‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性分析

【目的】分析‘怀玉山’高山马铃薯Solanum tuberosum var.cormosus‘Huaiyushan’叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,为开展‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组密码子优化、叶绿体基因组改造,探索物种进化和增加外源基因表达等研究提供参考依据和理论基础。【方法】采用高通量测序技术对‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组进行测序,并利用生物信息学分析软件对组装和注释后的叶绿体基因组进行结构、基因组成及密码子偏好性分析。【结果】‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组大小为155296 bp,为经典的4段式结构。大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和反向重复区(IR)长度分别为85737、18373、25593 bp,总鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例(GC比例)为37.88%,共注释出133个基因,包含87个编码区(CDS)基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和1个假基因。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组中共检测到38个简单重复序列位点(SSR位点,36个单碱基重复和2个双碱基重复)和32个长重复序列(16个正向重复和16个回文重复)。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组核苷酸多样性为0-0.13927,高变区主要分布在大单拷贝区和小单拷贝区,大单拷贝区trnL-UAA-trnF-GAA、cemA、rps12-exon1-clpP1、clpP1基因变异率最高,小单拷贝区rpl32-trnL-UAG、ycf1基因变异率最高。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组87个CDS基因的平均有效密码子数(ENC)为47.29,ENC>45的基因有60个,密码子偏性较弱。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组密码子偏好以A、U结尾,使用偏性很大程度上受自然选择的影响,而受突变压力的影响小。CGU、AAA、CUU、GUU、GGA、GUA、GGU、UCA、GCU、CCU为‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组的10个最优密码子。【结论】‘怀玉山’高山马铃薯与马铃薯栽培种S.tuberosum‘Desiree’亲缘关系较近。

马家柚叶绿体基因组特征及其密码子偏好性分析

【目的】为了明确马家柚叶绿体基因组结构特征及其与同属类群的系统发育关系,阐明马家柚在柑橘属中的分类地位,对马家柚叶绿体基因组的特征及其密码子的偏好性进行分析。【方法】采用DNBSEQ-T7测序平台对马家柚进行测序,采用Noveplastys、CAP3、GeSeq和tRNAscan-SE软件对马家柚叶绿体基因组进行组装、注释;采用CGViewServer、MISA、REPuter、CodonW、Gview、IRscope、NADnaSP6.0软件对马家柚叶绿体基因组特征进行分析;采用MAFFT 7.0和FastTree 2.1.10软件对马家柚及其85个同科种和山小橘属3个外群种叶绿体基因组进行序列比对和建树。【结果】马家柚叶绿体基因组全长160186 bp,包括1个大单拷贝(LSC)区、1个小单拷贝(SSC)区和2个反向重复(IR)区,为典型闭合环状双链结构。马家柚叶绿体基因组共注释到133个功能基因,包括88个编码蛋白(CDS)基因、8个核糖体RNA(rRNA)基因和37个转运RNA(tRNA)基因。马家柚叶绿体基因组共检测到79个简单序列重复(SSR)和34个长序列重复(Longrepeat)。马家柚叶绿体基因组非编码区的变异程度高于基因编码区,LSC区的变异性>SSC区>IR区,SC/IR边界较为保守。马家柚叶绿体基因组平均ENC值为48.02,密码子偏好性较弱。马家柚叶绿体基因组密码子使用偏好性主要受自然选择的影响,受内部突变的影响小。马家柚叶绿体基因有10个最优密码子(AAU、UGU、AAA、UUU、GCU、GGA、CCA、ACU、CGU、AGU),均以A、U结尾。马家柚与西双版纳东试早柚(KY055833,来源地:云南)、日本夏橙(ON193075,来源地:韩国)、福建六月早蜜柚(MT527726,来源地:福建)、福建琯溪蜜柚(MN782007,来源地:福建)有亲缘关系。【结论】马家柚是一个柑橘属中较为独特的品种,该研究结果为进一步研究马家柚的遗传资源、物种资源鉴定和系统发育分析提供了理论依据。

