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。

编码疾病相关的固有无序蛋白同义密码子使用偏好性的研究

固有无序蛋白(简称IDPs)在生理条件下不具有稳定的空间结构,但是在生物体内发挥重要的生物学功能,除此之外,尤为重要的是它们与人类许多重大疾病密切相关。因此,研究疾病相关的IDPs,可以进一步了解IDPs与一系列疾病的病理学上的关系,这为蛋白质的药物设计和疾病治疗提供新思路。研究表明:密码子的使用偏好与固有无序蛋白的无序程度存在一定的关联性。本文研究了编码疾病相关的固有无序蛋白(IDPs)中同义密码子和GC含量的使用偏好,以及编码这些蛋白质的有序/无序区域的密码子中四个核苷酸在密码子的三个位点的分布差异。结果表明,这些蛋白中同义密码子的使用、GC含量均存在显著差异,另外四个核苷酸在其密码子三个位点的分布在编码3类疾病相关的IDPs有序和无序区中均存在偏好性。这些结果为后期研究IDPs提供了很好的参考信息。

人类基因同义密码子偏好的特征以及与基因GC含量的关系

对人类的 72 8个基因 ,按其编码区中GC的含量分成四组 (从GC <0 4 3到GC >0 5 8) ,分别考察了这四组样本对同义密码子偏好的特征 ,发现在全部样本中都呈现NTG (N代表四种碱基中的任一种 )特受偏爱和NCG尽量避免的特征 .基因环境中GC含量与C3/G3含量 (密码子第三位C和G的含量 )的相关分析 ,以及四组样本对密码子的偏好都支持以C结尾的密码子在编码中有特殊的优势 ,这种优势有利于保证翻译的准确性 .还考察了各种氨基酸含量随编码区GC含量不同而变化的趋势 .

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。

柞蚕核型多角体病毒和家蚕核型多角体病毒的同义密码子使用模式分析

基因组中的基因和基因密码子组成不同使柞蚕核型多角体病毒(ApNPV)与家蚕核型多角体病毒(BmNPV)间不能交叉感染。通过计算有效密码子数(ENc)、相对同义密码子使用度(RSCU)、GC含量、GC3s含量、密码子适应指数(CAI),比较分析ApNPV和BmNPV同义密码子使用模式差异。ApNPV和BmNPV的密码子偏好性均较弱,但二者的ENc值和GC含量差异显著;除碱基组成外,还存在其它因素影响密码子使用模式,但各影响因素的贡献率均较低,在基于密码子使用频率的对应分析中BmNPV的第1、第2向量轴贡献率均低于ApNPV;ApNPV的基因表达水平与GC含量、GC3s含量以及ENc值极显著相关(r分别为0.418、0.735、-0.628,P=0.000),而BmNPV的基因表达水平只与GC3s含量呈弱相关(r=0.214,P=0.010)。分析结果显示,ApNPV和BmNPV的密码子偏好性虽均较弱,但同义密码使用模式及其影响因素存在差异。

同义密码子的反常蛋白质二级结构偏好性

统计分析了 119种人蛋白质和 92种大肠杆菌蛋白质的mRNA序列和蛋白质二级结构的关系 .从二肽频数出发 ,研究了同义密码子使用对蛋白质二级结构的影响 ,证明其影响在 10 %到 2 0 %的量级 .对于人和大肠杆菌 ,在 90 %置信水平上 ,4 0 0对二肽中分别有 79对和 6 0对 ,在 95 %置信水平上 ,分别有 4 5对和 36对二肽的相应密码子二联体具有不同于氨基酸的反常二级结构偏好性 。

