珊瑚菜叶绿体基因组密码子使用偏性分析

为探究珊瑚菜(Glehnia littoralis F.Schmidt ex Miq.)叶绿体基因组密码子使用偏性及其影响因子,本研究基于珊瑚菜叶绿体基因组测序数据筛选到51个蛋白质编码基因,并对其密码子使用模式进行分析。结果显示:珊瑚菜叶绿体基因组密码子总GC含量(G_(Call))为38.8%,密码子第3位碱基的GC含量(GC3)最低,仅为29.2%,3个位置碱基的GC含量均小于50%,表明珊瑚菜叶绿体基因组密码子偏好使用A或U。珊瑚菜叶绿体基因组有效密码子数(ENC)为34.6~54.5,密码子适应指数(CAI)为0.100~0.270,密码子偏好指数(CBI)为-0.190~0.226,最优密码子使用频率(FOP)为0.276~0.550,表明珊瑚菜叶绿体基因组密码子使用偏性较弱;相关性分析结果表明珊瑚菜叶绿体基因组密码子第3位碱基的组成对基因表达有很大影响。中性绘图分析、PR2-plot分析、ENC-plot分析和对应性分析结果表明珊瑚菜叶绿体基因组密码子使用偏性受自然选择和突变的共同影响,以自然选择为主;基于相对同义密码子使用度(RSCU)和高、低表达组的RSCU差值(ΔRSCU)共获得16个最优密码子,且大部分以A或U结尾。综合分析结果表明:珊瑚菜叶绿体基因组密码子使用偏性较弱,且主要受自然选择的影响。

密码子使用偏性量化方法研究综述

在基因组学水平上研究密码子使用偏性模式、成因并分析进化过程中的选择压力在基因组学研究中有重要意义。文章概述了目前提出的密码子使用偏性的量化方法及实现原理。目前研究发现:有些量化密码子偏性的方法受高表达基因参考数据集未完全注释的限制,不同密码子位置对变异和选择的影响不同,以及不同密码子位置处GC含量和嘌呤含量的贡献不同。由此展望密码子偏性量化方法发展方向为:需要设计不需要相关参考基因集合先验知识的密码子使用偏性量化方法;考虑不同位置处背景核苷酸组成的密码子使用偏性的量化方法;同时考虑基因表达水平的密码子使用偏性量化方法。最后,归纳了目前可用的密码子使用偏性的量化工具和数据库。

籼稻品种93-11同义密码子的使用偏性

利用籼稻品种 93 11的全基因组序列及相应的EST数据 ,对影响同义密码子用法的若干因子进行了详细分析。指出 93 11基因的表达水平 (mRNA丰度 )与 3个同义密码子偏性指标CAI、CPP和ENC相关极显著 (r =0 2 2 7 ,0 14 5 和 - 0 14 7 ) ,表明高表达的基因其同义密码子非随机使用的程度越大 ;基因长度与CAI和CPP极显著负相关 (r=- 0 4 13 和 - 0 4 80 ) ,与ENC极显著正相关 (r=0 2 10 ) ,暗示较短的基因具有更高的转录活性 ;编码区G +C含量对其同义密码子偏性的贡献率远高于mRNA丰度和基因长度 ,G +C含量与CAI、CPP和ENC相关系数分别高达 0 877 ,0 832 和 - 0 74 0 ;起始编码区内A、T、C、G 4种碱基呈明显的 3周期振荡 ,尤以ATG下游第一个密码子所在的 3个位点 (+4、+5和 +6 )偏置最强烈 ,由此认为在这 3个特殊位点有较高的自然选择压存在 ;93 11中 2 5个最优密码子的首次确定将对水稻转基因具有指导意义。

鲤和斑马鱼HOX基因家族同义密码子使用偏性的分析

运用Codon W程序计算和统计分析了鲤和斑马鱼HOX基因家族密码子组成、同义密码子使用频率。结果表明,鲤和斑马鱼HOX基因家族的最优密码子分别为6和9种。鲤和斑马鱼以A或U结尾的密码子发生强烈偏向;最优密码子的使用频率(Fop)与密码子适应指数(CAI)、密码子偏爱指数(CBI)、基因的G+C含量(GC),尤其是第三位密码子的G+C百分含量(GC3S)之间呈极显著的正相关(鲤和斑马鱼的相关系数分别为r=0.5946和0.7884、0.9772和0.9616、0.3356和0.5380、0.5424和0.8144),而与有效等位基因数ENc存在显著负相关(相关系数r=-0.1241和0.3987)。实验表明:同义密码子第三位密码子碱基含量和组成直接影响着最优密码子使用偏性,基因的表达水平越高,对密码子的使用偏性越强。