茶树大面白叶绿体基因组特征、密码子偏好性及其系统发育分析

茶树大面白(Camellia sinensis cv.‘Damianbai’)在1985年被全国农作物品种审定委员会认定为国家品种,其起源以及与其他茶树品种之间的进化关系尚不清晰。以茶树大面白为试验材料,采用高通量测序技术对茶树大面白叶绿体全基因组进行测序、组装、注释,采用生物信息学软件对其叶绿体的基因组特征、系统发育和密码子偏好性进行分析。结果表明,茶树大面白叶绿体基因组全长157 129 bp,为典型的四分体结构,包括1个LSC区(86 687 bp)、1个SSC区(18 282 bp)和2个IR区(包括IRa和IRb,均为26 080 bp)。大面白叶绿体基因组共注释到135个功能基因,包括90个CDS基因;8个rRNA基因和37个tRNA基因。共检测到52个SSR和50个Longrepeat,SSR只有A/T单核苷酸重复序列,Longrepeat只存在正向重复和回文重复2种类型。茶树大面白叶绿体基因组密码子使用偏性主要受自然选择的影响,受内部突变压力的影响小。茶树大面白叶绿体基因有14个最优密码子(AAU、GAU、UGU、AAA、UAA、GCA、GCU、GGU、CCU、GUA、CGU、CUU、AGU、UCU)。茶树大面白与凤凰单丛茶白银(Camellia sinensis isolated Baiyin cultivar Phoenix Dancong Tea,OL690374)亲缘关系较近。本研究分析了大面白茶树叶绿体基因组序列特征及系统发育进化关系,为加强茶树大面白种质鉴定及其资源多样性的开发利用提供了参考依据。

硬头黄竹叶绿体基因组密码子偏好性分析

以硬头黄竹叶绿体基因组为研究对象,使用CodonW、CUSP以及R语言等软件分析密码子偏好性形成的主要原因。结果表明:(1)硬头黄竹叶绿体基因组密码子的平均GC含量为39.59%,且GC_(1)>GC_(2)>GC_(3),表明密码子偏好使用以A/U结尾的碱基;(2)硬头黄竹大多数有效密码子数(ENC)在35以上,适应指数(CAI)为0.166,说明其密码子偏好性较弱;(3)中性绘图分析、ENC-plot和PR2-plot分析表明,自然选择对硬头黄竹叶绿体基因组密码子使用偏好性产生重要影响;(4)最终筛选出硬头黄竹叶绿体基因组有GCA、GCU、GAU、GGU及AAA等14个最优密码子,多数以A/U结尾。本研究结果可为硬头黄竹叶绿体基因组水平上的研究提供依据。

葫芦巴叶绿体基因组密码子偏好性分析

为探究葫芦巴(Trigonella foenum-graecum L.)叶绿体基因组密码子的使用偏好性,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP对筛选到的50条蛋白质编码序列密码子进行分析。结果表明:葫芦巴叶绿体基因组密码子末位碱基以A/U为主,GC含量仅为26.25%。ENC取值范围为35.05~53.66,且ENC值>45的有20个,说明葫芦巴大部分基因编码序列的密码子偏性较强。RSCU≥1的密码子有30个,其中16个以U结尾、13个以A结尾。中性绘图分析、ENC-plot分析及PR2-plot偏倚分析结果发现,葫芦巴叶绿体基因组密码子使用偏好性受到突变压力等多种因素的影响,主要因素为自然选择。最终筛选出GCU,AGA,CGU等21个密码子为最优密码子。

藜麦CqGAI基因密码子偏好性与进化分析

为了阐明藜麦CqGAI基因密码子使用特性,克隆获得藜麦CqGAI基因序列,运用CodonW、SPSS软件及EMBOSS在线程序分析藜麦CqGAI基因密码子使用偏好性,并与25种植物的GAI基因进行中性绘图、ENC分析和奇偶偏好偏差性分析。结果表明,藜麦CqGAI基因编码序列(coding sequence,CDS)全长1 782 bp,编码593个氨基酸,包含DELLA基因家族特有结构域DELLA、TVHYNP、NLS、VHIID、LHR、RVER;CqGAI基因能够迅速响应赤霉素(gibberellins,GA),在GA信号通路中起关键作用;密码子偏好性分析显示,CqGAI基因的有效密码子数(effective number of codon,ENC)、密码子适应指数(codon adaptation index, CAI)及GC含量分别为54.14、0.21和46.18%,密码子偏好性较弱,偏好以A/T结尾,有27个高频密码子。聚类分析表明,藜麦CqGAI基因与石竹目植物的亲缘关系较近。碱基组成与相关性分析发现,CqGAI基因密码子偏好性受碱基突变和选择效应影响。密码子使用频率表明,大肠杆菌与酵母菌均适用于藜麦CqGAI基因异源表达,拟南芥、烟草、甜菜均可作为藜麦CqGAI基因功能分析的遗传转化受体。以上研究结果为进一步研究藜麦CqGAI基因功能和异源表达提供了重要参考。