瘟病毒属3种病毒多聚蛋白酶基因同义密码子偏爱性分析

【目的】分析黄病毒科瘟病毒属的猪瘟病毒(CSFV)、牛病毒性腹泻病毒(BVDV)和羊边界病毒(BDV)3种病毒多聚蛋白酶基因密码子的使用特点,初步探讨3种病毒多聚蛋白酶基因的进化及对不同宿主的适应策略。【方法】运用EMBOSS软件的CHIPS和CUSP程序及CodonW在线分子生物学软件,分析CSFV、BVDV和BDV的有效密码子数(ENc),碱基GC含量(Gcall),密码子第1、2、3位GC含量(GC1、GC2、GC3),相对同义密码子使用度(RSCU)及同义密码子第3位的GC含量(GC3s),并对3种病毒多聚蛋白酶基因的ENc进行绘图分析。【结果】CSFV、BVDV、BDV 3种病毒多聚蛋白酶基因的ENc值分别为51.205,51.323和52.580,表明3种病毒多聚蛋白酶基因的密码子偏好程度均较低;上述3种病毒多聚蛋白酶基因的GC含量分别为46.84%,45.99%和45.71%,均不超过50%;除BDV多聚蛋白酶基因同义密码子含量表现为GC1>GC3>GC2外,CSFV和BVDV均表现为GC3>GC1>GC2,且除CSFV的GC3为52.02%外,所有病毒的GC1、GC2、GC3均小于50%,可见3种病毒间的碱基组成(GC含量)及ENc值差异较小。RSCU分析表明,与CSFV偏爱使用G/C结尾的密码子不同,BVDV和BDV更偏爱使用以A结尾的密码子,这可能与病毒对宿主的适应策略有关。ENc绘图分析(Nc-plot)说明,碱基组成对密码子使用模式影响较小。【结论】CSFV、BVDV、BDV 3种病毒多聚蛋白酶基因密码子的偏好性较低,这可能是病毒进化过程中对宿主的一种适应策略。

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。

同义密码子用语与蛋白质结构的关系

对大肠杆菌的５４种三维结构已知的蛋白质及其对应的ｍＲＮＡ序列的集合的分析结果表明，绝大部分密码子与其编码的氨基酸在蛋白质α螺旋、β折叠和卷曲等三种二级结构中的偏好性没有显著的统计性差异。同时，又对Ａｄｚｈｕｂｅｉ提供的相应哺乳类数据集作了同样的偏好性检验，表明９种氨基酸的同义密码子携带蛋白质二级结构信息，与他们的结论一致。推测，这种差异可能由翻译机制的进化趋异造成的。这些结果对于真核基因在原核生物中实现高表达可能有重要的实际意义。

同义密码子携带多少蛋白质二级结构信息

应用信息论方法考察了大肠杆菌和人两种生物的同义密码子用语和蛋白质二级结构的关联情况。研究结果表明:大肠杆菌和人的基因组中都存在着一些同义密码子明显携带有蛋白质二级结构信息,尽管这些信息量都很小;同义密码子与蛋白质二级结构的关联是种属特异的。

同义密码子频率分布的理论研究

从主方程出发研究同义颏码子的频率分布。利用碱基突变系数和氨基酸丰废求出了同义密码子的频率分布,并研究了频率分布和物种及进化的关系。

大肠杆菌同义密码子重复序列中密码子的使用

以大肠杆菌基因组为样本,研究同义密码子重复序列与ORF全序列中各密码子相对使用频率的差异,分析同义密码子重复序列中密码子重复的偏好.结果表明部分密码子的使用与ORF全序列中的使用不同,并非所有密码子的使用与基因表达水平正相关;同义密码子重复序列中密码子重复具有偏好性,部分密码子重复在四联体中有位置偏好.同义密码子重复的最大长度与所编码的氨基酸亲疏水性质、简并度及构成密码子的碱基性质有关.

