、拟南芥是湿地松基因进行遗传转化功能验证的理想选择。综上所述,湿地松转录组密码子整体偏好性弱,第3位碱基偏好使用A/U,自然选择是其产生密码子偏好性的关键原因,烟草、拟南芥可作为湿地松基因异源表达的理想植物受体。结果有利于湿地松功能基因的异源表达,也为进一步研究湿地松遗传背景及高产脂分子机制提供科学依据。