马尔堡病毒密码子偏爱性分析

目的 分析马尔堡病毒(Marburg virus, MARV)基因组密码子使用偏爱性及其影响因素,为疫苗及特异性抗体的制备提供参考。方法 使用EMBOSS以及Codon W、SPSS 26.0等软件对GenBank数据库中93条MARV编码序列进行分析,用SigmaPlot14.0、Graphpad Prism 9.5软件进行绘图。结果 MARV7种蛋白ENC均值分布在49.84~60.92之间,CAI值接近0.7。RSCU结果显示GCA、AGA、AAU、GAA、GGA、AUU、CCU、ACA是7种蛋白的共有高频密码子,其中具有偏爱性的密码子多以A/U结尾。中性分析、ENC-Plot分析和PR2奇偶分析表明MARV密码子使用偏爱性是由突变压力、自然选择和其它多种因素共同作用形成的,其中自然选择占主导作用。将MARV密码子使用频率与大肠埃希菌、酵母、人和杆状病毒4种常见表达系统进行比较,发现MARV与大肠埃希菌密码子使用频率更为接近。结论 MARV密码子使用偏爱性由多种因素共同作用形成的,自然选择占主导作用。大肠埃希菌表达系统更适合作为马尔堡病毒蛋白的体外表达。

猪瘟病毒E2基因密码子偏爱性分析

本试验旨在阐明猪瘟病毒(classical swine fever virus,CSFV)囊膜结构(糖)蛋白E2基因的密码子使用规律,以期为选择高效的表达系统、探索基因功能提供理论依据。本研究运用EMBOSS在线分析软件的CHIPS和CUSP程序对CSFV E2基因进行密码子偏爱性分析。结果显示CSFVE2基因的CAI值为0.703,ENC值为53.161,表明E2在密码子使用上存在较明显的偏爱性,且第3位核苷酸尤其偏爱G或C;从与CSFVE2基因密码子使用频率比值上看,使用频率差异较大的在大肠杆菌有33个、酵母有25个、人有25个;CSFVE2基因共有34个稀有密码子,且还有多个稀有密码子多次串联成簇的情况出现。本试验结果表明酵母等真核生物与CSFVE2基因密码子偏爱性较为接近,可作为其体外表达系统。

猪细小病毒主要非结构蛋白与结构蛋白的密码子偏爱性分析

通过分析猪细小病毒(porcine parvovirus,PPV)主要非结构蛋白(non-structural protein,NS1)及结构蛋白(VP1、VP2)的密码子偏爱性,为三种蛋白基因表达中宿主系统的选择提供参考。运用EMBOSS(The European Molecular Biology Open Software Suite)的CHIPS(Codon Heterozygosity in aProtein Coding Sequence)和CUSP(Create a codon usage table)程序对PPV的NS1、VP1和VP2蛋白基因进行分析,并将分析结果与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性进行比较。结果显示,PPV的NS1、VP1、VP2基因的Nc(Effective number of codons)值分别为39.696、36.638和36.482,表明三种蛋白存在较明显的密码子偏爱性,并且均偏爱选择第三位核苷酸为A的密码子。PPV三种蛋白与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性也有一定差异,其中与酵母的密码子偏爱性差异最小,其表达系统选择酵母较为合适。

埃博拉病毒包膜糖蛋白的密码子偏爱性分析

目的对从2014年西非埃博拉暴发地区感染者分离的4个埃博拉病毒株基因组包膜糖蛋白编码基因进行密码子偏爱性分析,为埃博拉病毒包膜蛋白基因表达中宿主系统选择和密码子优化提供参考。方法通过Gene Bank搜索近期公布的分离自西非地区的4个埃博拉病毒株全基因组序列,获得编码包膜糖蛋白GP1和GP2的基因序列及蛋白编码序列。采用EMBOSS在线预测埃博拉病毒包膜糖蛋白的密码子偏爱性,并通过与Codon Usage Database中大肠杆菌、酵母及人的密码子使用频率进行比较,筛选最适埃博拉病毒GP蛋白体外表达的宿主物种,并提供相应密码子优化方案。结果埃博拉病毒基因组、GP1和GP2的Nc值均在57左右,CAI值均在0.7左右,表明其密码子偏爱性较均一,且基因的表达水平相对较高;编码GP1蛋白F、H、M、N、W等氨基酸和GP2蛋白D、K、N、Q、Y等氨基酸中不同密码子使用频率有较大差异;GP1和GP2蛋白密码子偏爱性有共同之处也存在明显差异。计算σGP/E.coli、σGP/Yeast、σGP/Human的比值,结果显示GP1中>2.0或<0.5的数量分别为24、20和19个;GP2中的数量分别为26、30和19,表明埃博拉病毒GP1和GP2蛋白与人的密码子使用频率较为接近。结论以密码子偏爱性分析作为辅助手段,分析出此次流行于西非的埃博拉病毒包膜糖蛋白的密码子偏爱性及最适表达物种及密码子优化方案,为体外表达GP1和GP2蛋白,从而研发埃博拉病毒检测试剂、亚单位疫苗及基因工程抗体提供参考。