乌苏里貉MC3R基因密码子偏好性分析

【目的】明确乌苏里貉黑素皮质素受体3(melanocortin 3 receptor,MC3R)基因密码子使用偏好特征和影响因素,了解不同物种间遗传进化和密码子偏好性的关系,为开展MC 3 R基因异源高效表达研究提供理论依据。【方法】以乌苏里貉和其他15个物种的MC 3 R基因CDS序列为材料,应用Codon W、EMBOSS等软件分析MC 3 R基因密码子偏好性的6个参数指标;通过Neutrality-plot、ENc-plot及PR2-plot分析探究密码子偏好性形成的影响因素;基于各物种MC 3 R基因CDS序列信息构建系统发育树,基于同义密码子相对使用度(RSCU)构建不同物种的密码子使用偏好性热图。【结果】乌苏里貉MC 3 R基因密码子GC和GC3s均>0.5,密码子偏好使用以G/C结尾;偏好使用的密码子有25个(RSCU值>1),其中16个以C结尾,9个以G结尾。经Neutrality-plot、ENc-plot及PR2-plot分析得出,自然选择是MC 3 R基因密码子使用偏好形成的主要影响因素。基于基因序列和RSCU值的聚类分析显示,在系统进化上乌苏里貉与犬属同一分支,后与赤狐、北极狐聚为一支;但在密码子使用上乌苏里貉与人、黑猩猩及家马聚为一类。【结论】MC 3 R基因偏好使用以G/C结尾的密码子;自然选择是导致偏好性产生的主要影响因素;密码子使用虽具有种属特异性,但受其他因素影响亲缘关系相近的物种间密码子使用模式也会有差异。

甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种(玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母)的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确定了13个最优密码子,均以C或G结尾,密码子使用特性在全基因组和染色体组水平上无差异。通过比较发现,甘蔗的核苷酸组成及密码子偏好性与玉米、高粱和水稻较为相似,而与拟南芥、烟草、大肠杆菌和酵母具有显著差异。【结论】甘蔗热带种、割手密和蔗茅的密码子偏好性高度相似,其形成受自然选择和突变因素的影响。此外,对甘蔗优异基因功能异源验证时可优先选择玉米、水稻和高粱作为异源表达系统。

奇异双身虫线粒体基因组测定及其密码子偏好性分析

为确定奇异双身虫线粒体基因组基本结构特征并探究奇异双身虫分类地位,同时了解双身虫科物种的密码子偏好性,实验采用二代高通量测序技术获得奇异双身虫线粒体基因组序列,通过线粒体在线注释网站MITOS对线粒体基因组序列进行注释并通过Phylo-Suite(version1.2.2)软件对其结构进行分析,同时对奇异双身虫及其他8种双身虫科物种的线粒体蛋白质编码基因的密码子组成情况及密码子偏好性进行分析。结果显示,奇异双身虫的线粒体基因组序列长度为15713 bp(大非编码区未测全),A+T含量为68.7%,表现出明显的AT偏向。系统发育树结果显示,基于现有数据双身虫科物种聚为一支,支持双身虫科物种的单系性。对双身虫科物种的密码子使用偏好进行分析,结果显示双身虫科有效密码子数(ENC)为30.632~37.495,相对同义密码子使用度(RSCU)>1的密码子共有18个,偏好以碱基U(T)结尾。PR2-plot分析结果显示,T的使用频率高于A,G的使用频率高于C,突变和选择等因素均可对密码子的使用偏好产生一定的影响。中性绘图分析显示,奇异双身虫和马口鱼拟双身虫受突变压力的影响分别为61.89%和51.31%,其余7种双身虫受突变压力的影响均小于50%。双身虫科密码子偏好性存在略微差异,但都受突变压力、自然选择和碱基组成的共同影响。本研究可以为后续的系统进化研究提供重要依据。

珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性分析

【目的】珙桐是蓝果树科珙桐属唯一现存的第三纪孑遗植物,是我国一级保护的特有濒危树种。分析其叶绿体基因组同义密码子使用偏好性及其主要影响因素,旨在为珙桐分子水平上的深入研究、物种保护和种质创新提供参考。【方法】从NCBI在线数据库下载完整的珙桐叶绿体基因组序列,并进行蛋白编码序列筛选,再利用CodonW软件计算各基因的有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)、同义密码子相对使用度(RSCU)和密码子中A、T、C、G这4种碱基的含量,最后利用R软件计算各参数间的相关性并绘图。【结果】(1)从珙桐叶绿体基因组中共筛选出59条蛋白编码序列,总的鸟嘌呤和胞嘧啶碱基(GC)平均含量和密码子第3位碱基的GC平均含量分别为38.05%和30.63%,CAI平均值为0.18,ENC平均值为48.52,表明珙桐叶绿体基因组基因表达水平较低,且密码子使用偏好性较弱。(2)ENC-plot、PR2-plot、中性绘图和对应性分析表明,影响珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性的最主要因素为选择压力。(3)共筛选出12个最优密码子。【结论】珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性较弱,除了主要受选择压力影响外,还受到突变压力、碱基组成和基因表达水平等因素的影响;同时筛选出12个最优密码子,可用于未来珙桐的遗传改良和种质创新研究之中。

赖草属叶绿体基因组密码子偏好性分析

以16种赖草属植物叶绿体基因组的50条基因序列为研究对象,使用密码子碱基组成分析、中性绘图分析、PR2-plot绘图分析、ENC-plot绘图分析、基因参数相关性分析和聚类分析等多种生物信息学方法分析赖草属叶绿体基因组密码子偏好性,结果表明:(1)赖草属叶绿体基因组密码子富含A和U,高频密码子也多以A/U结尾。(2)赖草属有效密码子数值在39.81~61.00之间。(3)16种赖草属植物根据聚类分析可分为两组,Leymus multicaulis、Leymus karelinii、Leymus racemosus、Leymus secalinus、Leymus ramosus、Leymus paboanus、Leymus duthiei、Leymus chinensis、Leymus arenarius为一组,Leymus coreanus、Leymus komarovii、Leymus triticoides、Leymus cinereus、Leymus condensatus、Leymus mollis、Leymus angustus为一组。综合分析表明,16种赖草属植物密码子偏好性受多种因素影响,选择作用影响较大,密码子的偏好性较弱,种间进化差异不显著,基因间偏差小。

小红门兰属2种药用植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的:明确2种兰科小红门兰属植物叶绿体基因组中密码子的使用偏好性,并探索其影响因素。方法:采用CodonW、CUSP、SPSS等软件,对2种兰科小红门兰属药用植物叶绿体基因组中的密码子进行选择分析。结果:通过对2种小红门兰属药用植物分析,发现2个物种叶绿体基因组密码子中的GC含量为35.8%~37.3%,有效密码子数目为47.10%~47.79%,表明其密码子偏好性较弱。中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等研究结果显示,选择和突变是影响2种小红门兰属药用植物叶绿体基因组密码子使用偏好性的主要因素。通过比较相对同义密码子使用度RSCU值和ENC值,获得了65个最优密码子。2种小红门兰属药用植物密码子偏好使用A/T结尾,表明其密码子使用偏好性在很大程度上是由自然选择决定的。对其叶绿体基因组密码子的使用偏好性进行分析,并通过外类群聚类法进行验证,最终确定影响小红门兰属植物基因组密码子偏好的关键因子有9种:GUU、UCA、CCA、ACA、UAA、GAU、UGU、AGA、AGG。结论:本研究可为小红门兰属植物叶绿体基因组异源蛋白表达载体的构建与优化提供理论依据。

