萱草海水胁迫相关WRKY转录因子密码子偏向性分析

在植物进化的过程中,不同物种的基因具有特定的密码子使用偏好性。WRKY基因家族在植物抗逆过程中扮演着重要角色。萱草是一种抗逆性极强的优秀园艺植物。为了深入探究萱草WRKY基因的密码子使用特征,采用CodonW和EMBOSS在线程序对海水胁迫诱导相关21条WRKY转录因子(HfWRKY)进行密码子分析。同时,利用Excel和Rstudio软件绘制中性分析图、ENc-plot图和PR2-plot图,旨在揭示HfWRKY基因的密码子使用规律。HfWRKY基因GC平均含量为48.31%,GC3平均含量为51.72%,这表明HfWRKY基因更倾向使用G/C结尾的密码子,且其密码子使用偏好性较弱。相对同义密码子分析显示,28个密码子的RSCU值>1,其中13个以A或T结尾,15个以G或C结尾。此外,有效密码子数的取值范围在46.54~59.64之间,密码子适应指数范围为0.158~0.274。通过中性分析、ENc-plot和PR2-plot图发现HfWRKY基因的密码子使用模式受到突变和自然选择等因素的影响。最后,鉴定出10个HfWRKY基因家族的最优密码子并证明其与抗性相关。本研究结果对于进一步挖掘HfWRKY基因家族在萱草在海水胁迫方面的作用和分子育种提供了理论依据。

萱草海水胁迫相关bZIP转录因子密码子偏向性分析

bZIP转录因子是普遍存在于动、植物及微生物中的一类蛋白,广泛参与胁迫响应、生长发育调节及能量代谢等多种生理过程。首次通过CodonW和Emboss对萱草海水胁迫相关bZIP基因家族的密码子构成特性及密码子使用模式进行分析,预测HfbZIP基因可能使用的最优密码子,为发掘萱草bZIP基因家族成员的潜在功能提供理论基础。结果表明,HfbZIP基因家族密码子平均GC含量为48.52%,GC3值为48.12%,略微偏向使用A/T结尾;ENC值所在范围为37.40~61.00,平均值为51.50,CAI值取值范围为0.14~0.21,均值为0.19,表明该家族密码子使用偏向性较弱且整体的表达水平不高;中性绘图分析,ENC-plot曲线分析及PR2-plot图表明HfbZIP家族基因密码子偏好性形成受碱基组成,突变与自然选择压力等多因素共同影响;根据RSCU分析筛选出7个最优密码子,可为萱草bZIP功能基因研究和序列设计中密码子优化和宿主选择提供理论支持。

按痘苗病毒优势密码子改造HIV-1 gag基因提高表达水平的研究

为确定痘苗病毒密码子偏向性与基因表达的关系及其在痘苗病毒与宿主细胞相互作用过程中的作用,按痘苗病毒的优势密码子对HIV-1gag基因进行改造,并对合成基因与野生型HIV-1gag基因在痘苗病毒载体系统的表达水平进行了研究。结果显示:①各目的基因分别正向插入了痘苗病毒TK区7.5k启动子下游;②免疫荧光检测显示,改造前后的gag基因均能够很好地在痘苗病毒中表达;③Westernblot检测显示,在相同感染量时,改造后的gag基因具有更高的表达水平;④流式细胞术检测显示,密码子改造后的gag基因较野生型gag基因表达水平提高约17%。上述结果表明:按照痘苗病毒优势密码子进行外源基因改造,可作为提高外源基因在痘苗病毒中表达的策略,同时提示,密码子偏向性是痘苗病毒与宿主细胞相互作用的重要调控因素。

影响伪狂犬病病毒同义密码子用法特点的因素分析

为了充分了解伪狂犬病病毒基因组结构和病毒进化机制,计算伪狂犬病病毒各基因(组)Nc值、RSCU值、GC3s含量和双核苷酸组成,分析伪狂犬病病毒密码子用法特点.采用目前最普遍使用的多变量统计分析方法(对应分析)分析影响伪狂犬病病毒基因组同义密码子用法偏爱性的因素.结果表明:①在GC含量丰富的伪狂犬病病毒基因组中,所有基因都偏爱于以G或C结尾的密码子;②伪狂犬病病毒对CpG、CpC、GpC和GpG 4种双核苷酸具有显著偏爱性,而较少使用ApA、ApT、TpA和TpT 4种双核苷酸;③碱基组成限制、碱基突变压力、翻译选择和基因功能是形成伪狂犬病病毒密码子用法特点的4种因素.伪狂犬病病毒所有基因Nc-GC3s分布图显示有些基因如LLT ORF1、LLT ORF2等的偏向性完全是由于碱基的组成限制.GC3s-GC12s散点图则显示碱基突变和自然选择都是PRV密码子偏向性的形成因素.根据RSCU值进行的对应分析表明伪狂犬病病毒大多数基因密码子用法受基因表达水平和基因功能影响.综上所述,伪狂犬病病毒偏爱于G或C结尾的密码子,且碱基组成限制、碱基突变、翻译选择和基因功能是影响伪狂犬病病毒同义密码子用法特点的主要因素.