猪细小病毒NS1基因密码子偏爱性分析

为给猪细小病毒(Porcine parvovirus,PPV)主要非结构蛋白(NS1)基因选择良好的宿主表达系统提供参考依据,本研究运用EMBOSS在线分析软件的CHIPS和CUSP程序对PPV NS1基因进行密码子偏爱性分析。结果显示PPV NS1基因的CAI值为0.642,ENC值为39.703,这表明NS1在密码子使用上存在较明显的偏爱性,且第三位核苷酸尤其偏爱A或T;从与PPV NS1基因密码子使用频率比值上看,使用频率差异较大的在大肠杆菌有33个、酵母有26个、人有27个;PPV NS1基因共有71个大肠杆菌稀有密码子,并且还有多个稀有密码子多次串联成簇出现的情况。结果表明酵母等真核生物与其密码子偏爱性较为接近,可作为该基因体外表达宿主的首选。

一种快速获得基因密码子偏爱性改造的方法——SOE-PCR

SOE-PCR采用具有互补末端的引物,使PCR产物形成重叠链,在不需要内切酶消化和连接酶处理的条件下实现DNA片段的拼接,能够高效、快速地实现基因的定点突变。应用SOE-PCR原理成功地实现了对几丁质酶基因chi58的5个位点的突变,构建了几丁质酶基因密码子偏爱性改造突变体—chi58A。实验证明,SOE-PCR具有简捷、快速、高效的优点。扩增过程中未引入其他突变,获得的chi58A突变体基因片段可以用于后续的分子克隆。

鸭肠炎病毒核衣壳蛋白密码子偏爱性分析

为给鸭肠炎病毒(DEV)核衣壳蛋白(NP)基因选择良好的宿主表达系统提供参考依据,本研究运用EM-BOSS软件包CHIPS和CUSP程序对DEVNP基因进行了密码子偏爱性分析。结果显示,DEV NP基因的ENC值为51.180,编码NP蛋白的A、I等氨基酸不同密码子的使用频率存在一定的差异;从与DEV NP基因密码子使用频率比值上看,大肠杆菌22个、酵母18个、鸭12个和人20个密码子存在较大的偏爱性。由此可见,编码DEVNP蛋白密码子出现频率较均一,且酵母等真核生物与其密码子偏爱性较为接近,可作为该基因体外表达宿主的首选。

不同PRRSV毒株间ORF1a基因密码子偏爱性差异分析

运用Codon W、ClustalX、TreeView软件及EMBOSS(The European Molecular Biology Open SoftwareSuite)、CIMMiner在线分析软件对选取的29株PRRSV ORF1a基因进行密码子偏爱性聚类分析.CAI、CBI、Fop、Nc、GC3s和GC含量、基因长度等相关性分析显示PRRSV各毒株编码的ORF1a基因密码子偏爱性各有差异,其中Lelystad virus、LV4.2.1、VR-2332、RespPRRS MLV与国内分离的高致病性PRRSV变异株之间差异较大.密码子使用概率聚类分析表明CC-1、NVSL-97-7895、CH-1a、RespPRRS MLV、LV4.2.1、Lelystad virus与高致病性PRRSV变异株距离较远,而国内分离株相互间的聚类距离则较接近,此结果与基于氨基酸序列比对构建的系统进化树图谱基本一致.由此可见,PRRSV病毒ORF1a基因密码子使用偏爱性的差别与病毒的遗传多样性密切相关.