5种柏科植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

【目的】通过叶绿体基因组密码子偏好性,分析5种柏科植物(秃杉、水杉、杉木、福建柏、日本柳杉)的亲缘关系,筛选出与秃杉亲缘相近者作为异种砧木,为秃杉无性繁殖与规模化生产提供理论参考。【方法】通过NCBI下载并筛选5种柏科植物的蛋白编码序列,使用CUSP、CodonW、SPSS、MAFFT等软件分析密码子偏好性形成模式,并构建聚类树和系统发育树。【结果】5种柏科植物叶绿体密码子的A/T碱基均较多,且第3位以A/T结尾为主;有效密码子数基本高于35,密码子使用偏好性总体较弱;由中性绘图分析、ENC-plot分析、PR2-plot分析可得,密码子偏好性的形成同时受自然选择、碱基突变等多种因素影响,且自然选择是主导因素;通过相对同义密码子分析和最优密码子分析确定AAA、CCA、GCU同时为秃杉、水杉、杉木与福建柏的最优密码子,无以G/C结尾的密码子;秃杉与水杉、杉木、福建柏、日本柳杉共有的最优密码子分别为9、7、11、7个,数量上差异较小;基于相对同义密码子使用度与基于蛋白编码序列构建的进化树结构相似,基于全序列和蛋白编码序列构建的系统进化树均显示秃杉与杉木的亲缘关系最为接近。【结论】叶绿体基因组密码子偏好性可用于异砧嫁接中砧木选择方法的优化,杉木与秃杉的亲缘关系相近,推荐使用杉木作为秃杉嫁接的异种砧木。

大叶榉树叶绿体基因组密码子偏好性分析

【目的】探明珍贵用材树种大叶榉树叶绿体基因组密码子使用偏性及其偏性形成的主要因素,为利用大叶榉树叶绿体基因工程中优良基因及提高基因表达效率等提供参考依据。【方法】运用CodonW1.4.2和CUSP等分析大叶榉树叶绿体基因组的54条CDS。【结果】大叶榉树叶绿体基因组密码子第3位碱基的GC含量为26.70%,显著低于第1位的46.39%和第2位的38.94%;ENC值为35.94~61.00,且ENC值大于45的CDS有45个,占总参试基因的83.33%,说明大叶榉树叶绿体基因组CDS区的密码子偏性较弱;中性绘图分析和ENC-plot绘图分析表明,自然选择是大叶榉树叶绿体基因组密码子偏好性的主要影响因素;PR2-plot分析表明,大部分基因位于第三象限,基因第3位的碱基对T、C的偏好性强;叶绿体基因组RSCU值大于1的有26个密码子,偏好以A或U碱基结尾,其中,以U结尾的有11个密码子,以A结尾的有12个密码子,以G结尾的有3个密码子。【结论】大叶榉树叶绿体基因组密码子使用偏好性受多种因素影响,其中,自然选择是主要的影响因素,叶绿体密码子第3位的GC含量对其基因组密码子偏好性影响显著,UUG、AUU、UCU、CCU、UGA和AGG为大叶榉树的最优密码子。

两型豆属叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

为明确锈毛两型豆的叶绿体基因组结构和两型豆属叶绿体基因组密码子使用偏性及影响因素,以亚热带中、南部地区具有广阔开发利用前景的豆科草种—锈毛两型豆(Amphicarpaea ferruginea)为试验材料,利用高通量测序技术对锈毛两型豆进行叶绿体基因组测序、组装和注释,对其叶绿体基因组结构、基因组成进行分析。同时利用CodonW 1.4.2软件和CUSP在线程序等软件分析锈毛两型豆和两型豆的基因密码子使用偏性参数和核苷酸组成。结果显示:锈毛两型豆叶绿体基因组全长为152 531 bp,包含83 364 bp的大单拷贝(LSC)区、17 935 bp的小单拷贝(SSC)区和25 616 bp的1对反向重复序列,为典型四分体结构,GC含量为35.44%;叶绿体基因组共编码130个基因,包括85个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;叶绿体基因组共检测出73个简单重复序列(SSRs),单、二、三、四、五和六核苷酸SSRs的数目分别为41、28、3、1、0和0。从锈毛两型豆和两型豆叶绿体基因组中筛选到适用于密码子使用偏好性分析的CDS基因共48条,两种植物叶绿体基因组具有相似的密码子使用模式,均倾向于使用A与U作为末尾碱基,48个基因的ENC值均在35%以上,表明锈毛两型豆和两型豆叶绿体基因组的密码子偏性较弱;综合中性绘图分析、有效密码子数(ENC-plot)分析和奇偶偏好性(PR2-plot)分析的结果显示两型豆属叶绿体基因组密码子使用模式不仅受突变压力的影响,同时还受选择压力以及其他多种因素的影响;在锈毛两型豆和两型豆中分别确定18和20个最优密码子,其中共有最优密码子18个。基于豆科20个物种叶绿体基因组构建的系统发育树表明,豆科20个物种构成一个单系类群,锈毛两型豆与两型豆亲缘关系最近。