一种基于密码子使用偏性的检测型基因芯片设计方法

首先预测特定蛋白密码子使用概率表 ,以确定序列中各氨基酸的编码密码子 ,这样可以将芯片表面探针的数量减少为原来的 4.47% .然后进一步考虑密码子在编码时的C G选择性分离原则、G T配对原则 ,以进一步将芯片表面探针的数量减少至 4.2 5 % .在对探针特异性要求不高的情况下 ,可以采用最优密码子使用概率表 ,以求最大限度的降低探针的数目 ,这样芯片表面探针的数量可减少到原来的 0 .2 0 % .通过上述方法 。

鲤鱼和斑马鱼同义密码子使用偏性分析

本研究利用鲤鱼454测序所获得的基因的表达序列和GeneBank中斑马鱼全部基因的编码序列,采用多重变量分析软件CodonW对鲤鱼和斑马鱼影响密码子用法的因素进行了分析。结果表明,两个在59种同义密码子中有27种为最优密码子。同时还指出,最优密码子的使用频率（Fop）与基因的G＋C含量（GC）,尤其是第三位密码子的G＋C百分含量（GC3S）、密码子适应指数（CAI）和密码子偏爱指数（CBI）之间均呈现极显著的正相关（鲤鱼和斑马鱼的相关系数分别为r=0.4108和0.4087、0.5354和0.5628、0.7547和0.7771、0.9803和0.9741）,而与有效等位基因数ENc存在显著负相关（相关系数r=-0.2832和-0.2390）。表明基因GC含量直接影响密码子使用的偏性,同时基因的表达水平越高,对密码子的使用偏向性越强。

大肠杆菌的同义密码子使用偏性对蛋白质折叠速率的影响

考虑到同义密码子使用偏性的物种差异性,选取大肠杆菌的54条核蛋白为研究对象,将每条核蛋白按二级结构截取出α螺旋片段、β折叠片段和无规卷曲(α-β混合)片段,然后找到每个片段相关的核酸序列信息,计算其同义密码子使用度和相应肽链的折叠速率.在此基础上,分析了同义密码子使用偏性和相应肽链折叠速率之间的相关性,发现对于不同二级结构类的肽链片段,都有部分密码子的使用偏性与其对应的肽链折叠速率显著相关.因此,在蛋白质折叠中,同义密码子的使用偏性起着重要作用.

玉米同义密码子使用偏性分析

利用玉米B73全基因组53 764个基因的表达序列数据,使用多重变量分析软件CodonW对影响密码子用法的因素进行分析。结果表明:在59种同义密码子中有27种为玉米最优密码子。同时还指出,最优密码子的使用频率(FOP)与基因的G+C含量(GC),尤其是第3位密码子的G+C百分含量(GC3S)、密码子适应指数(CAI)和密码子偏爱指数(CBI)之间均呈现极显著的正相关(相关系数分别为r=0.780 7、0.822 3、0.731 4和0.986 3),而与有效等位基因数ENc存在显著负相关(相关系数r=-0.681 5)。表明基因GC含量直接影响玉米密码子使用的偏性,同时基因的表达水平越高,对密码子的使用偏向性越强。27个最优密码子的首次确定将对玉米转基因具有重要指导意义。

竹亚科叶绿体基因组的密码子使用偏性分析

以3种竹亚科植物的叶绿体基因组编码基因为研究对象,分析基因的密码子偏性形成的主要因素。结果显示:3种竹子具有相似的密码子使用模式,均偏爱以A或T结尾的密码子。奇偶偏好性分析进一步证实密码子第3位T的出现频率高于A。通过中性分析发现,GC12与GC3并无显著相关性。奇偶偏好分析表明,4种碱基不成比例分布在密码子第3位上(CT>AG),说明选择压力可能起到重要作用。基于同义密码子的相对使用度(RSCU)的对应分析中,第1主向量轴仅解释了约10%的变异; 3种竹子的轴2一致地与CAI呈显著负相关(P<0.05);轴4与ENC、GC3呈极显著相关(P<0.05)。综合以上结果,竹亚科叶绿体基因密码子的使用偏性是由自然选择和碱基组成共同作用形成,选择压力起主要作用。