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的密码子偏爱性分析

目的分析SARS-CoV-2密码子使用的偏爱性及不同国家和地区流行株的密码子之间的聚类关系。方法使用CodonW、EMBOSS、SigmaPlot14.0、SPSS 22.0等软件分析SARS-CoV-2的密码子偏爱性及其影响因素,在此基础上对不同国家毒株的密码子偏爱性进行聚类分析。结果SARS-CoV-2的各蛋白ENC值在26.60~57.81之间;密码子以A/U结尾(RSCU>1),约占84.98%。ACA、ACU、AGA、AUU、CCU、CUU、GCU、GGU、GUU、UCA、UCU、UUA为多数基因共有的高频密码子,ORF10基因没有偏爱密码子。ENC-Plot、中性分析、PR2绘图分析显示,SARS-CoV-2的各蛋白密码子使用偏爱性受不同因素影响,但是主要因素是自然选择,突变次之。基于密码子偏性的聚类分析发现,来源全球20多个国家和地区的SARS-CoV-2密码子偏爱性有明显差异。部分蛋白的密码子偏爱性聚类分析显示,西班牙、法国、韩国、美国和越南等国家单独聚类。S和ORF1ab的聚类分析显示,中国SARS-CoV-2流行株与美国的流行株的密码子使用偏性分属不同聚类。结论SARS-CoV-2的密码子使用偏性在发生变化,目前主要受环境选择影响。这种改变可能是病毒的跨物种传播造成的,需对其加强动态监控,并对其密码子偏爱性改变的意义进行深入研究。

新型冠状病毒Omicron变异株密码子偏爱性及其进化分析

目的分析新型冠状病毒(SARS-CoV-2)Omicron变异株各蛋白密码子偏爱性的变化,探索Omicron与其他关切变异株(Variant of Concern,VOC)密码子偏爱性的差异及进化关系。方法从NCBI SARS-CoV-2数据库中收集标准株Wuhan-Hu-1及5种VOC全基因组编码序列,使用EMBOSS子程序CUSP、MEGA 11.0、Codon W等分析软件进行相关密码子偏爱性数据的计算,通过SigmaPlot 14.0、SPSS 22.0等软件进行数据统计分析并绘图。结果Omicron变异株ENC均值为46.05±7.80,其S、E、ORF1ab、ORF1a蛋白编码基因密码子较其他VOC使用偏性减弱。相比Wuhan-Hu-1,Omicron关键蛋白RSCU与人类基因密码子更接近。基于密码子使用偏性的聚类分析结果显示,Omicron毒株S、ORF1a蛋白密码子与其他VOC毒株变异最大。结论新现Omicron变异株S、ORF1ab等关键蛋白的密码子偏爱性减弱,密码子使用模式较Wuhan-Hu-1更接近人类基因,可能是其感染效率增加的原因。

猴痘病毒密码子偏爱性变迁分析

目的了解猴痘病毒(mpox)密码子使用偏爱性特点,探讨影响其密码子使用偏爱性的主要因素。方法从NCBI数据库中下载1260条mpox全基因编码序列,选择包括6种突变明显的蛋白编码序列(包括3个毒力基因和3个膜蛋白),运用软件CodonW、EMBOSS、IBM SPSS Statistics 26和SigmaPlot 14.0进行数据分析和绘图分析。结果mpox 6种蛋白ENC取值范围为40.65~52.24,CAI均值为0.64±0.03。ENC-plot、中性绘图及PR2-plot分析表明突变为影响mpox密码子偏爱性的主要因素。基于密码子使用偏爱性的聚类分析显示6种蛋白聚类相似,其中2003-2016毒株和标准株Zaire-96-I-16聚为一类,2017-2021和2022至今的毒株聚为一类。结论mpox 6种蛋白密码子主要受突变的影响,其偏爱性有增加趋势。2017年以后的毒株密码子偏爱性发生较大改变,需要进一步加强监测。

苦荞叶绿体基因组密码子偏爱性分析

本研究应用Codonw、CHIP、CUSP和SPSS软件对苦荞叶绿体基因组中38条蛋白质编码基因序列进行了偏爱性分析以及多元统计分析,获得了每个基因密码子3个位置的GC含量和ENC值以及所有基因序列的RSCU值,并与大肠杆菌、酵母、拟南芥以及水稻进行了对比分析。结果显示,苦荞叶绿体基因组基因密码子GC3含量明显低于GC2、GC1含量,表现出密码子对AT碱基结尾的偏爱性。中性绘图分析和ENC绘图分析表明苦荞叶绿体基因组的密码子偏爱性主要受选择的影响;通过和4种生物的密码子使用频率比较,发现其与大肠杆菌、水稻的密码子使用模式偏差较大,但与拟南芥、酵母的密码子使用模式相差较小,在此基础上确定了17种最优密码子。本研究分析结果对指导苦荞叶绿体基因进行分子改造,遗传转化,提高外源基因在苦荞的表达效率、新基因预测的准确性等基因工程问题具有一定的意义。