薇甘菊叶绿体基因组密码子偏好性分析

为探究薇甘菊(Mikania micrantha)叶绿体基因组密码子使用模式和影响其偏好性的主要因素,从NCBI数据库下载并筛选出53条长度大于300 bp的叶绿体蛋白编码基因,采用CodonW 1.4.2、DNASTAR和SPSS 26.0等软件,对其密码子偏好性和成因进行多方面分析。结果表明,薇甘菊叶绿体基因组密码子3个位点的GC平均含量表现为GC1(47.06%)>GC2(39.85%)>GC3(28.16%);GC3含量为17.65%~36.93%。有效密码子数目(ENC)均值远大于35.00,表明密码子偏性较弱。RSCU值大于1.00的密码子有27个,其中第3位碱基使用A或U的密码子占比88.88%,表明薇甘菊密码子第3位碱基偏好使用A或U。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot等分析结果表明,在影响薇甘菊密码子偏好性的众多因素中,自然选择发挥主要作用。CAU、ACA和CGU为最优密码子。研究结果可为薇甘菊叶绿体基因组学研究提供参考。

基于转录组数据的红三叶密码子使用偏好性分析

研究红三叶(Trifolium pratense L.)叶片的密码子使用偏好性,可为优化密码子组成奠定基础。研究通过CodonW,R,CUSP等软件对红三叶叶片转录组中5 513条编码序列进行密码子使用模式和偏好性分析。研究发现,GC3与GC12相关性较弱,表明选择压力对其密码子偏好性的选择有一定的作用;ENC-plot分析中,大多数密码子偏好性相对较弱,表明选择压力是偏好性的主要来源,少数的基因在期望曲线两侧均衡散布,表明部分基因受突变压力的作用;密码子适应度值(Codon adaptation index, CAI)分析可知,基因表达水平对密码子偏好性产生过程具有一定影响作用,CAI为0.201,表明密码子偏好性比较弱。偏倚性分析进一步证实红三叶叶片密码子偏好性重点受突变压力的影响。最优密码子分析表明,红三叶叶片转录组序列的最优密码子更偏好以G或C结尾。结果有利于红三叶基因工程研究中密码子优化,对红三叶的系统进化研究具有重要意义。

15个物种Toll样受体5基因密码子使用偏好性分析

【目的】探究Toll样受体5(TLR5)基因的密码子使用模式,并分析TLR5基因密码子使用偏好性的影响因素。【方法】综合运用CodonW、BioEdit和R等软件对筛选的15个不同物种TLR5基因完整编码区(CDS)序列核苷酸组成和密码子使用模式进行计算和统计,再基于同义密码子相对使用度(RSCU)和CDS分别进行聚类分析,推测TLR5基因发挥相似生物学功能的物种,并通过ENC-plot、Neutrality-plot和PR2-plot 3种绘图分析造成密码子偏好性现象的可能因素。【结果】9个物种TLR5基因CDS密码子第3位碱基GC含量(GC3)>0.5,14个物种有效密码子数(ENC)值>35,15个物种密码子AU偏斜度(AU skew)和GC偏斜度(GC skew)值<0;不同物种TLR5基因CDS有31个高频密码子,其中21个以G或C结尾,此外GCC、AGA、AGG和CUG表现为较高的RSCU值,为优势密码子;RSCU层次聚类和系统发育聚类结果不完全相同,但两种聚类方法均提示猪、牛和羊TLR5基因的密码子使用特点相似,鸡和绿头鸭相似,虹鳟和鲫鱼相似;ENC-plot分析发现各物种TLR5基因均分布在标准曲线下方较远位置,Neutrality-plot显示密码子第1、2位GC含量的平均值(GC12)和GC3含量呈极显著正相关(P<0.01),PR2-plot则显示密码子第3位碱基使用频率不一致。【结论】不同物种TLR5基因密码子使用模式存在偏好性现象,该现象是物种进化过程中受碱基突变和翻译选择双重影响的结果,其中碱基突变是主要影响因素。研究结果可为后续TLR5基因的生物学功能挖掘提供新的角度和理论认识。