酸枣叶绿体基因组密码子使用偏性分析

通过分析枣属植物酸枣叶绿体基因组密码子使用偏性,探讨影响其密码子使用偏性形成的主要因素。结果表明:酸枣叶绿体基因组有效密码子数(N ec)为47.72,密码子使用偏性较弱;中性绘图分析和使用的有效密码子数绘图分析(N ec-plot绘图分析)结果表明,酸枣叶绿体基因组密码子使用保守性较高,选择压力对密码子使用的影响较大;最优密码子分析确定UUU、GUA、UCA、ACA、AAU、AGA、GGG等7个密码子为最优密码子;奇偶偏差分析表明,密码子第3位碱基的使用存在偏好性,嘌呤的使用比嘧啶更频繁;基于同义密码子相对使用度的对应性分析表明,酸枣叶绿体基因组密码子使用偏性的影响因素中GC含量影响最大,其他因素也有一定影响。酸枣叶绿体基因组密码子使用偏性的影响因素中,来自外界的选择压力起主要作用,核苷酸组成和其他因素也发挥一定的作用。

枯草芽孢杆菌同义密码子使用偏性对蛋白质折叠速率的影响

目前,有关同义密码子使用偏性对蛋白质折叠的影响研究中,样本蛋白均来源于不同的物种。考虑到同义密码子使用偏性的物种差异性,选取枯草杆菌的核蛋白为研究对象。首先,将每条核蛋白按二级结构截取为α螺旋片段、β折叠片段和无规卷曲(α-β混合)片段,并计算其蛋白质折叠速率。然后,整理每个片段相应的核酸序列信息,计算其同义密码子使用度。在此基础上,分析枯草芽孢杆菌核蛋白的同义密码子使用偏性与蛋白质折叠速率的相关性。发现对于不同二级结构的肽链片段,都有部分密码子的使用偏性与其对应的肽链折叠速率显著相关。进一步分析发现,与肽链片段折叠速率显著相关的密码子绝大部分为枯草杆菌全序列或核蛋白序列的每一组同义密码子中使用度最高的密码子。结果表明,在蛋白质的折叠过程中,枯草芽孢杆菌的同义密码子使用偏性起着重要作用。

银杏叶绿体基因组密码子使用偏性分析

利用CodonW等软件,对银杏叶绿体基因组57个基因密码子的使用偏性及其影响因素进行研究。对银杏叶绿体基因组的ENC值、中性绘图、ENC-plot绘图、最优密码子、奇偶偏差、对应性分析的结果表明:影响银杏叶绿体基因组密码子使用偏性的因素,以自然选择压力为主,自身基因变异和碱基组成等也有一定影响。依据ENC值建立高低表达基因库,最终确定UUU、UUG、CUU、GUU、UCA、CCA、ACA、UAU、AAU、CGA、AGA等11个银杏叶绿体基因组的最优密码子。

栽培大豆和野生大豆线粒体基因组密码子使用偏性的比较分析

为分析栽培大豆和野生大豆线粒体基因组的密码子使用特征差异,该文以其线粒体基因组编码序列为研究对象,比较其密码子偏性形成的影响因素和演化过程。结果表明:(1)栽培大豆和野生大豆线粒体基因组编码区的GC含量分别为44.56%和44.58%,说明栽培大豆和野生大豆线粒体编码基因均富含A/T碱基。(2)栽培大豆和野生大豆线粒体基因组密码子第1位、第2位GC含量平均值与第3位GC含量的相关性均呈极显著水平,说明突变在其密码子偏性形成中的作用不可忽略;PR2-plot分析显示,在同义密码子第3位碱基的使用频率上,嘌呤低于嘧啶;Nc-plot分析中Nc比值位于-0.1~0.2区间的基因数占总基因数的95%以上;突变和选择等多重因素共同作用影响了大豆线粒体基因组编码序列密码子使用偏性的形成。(3)有20、21个密码子分别被确定为栽培大豆和野生大豆线粒体基因组编码序列的最优密码子,其中除丝氨酸TCC密码子外均以A或T结尾。综上结果认为,栽培大豆线粒体密码子偏性的形成受选择的影响要高于野生大豆,这可能是栽培大豆由野生大豆经长期人工栽培驯化的结果。