鸭甲型肝炎病毒衣壳蛋白B细胞抗原表位和密码子偏爱性的分析

为了筛选血清1型鸭甲型肝炎病毒(DHAV)衣壳蛋白的优势B细胞抗原表位及其各结构蛋白的最佳宿主表达系统,通过RT-PCR获得DHAV衣壳蛋白的编码基因(P1基因)序列,并分别运用DNAStar和EMBOSS软件分析其B细胞抗原表位区和密码子偏爱性特征,然后进行各结构蛋白抗原性的Western-bolt分析以及与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性进行比较。结果显示,DHAV的优势B细胞抗原表位主要存在于VP1和VP3蛋白,且每种蛋白各包含2个潜在的优势B细胞抗原表位。DHAV 3种结构蛋白基因的ENc值分别为54.631、49.502和45.924。VP3和VP1蛋白与酵母的密码子偏爱性差异最小,VP0蛋白与人的密码子偏爱性差异最小。结果表明,3种结构蛋白密码子出现的频率较为均一。VP1和VP3蛋白均是DHAV基因工程疫苗研制的候选免疫原,且适宜在酵母表达系统中表达,而VP0蛋白更适宜在人源细胞中表达。

H1N1流感病毒聚合酶片段的CpG抑制及其对密码子偏爱性的影响

H1N1流感病毒的聚合酶具有RNA复制、转录等功能,并且对流感病毒片段包装、子代繁殖及宿主适应性等有着重要作用。通过分析人、猪及禽类H1N1流感病毒聚合酶片段的二核苷酸频率及同义密码子的偏爱性,发现不同宿主中,流感病毒聚合酶片段的CpG频率最低,且均被强烈抑制;通过三类宿主间的比较发现,人流感病毒抑制最为强烈,且其CpG频率随年份呈下降趋势,但2009年毒株的CpG频率突然上升。比较同义密码子使用频率发现,含有CpG的同义密码子相对使用频率均小于1,证明CpG抑制作用是影响同义密码子偏爱性的一个重要因素。以上结果暗示,CpG抑制对H1N1流感病毒的进化及跨宿主传播可能有重要影响。

IBDV超强毒株和弱毒株VP2基因同义密码子使用偏爱性研究

应用RT-PCR方法扩增并克隆了分离自河南省的30株IBDV超强毒和9株弱毒株VP2基因cDNA序列,研究IBDV超强毒和弱毒株的VP2高变区基因不同位点同义密码子的使用情况。结果表明,超强毒株和弱毒株除特定位点的特征性氨基酸不同外,在同义密码子的使用上也有明显的偏爱性。这预示着同义密码子的使用与VP2基因表达及其表达产物的空间结构有关,进而可能影响到IBDV的毒力。

寨卡病毒基因组密码子偏爱性分析

寨卡病毒是一类对人类危害极重的RNA病毒,为了解其密码子使用特点和主要影响因素,本研究采用CHIPS、CUSP、Codon W和SPSS软件对寨卡病毒所有基因序列进行了偏爱性分析和多元统计分析,获得了每个基因密码子3个位置的GC含量和ENC值以及所有基因序列的RSCU值,并与大肠杆菌、酵母、人的密码子使用频率进行了对比分析。结果显示,寨卡病毒GC3含量相对较高,为54.14%,ENC值为52.54,表明该病毒密码子偏爱性偏低且偏爱以G、C、A碱基结尾的密码子,这和一般病毒的偏爱性有所不同。中性绘图和ENC绘图分析表明密码子的偏爱性主要受到选择作用的影响。通过和其它3种生物密码子使用频率进行比较,发现其与人的密码子使用频率相差最小。在此基础上确定了寨卡的18个最优密码子。研究结果对寨卡病毒寻找最佳宿主进行体外表达,从而研发基因工程疫苗及治疗性抗体具有一定的意义。