银杏WRKY家族基因密码子使用偏向性分析

本研究以银杏基因组数据为基础,利用HMMER软件对银杏WRKY家族进行预测,用保守域分析软件进行确认,再以密码子分析的序列筛选原则对序列进行筛选,共计筛选出34条基因编码序列作为研究对象,对其密码子使用偏向性进行分析。结果显示,银杏WRKY家族基因密码子GC含量范围在40.51%～52.07%,平均含量为45.60%,GC3平均含量为41.75%,说明该家族偏向使用以A或U结尾的密码子;ENC值在49.58～60.45之间,说明其密码子偏向性较弱;相对同义密码子使用度分析显示RSCU值大于1的密码子有23个,其中以A和U为结尾20个;中性绘图分析和ENC-plot曲线分析显示银杏WRKY家族基因GC3与GC12相关性并不显著,并且大部分基因ENC值偏离了理论值。综合分析发现突变和选择压力等诸多因素共同决定着银杏WRKY家族基因的密码子偏向性。银杏WRKY家族基因的最优密码子的确定是结合了高表达优越密码子分析法和高频密码子分析法,并最终确定出UUA、UUG、CCU等7个密码子为银杏WRKY家族基因的最优密码子。研究结果为银杏WRKY家族基因的密码子优化及其转基因研究中载体的选择提供理论依据。

石榴转录组密码子使用偏向性

对石榴(Punica granatum)转录组数据进行从头组装,预测完整CDS序列的密码子使用偏向性;将石榴转录谱与其他8种蔷薇分支物种基因组编码序列进行同义密码子相对使用度(RSCU)比较,并对石榴WRKY和MYB家族基因进行亚家族进化分析和RSCU比较。结果表明:(1)石榴转录组主要受自然选择压影响。密码子偏向性极强的基因多为细胞相关功能基因;没有密码子使用偏向性的基因多与维持生命活动本质相关。(2)基因差异高表达影响RSCU,CpG二核苷酸富集影响密码子适应性。(3)物种间亲缘关系越近,RSCU值越相似。对蔷薇分支物种密码子进行RSCU比较,石榴与巨桉(Eucalyptus grandis)偏向性基本一致。(4)亚家族功能分化影响密码子偏向性。石榴WRKY亚家族1、4和13在翻译精氨酸、亮氨酸时分别偏向使用AGG、CUC,这与其不断进化的抗逆功能相关。石榴MYB亚家族8在翻译苏氨酸时偏向选择ACA,这与其扩张中的木质化功能相关。

基于转录组数据分析药用真菌猪苓密码子使用偏好性

本研究以猪苓转录组数据(SRP058382)为基础,利用BLASTx和ESTScan对猪苓的CDS进行预测,共筛选出332条unigenes,再利用CodonW分析这些基因密码子使用偏向性。结果显示,猪苓基因密码子GC含量范围在44.51%~64.6%,平均含量为53.57%, GC3平均含量为57.98%,说明猪苓基因偏向使用以G或C结尾的密码子;ENC值在38.46到61之间,说明其密码子偏向性较弱;中性绘图分析及ENC-plot曲线分析显示,猪苓基因GC12与GC3的回归系数为0.075,说明GC12和GC3的相关性微弱,并且大部分基因ENC值偏离了理论值。这些分析表明在猪苓基因的密码子使用偏向性的形成过程中,突变和选择压力等诸多因素都发挥着重要作用。通过高表达优越密码子分析确定了猪苓基因中22个最优密码子,多以G或C结尾。研究结果为猪苓的转基因研究中载体的选择及分子进化研究提供理论依据。

Analysis of Synonymous Codon Usage in Aeropyrum pernix K1 and Other Crenarchaeota Microorganisms

In this study, a comparative analysis of the codon usage bias was performed in Aeropyrum pernix K1 and two other phylogenetically related Crenarchaeota microorganisms （i.e., Pyrobaculum aerophilum str. IM2 and Sulfolobus acidocaldarius DSM 639）. The results indicated that the synonymous codon usage in A. pernix K1 was less biased, which was highly correlated with the GC3s value. The codon usage patterns were phylogenetically conserved among these Crenarchaeota microorganisms. Comparatively, it is the species function rather than the gene function that determines their gene codon usage patterns. A. pernix K1, P. aerophilum str. IM2, and S. acidocaldarius DSM 639 live in differently extreme conditions. It is presumed that the hving environment played an important role in determining the codon usage pattern of these microorganisms. Besides, there was no strain-specific codon usage among these microorganisms. The extent of codon bias in A. pernix K1 and S. acidocaldarius DSM 639 were highly correlated with the gene expression level, but no such association was detected in P. aerophilum str. IM2 genomes.