大蒜全基因组WOX基因家族鉴定及密码子使用偏性分析

【目的】在大蒜(Allium sativum)全基因组中鉴定WOX基因家族,并进行密码子使用偏性分析,为进一步研究大蒜WOX基因家族的功能提供重要依据。【方法】利用生物信息学方法,鉴定分析大蒜WOX基因家族及其密码子使用偏性。基于GEO测序(RNA-seq)数据,分析大蒜WOX基因家族在大蒜鳞茎不同发育时期及其他组织中的表达模式。【结果】从大蒜基因组中鉴定到16个大蒜WOX基因家族。系谱进化分析发现:大蒜WOX基因家族被划分为3个进化支,分别属于远古支、中间支和WUS支。保守结构域分析发现:它们均含有68个氨基酸组成的保守结构域。密码子使用偏性分析发现:该基因家族密码子使用偏性较弱并受GC3s的影响,同时,该基因家族存在27个高频密码子和14个最优密码子,且大多数偏向于A/U结尾。基于RSCU值和CDS序列聚类发现:基于CDS序列聚类能更加准确表达该基因家族之间的进化关系。ENC-Plot和PR2-plot分析发现:该基因家族密码子使用偏性主要受选择压力的影响。最佳外源表达系统发现:拟南芥更适合用于该基因家族的外源表达系统。表达谱分析发现:该基因家族在鳞茎发育不同时期、叶片、假茎和根中存在差异表达。【结论】本研究为进一步弄清大蒜WOX基因家族在大蒜生长发育过程中的作用提供了科学依据。

药用真菌茯苓基因组密码子使用偏性分析

为了解药用真菌茯苓基因组密码子使用模式,探讨影响其密码子组成和编码特性的因素,以茯苓核基因组和线粒体基因组数据为研究对象,利用CodonW、Mega X和EMBOSS等软件对基因密码子使用偏性进行分析,根据中性绘图、奇偶偏性绘图、ENC-plot和对应性分析推测茯苓基因组密码子偏性形成的影响因素。茯苓核基因平均GC含量为57.28%,同义密码子第3位偏好G/C碱基;茯苓核基因密码子偏性主要受选择作用影响,而线粒体基因除了受选择作用影响,还受到较强的碱基突变影响;茯苓核基因部分同义密码子间RSCU值差异较大,高频密码子和最优密码子均以G/C结尾。茯苓核基因密码子偏性较强,进化过程中受到较强的环境和寄主选择作用。与酵母相比,大肠杆菌基因密码子使用模式更接近于茯苓,大肠杆菌可能更适合作为茯苓基因异源表达宿主。上述结果可为茯苓的分子进化及外源基因的转基因研究提供参考。

亚洲带绦虫基因组密码子使用偏性分析

为了解亚洲带绦虫基因组的密码子用法及影响密码子使用模式的主要因素,以亚洲带绦虫基因组注释的13323条CDS序列为数据来源,利用CodonW软件对其密码子碱基组成、有效密码子数(ENC)和同义密码子相对使用频率(RSCU)各项指标进行统计分析。结果显示:①从亚洲带绦虫基因组数据中筛选获得11203条CDS序列,平均长度为1386 bp,GC含量在25.9%~74.1%之间,变化范围较大;②同义密码子第3位出现G或C的频率为50.11%,比出现A或T的频率高;③有效密码子数介于20.64~61.00,平均为51.06;④ENC-plot分析、中性分析、PR2分析及相关性分析结果表明,影响亚洲带绦虫密码子使用偏性的因素除了突变和选择两种力量外,还包括GC含量、基因长度、蛋白质的亲水性和芳香度;⑤最终共有25个密码子被确定为最优密码子,绝大部分以G或C结尾。结果说明,亚洲带绦虫基因组中大部分基因密码子使用偏性较弱,仅少部分基因具有较强偏性,偏好使用以G或C结尾的密码子,且这一现象是由突变、选择、碱基组成等多重因素共同作用形成的,该结果为进一步研究该物种遗传背景和分子进化提供了一定的科学依据。