中东呼吸综合征冠状病毒结构蛋白与附属蛋白编码基因密码子偏爱性分析

中东呼吸综合征冠状病毒是一类对人类危害极重的RNA病毒,为了解其密码子使用特点和主要影响因素,该文采用CHIPS、CUSP、CodonW和SPSS软件对MERS-CoV 9条基因序列进行了偏爱性分析和多元统计分析,获得了每个基因密码子3个位置的GC含量和ENC值以及所有基因序列的RSCU值,并与大肠杆菌、酵母、人的密码子使用频率进行了对比分析。结果显示GC3明显低于GC2、GC1且小于50%,ENC值为50.59,表明该病毒密码子偏爱性偏低且偏爱以A、T碱基结尾的密码子。中性绘图和ENC绘图分析表明密码子的偏爱性主要受到选择作用的影响。通过和其它三种生物密码子使用频率进行比较,发现其与酵母密码子使用频率相差最小。在此基础上确定了MERS-CoV的19个最优密码子。研究结果对MERS-CoV寻找最佳宿主进行体外表达,从而研发基因工程疫苗及治疗性抗体具有一定的意义。

蓼科大黄属植物CHS基因密码子偏爱性分析

为探究蓼科大黄属物种CHS基因密码子的偏爱性,鉴定出该类基因的最优密码子。利用EMBOSS、Codon W1.4.4和SPSS 17.0软件对24条来源于大黄属不同物种的CHS基因进行多元统计分析,以深入研究其偏爱性。结果表明,大黄属CHS基因密码子的GC_3含量最高,其与GC_(12)的相关性检验未达到显著水平。ENC-plot分析显示,24条CHS基因的ENC值均低于预期值。以上证明了自然选择是CHS基因密码子偏爱性形成的主导因素。筛选出的26个最优密码子中,17个密码子的第3位碱基为G/C,表明CHS基因最优密码子偏爱以G/C结尾。

条斑紫菜叶绿体基因密码子偏爱性分析

条斑紫菜是一种具有重要经济价值的藻类植物,广泛应用于医学、纺织和食品等领域。本研究通过Python、OGDRAW、CodonW、CUSP、DNAstar及SPSS20等软件进行多元统计和密码子偏爱性分析,并获得了56个条斑紫菜叶绿体基因序列的GC_(1)、GC_(2)、GC_(3)、ENC值和RSCU值,同时获得了条斑紫菜叶绿体基因组结构图和密码子使用热图。结果显示,条斑紫菜叶绿体基因的AT碱基含量高于GC碱基含量,说明其密码子偏爱于A/T碱基结尾。中性绘图分析、ENC绘图分析和PR2-plot分析结果表明影响条斑紫菜叶绿体基因密码子偏爱性的主要影响因素是自然选择。将高频密码子和高表达优越密码子结合,最终获得了9个条斑紫菜叶绿体基因的最优密码子,如UUU、UCA和CCU,均偏爱于A/U碱基结尾。研究结果为条斑紫菜的资源开发和培育利用,以及外源基因的稳定表达提供了重要的科学依据。

人埃博拉病毒密码子偏爱性与聚类分析

埃博拉病毒(Ebola virus,EBOV)宿主广泛,其遗传进化关系复杂,影响埃博拉病毒密码子偏爱性的因素众多。为了明确人埃博拉病毒密码子使用的偏爱性,揭示影响其偏爱性的影响因素和不同宿主来源的埃博拉病毒间的遗传进化关系。本研究通过计算有效密码子数(Effective number of codons,ENC),同义密码子相对使用频率(Relative synonymous codon usage,RSCU)和其他指标,对人埃博拉病毒的密码子使用模式进行综合分析。结果显示,人埃博拉病毒各蛋白的ENC均值分布于55.66~55.77,RSCU>1的密码子中77%以上都是以A/U结尾。中性绘图分析和PR2绘图分析等相关分析表明,自然选择是影响密码子使用模式的主要因素,突变压力的影响相对较小。聚类分析结果表明,猪和人来源的埃博拉病毒亲缘关系最近,提示猪来源的埃博拉病毒感染人的风险最大。新发现的bombali型埃博拉病毒与人的亲缘关系距离较远,在大多数蛋白中均单独聚类。本研究结果对深入了解人埃博拉病毒的遗传进化关系,进而研究埃博拉疫苗和制备抗体具有重大意义。