双软件多参数联合对草鱼同义密码子偏性的分析

密码子偏性分析数据有助于被用来构建高效表达载体,提高外源基因在宿主体内的表达效率。为了解草鱼密码子使用情况,以便在草鱼中高效表达外源目标蛋白来预防草鱼疾病的发生,应用Codon W及CAIcal软件分析了草鱼(Ctenopharyngodon idella)基因组中的208个蛋白质的编码序列。通过分别计算密码子中各个位置的GC含量、密码子适应指数(CAI)、有效密码子数(ENc)、密码子偏爱指数(CBI)、同义密码子的使用频率、最优密码子使用频率(FOP)等,分析了草鱼的密码子使用偏性,确定了草鱼的最优密码子。结果显示,草鱼密码子第2位的GC含量明显低于第1、3位,第3位表现出对以G或C碱基结尾的密码子偏向使用;所确定的23个最优密码子中,除终止密码子是以碱基A结尾外,有18个以碱基G或C结尾,4个以碱基U结尾。所分析结果既可用于分析草鱼基因的组成结构,了解草鱼的分子进化状态,又可以通过所获的结果来指导对外源基因进行分子改造,提高外源基因在草鱼中的表达效率。

两种植物病原黄单胞菌基因组中同义密码子使用的分析

根据已释放的基因组序列,对野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)和地毯草黄单胞菌柑桔致病变种(X.axonopodis pv.citri,Xac)的密码子使用进行了分析。相对同义密码子使用值(relative sy-nonymous codon usage,RSCU)的计算表明,它们具有高度相似的密码子使用模式。2个基因组密码子第3位的GC含量(GC3s)平均达0.806±0.077(Xcc)和0.791±0.075(Xac),倾向于使用GC含量较高的密码子。对有效密码子数量和密码子适应指数的分析表明,Xcc与Xac基因组中,高表达基因具有较高的GC含量,倾向于使用少数种类的密码子,而低表达基因具有较高的AT含量,倾向于随机地使用密码子。对密码子使用绝对次数进行的对应分析也证明了上述结论。同时,计算也证明了基因在基因组中的位置不影响密码子使用的模式。因此,基因组的GC含量、基因的表达水平和基因的种类与起源是影响这2个基因组密码子使用的主要因素。

同义密码子非随机使用的理论模型

利用ｋ＝２时分子序列进化模型￣［１，２］研究了同义密码子的非随机使用。讨论了密码子使用频率以及信息参数Ｄ＿１、Ｄ＿２和Ｘ与选择力参数的依赖关系，另外，考虑到氨基酸相似因子，建立了密码使用频率的一个相似突变模型，研究了同义密码子的非随机使用。

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.

同义密码子用语与蛋白质二级结构信息

对人体 1 1 7个蛋白质和大肠杆菌的 1 85个蛋白质的各二级结构相对应的mRNA序列中的同义密码子与氨基酸上下文关联熵、蛋白质序列中氨基酸与氨基酸上下文关联熵作了统计分析 ,发现密码子关联确实比氨基酸关联对蛋白质二级结构提供的信息量大 ,而且人蛋白质中同义密码子提供的二级结构信息比大肠杆菌中多 .同时 ,证明了在相对信息剩余大于等于 3 0 %的情况下 ,Adzhubei给出的九种氨基酸中的八种其同义密码子在某些二级结构中明显的携带结构信息 ;此外A ,N ,D ,R ,H ,C ,Y这几种氨基酸的同义密码子在某些二级结构中也明显地携带结构信息 .

玉米同义密码子分析

利用现有的玉米基因组数据库数据,使用Codon W软件对筛选得到的29657个有效基因进行同义密码子使用的多变量分析.结果表明:在玉米中发现23个最优密码子,并且密码子第3位碱基呈现出明显的GC偏性.表明基因的GC含量直接影响玉米的密码子使用频率,同时片段长度越短,其最优密码子的使用频率越高.23个最优密码子的确定对玉米的基因改造和基因育种提供了重要的参考依据.

同义密码子用语与氨基酸序列上下文的关联

对大肠杆菌基因组的全部编码区序列进行了统计分析 ,发现同义密码子用语与氨基酸序列上下文关系密切 ,尤其是紧邻氨基酸的影响最为显著 .讨论了该结果的结构生物学意义及其在基因工程领域可能的应用 .