三种块菌(松露)全基因组密码子使用偏性及其影响因素

块菌又称松露,为珍稀野生药食兼用的大型真菌,具有极高的营养保健价值。密码子使用偏性分析可为块菌的遗传进化与资源开发提供理论依据。基于黑孢块菌(Tuber melanosporum)、白块菌(T.magnatum)和波氏块菌(T.borchii)的基因组数据,利用CodonW 1.4.2、Mega X软件和EMBOSS在线网站,系统分析3种块菌基因组密码子使用特征及其影响因素。结果显示,3种块菌基因组密码子使用模式高度相似,密码子第3位偏好鸟嘌呤或胞嘧啶(G/C),有效密码子数值较高,其中,黑孢块菌与波氏块菌密码子使用性相似度最高,白块菌鸟嘌呤或胞嘧啶碱基相关参数均较高。3种块菌最优密码子中G/C结尾的分别占81.8%、78.9%和61.9%,三者共有的高频密码子24个,共有的最优密码子14个,均偏好鸟嘌呤或胞嘧啶或胸腺嘧啶结尾的密码子,但总体偏好性不强。奇偶偏性、ENC-GC3s关联、中性绘图和对应性分析显示,3种块菌密码子使用偏性形成受选择压力等多种因素影响,其中黑孢块菌主要受翻译选择压力影响,白块菌主要受翻译选择外的其他因素影响,波氏块菌受选择压力影响相对较弱。研究表明,3种块菌基因组密码子使用模式相似,偏性较弱,表达潜力较低,受多种因素影响,研究结果可为块菌的物种演化研究和遗传育种提供理论基础。

2种羌活药用植物的叶绿体基因组密码子使用偏性分析

对羌活(Notopterygium incisum)与宽叶羌活(N.franchetii)的叶绿体编码基因的密码子使用偏性(codon usage bias)及其影响因素进行了分析。结果表明:羌活和宽叶羌活的叶绿体基因组总ENC值分别为49.79和49.70,偏性较弱,密码子第3位碱基倾向于使用A/T。PR2-plot分析表明,选择压力和突变都是影响2种羌活叶绿体密码子使用偏性的主要因素;而中性绘图分析和ENC-plot分析表明选择压力是影响2种羌活叶绿体密码子使用偏性的主要因素。相对同义密码子使用度(RSCU)分析确定了2种羌活中使用频率较高的30个高频密码子,几乎都以A或U结尾,只有UUG以G结尾。羌活的最优密码子9个,宽叶羌活的最优密码子7个。2种羌活有5个最优密码子相同,分别是UUG、CAU、CGU、AGU、GGA。该研究结果为后续药用羌活植物的基因表达、蛋白质翻译和遗传育种研究提供了研究依据和基础数据。

滇黄精叶绿体全基因组序列及其密码子使用偏性分析

为探究滇黄精(Polygonatum kingianum)叶绿体全基因组特征和密码子使用偏性,利用第二代测序技术对滇黄精嫩叶进行测序,再经组装与注释后得到其叶绿体基因组全序列,通过MISA、EMBOSS和CodonW等软件对滇黄精叶绿体全基因组的SSR位点、系统发育及密码子偏好性进行分析。结果表明,滇黄精完整叶绿体基因组长度为155852 bp,基因组平均GC含量为37.7%,其大、小单拷贝区(LSC)长度分别为84633和18525 bp,反向重复区长度为26347 bp,注释了132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个核糖rRNA基因。叶绿体基因组中共有69个SSR位点,绝大多数属于单碱基重复的A/T类型。系统发育分析表明滇黄精与格脉黄精(P.tessellatum)亲缘关系近,可能与分布地域有关。密码子偏好性分析表明,滇黄精叶绿体基因组密码子使用模式受到自然选择影响大于突变因素,最终确定9个最优密码子。因此,滇黄精叶绿体基因组遗传结构和系统发育位置及其密码子偏倚的分析,为叶绿体基因工程研究提供理论依据。

芝麻叶绿体基因组的密码子使用偏性及其影响因素

通过分析芝麻叶绿体基因组密码子的使用偏性,阐明其密码子的使用偏性特征,并探讨其影响因素。以芝麻叶绿体基因组的50个蛋白编码序列为研究对象,利用CodonW等软件对其密码子使用模式及影响因素进行了分析。结果发现,芝麻叶绿体基因的GC含量平均为38.48%,密码子3个位置的GC含量平均值分别为47.22%、39.88%和28.33%(即GC_(1)>GC_(2)>GC_(3));GC_(1)和GC_(2)相关性显著,但它们与GC_(3)相关性都不显著;ENC值的范围为36.59~57.73,平均值为47.20,都高于35;密码子使用偏性受多种因素的影响,其中自然选择是主要影响因素;对应性分析发现,前4个轴为主要影响因素,总共代表了近70%的变异来源,但不同轴与密码子其他相关指标的相关性并不相同;通过高频密码子和最优密码子分析,共获得了32个高频密码子,16个最优密码子,这些密码子第3位碱基也都偏向于使用A或T(U)。本研究表明芝麻叶绿体基因组的密码子使用偏性较弱,其主要受到自然选择的影响,并且密码子第3位碱基多以A或T(U)结尾。