使君子科3种红树植物叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为探究使君子科(Combretaceae)红树植物叶绿体基因组密码子使用偏好性及其影响因子,对拉关木(Laguncularia racemosa C.F.Gaertn.)、红榄李〔Lumnitzera littorea(Jack)Voigt〕、榄李(Lumnitzera racemosa Willd.)叶绿体基因组的52个共有蛋白质编码序列(CDS)进行密码子第1、第2、第3位碱基的GC含量(分别为GC 1、GC 2、GC 3)、密码子总GC含量(GC all)、有效密码子数(ENC)和相对同义密码子使用度(RSCU)分析;在此基础上,对每种植物的GC 1、GC 2、GC 3、GC all和ENC值进行相关性分析,并对每种植物叶绿体基因组进行中性绘图、ENC-plot、PR2-plot和最优密码子分析;此外,还基于rbcL基因序列和叶绿体基因组共有CDS的RSCU值对使君子科11种植物进行聚类分析。结果表明:3种植物叶绿体基因组GC all值的均值为38.0%~38.2%,GC 1、GC 2和GC 3值的均值均低于50%,均表现为GC 1值的均值最大、GC 3值的均值最小,且GC 3值的均值明显低于GC 1和GC 2值的均值,并与二者呈不显著正相关;ENC值的均值为47.2~47.3,且3种植物叶绿体基因组中ENC值大于45的基因占比均高于70%。3种植物叶绿体基因组中的高频密码子均有29个,以A或U结尾的高频密码子占比达96.6%。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析结果表明3种植物叶绿体基因组密码子使用偏好性主要受自然选择的影响。拉关木、红榄李和榄李叶绿体基因组的最优密码子分别有8、6和10个,且多以A或U结尾;共有最优密码子有4个,分别为CGA、AGA、GGA、ACA。聚类分析结果表明红榄李和榄李均首先聚在一起,说明二者的亲缘关系较近。综上所述,3种红树植物叶绿体基因组密码子偏好以A或U结尾,且密码子使用偏好性主要受自然选择的影响。

翅萼石斛叶绿体基因组密码子偏好性分析

为阐明翅萼石斛(Dendrobium cariniferum)叶绿体基因组密码子使用模式及影响因素,以其52条蛋白编码序列(CDS)为对象,利用EMBOSS在线程序计算各基因及密码子的GC含量,通过CodonW软件计算各基因有效密码子数(ENC)、同义密码子相对使用度(RSCU)、最优密码子使用频率(FOP)及密码子的第3位核苷酸碱基含量等。结果表明:基因组平均GC含量为38%,GC_(1)>GC_(2)>GC_(3);ENC的值介于37.04~59.52之间,表明密码子使用偏好性较弱;基因组中RSCU>1的密码子有25个,其中11个以U结尾,11个以A结尾,3个以G结尾;中性绘图分析中所有基因均分布于中线对角线上方,GC_(12)与GC_(3)相关性不显著,密码子使用偏好性以自然选择因素影响为主;ENC-plot绘图分析结果中多数基因分布在标准曲线以下,密码子偏好性主要受自然选择影响;PR2-plot分析表明密码子碱基A和G在密码子第3位比T和C更常见,这表明基因突变会影响密码子使用偏好,但其偏好性可能主要受自然选择影响;共筛选UUU、UUA、AUU等13个以A/U结尾的最优密码子。以上研究结果可为翅萼石斛叶绿体基因组优良基因利用提供理论与基础。