猕猴桃查尔酮合成酶基因CHS密码子偏好性分析

为了解猕猴桃查尔酮合成酶基因(Chalcone Synthase,CHS)的密码子使用特征,采用CodonW、SPSS、MEGA软件和EMBOSS在线程序等分析猕猴桃CHS密码子偏好性,并构建单双子叶植物CHS系统发育树。研究结果表明,猕猴桃CHS有效密码子数(ENc)、总G和C含量(GC)和密码子第3位上G或C含量(GC3s)分别为57.21、0.533和0.607;同义密码子相对使用度(RSCU)大于1.0的密码子数为30,但不存在偏好性极强的密码子;聚类分析结果发现,基于密码子使用偏好性分类可将单双子叶进行准确归类,而CHS序列相似性聚类结果并不理想;密码子使用频率分析表明,猕猴桃CHS与模式生物拟南芥和大肠杆菌基因组间密码子使用偏好性差异相对较小。研究认为,猕猴桃CHS密码子偏好性较弱,但倾向使用G和C,且以G或C结尾的密码子;单双子叶植物CHS间存在严格的密码子使用法则;此外,拟南芥和大肠杆菌可能是猕猴桃CHS遗传转化和异源表达较为理想的受体系统。     

13种植物actin基因的密码子使用特性分析

[目的]分析13种植物actin基因的密码子组成、密码子偏性及聚类关系,了解其密码子使用模式及影响密码子使用的因素,为深入研究分子进化及物种进化提供参考.[方法]运用CodonW 1.4.4软件分析13种植物的肌动蛋白基因(actin)密码子组成及使用参数,并对影响密码子偏性的因素进行研究.应用MEGA 4.1对13条基因的CDS序列进行聚类分析,采用SPSS 20.0进行密码子偏性的聚类分析.[结果]双子叶植物中actin基因的GC含量为45.0%~51.2%、GC3s含量为36.3%~53.8%,单子叶植物中GC含量为53.0%~58.3%、GC3s含量为60.9%~75.8%;actin基因在单子叶植物中偏爱G/C结尾的密码子,双子叶植物中偏爱A/T结尾的密码子.GC和GC3s与有效密码子数(ENC)呈极显著负相关(P<0.01),相关系数均为-0.906.ENC绘图分析结果表明,actin基因密码子偏性同时受突变和选择压力影响,单子叶植物受选择压力影响的程度大于双子叶植物.基于actin基因密码子偏性的聚类将单子叶植物高粱、玉米聚为一类,水稻、大麦、竹聚为一类,8种双子叶植物聚为一类.[结论]actin基因密码子偏性与碱基组成密切相关,其密码子偏性在单、双子叶植物间存在差异,依据密码子偏性的聚类能在一定程度上反映物种间的亲缘关系.     

大豆GmRAV基因的密码子偏好性分析

运用CUSP和CodonW程序分析大豆GmRAV基因的密码子偏好性,并与其他11种植物的RAV基因密码子偏好性进行比较,以期为该基因在作物遗传改良中选择合适的受体植物提供参考.结果表明,大豆GmRAV基因偏好于以C或G结尾的密码子,基于RAV基因的密码子使用偏性的系统聚类分析表明,大豆等共9种双子叶植物聚为一类,玉米、高粱和水稻这3种单子叶植物聚为一类,预示大豆GmRAV基因更适合导入双子叶植物     

不同植物CHI基因密码子使用特性及其影响因素分析

查耳酮异构酶(CHI)是类黄酮生物合成早期阶段的一个关键酶,在种皮发育和颜色形成过程中具有重要的调控作用,利用生物信息学软件分析22种植物CHI基因的密码子使用偏好性特点及其影响因素。结果表明:单子叶植物CHI基因偏好以碱基G/C结尾,而双子叶植物对碱基G/C和A/U结尾的偏好程度相似,双子叶植物具有较高的ENC值和较低的Fop值,表明双子叶植物CHI基因具有较弱的密码子偏好性; RSCU值聚类分析显示,AGG、AGA可能为植物CHI基因最优密码子;影响因素分析表明,不同植物CHI基因密码子不同位置的碱基组成差异程度较大,其偏好性主要受自然选择作用中的碱基组成(GC3s、GC12)影响较大,氨基酸平均亲水性(Gravy)对密码子使用偏好也有一定的影响;系统进化显示,大部分亲缘关系较近的物种密码子使用偏性也较相似,但某些传统分类上相似的物种存在一定的差异。     

莲藕PPO基因密码子偏好性特征分析

为了解莲藕多酚氧化酶(PPO)基因密码子使用偏好性、不同物种中PPO基因同源关系及异源表达受体,本研究运用CondonW和EMBOSS程序对莲藕PPO基因密码子进行分析。结果表明,莲藕PPO基因偏好性较弱但偏好于G/C结尾的密码子,其中高频密码子有24个(同义密码子相对使用度1),偏好性最强的有3个(同义密码子相对使用度2)。用SPSS和MEGA软件对34种单子叶和双子叶植物的PPO密码子进行偏性比较和聚类分析,发现不同物种PPO基因存在不同密码子偏好模式,多数单子叶植物PPO基因密码子偏好性比双子叶植物强。PPO密码子相关性分析结果表明,莲藕PPO密码子使用偏好主要受突变压力的影响。在异源转化受体选择中,大肠杆菌真核表达系统适合莲藕PPO的异源表达,拟南芥则是莲藕PPO转基因的理想受体。莲藕PPO密码子偏好模式分析为后续的PPO基因遗传转化研究提供了理论依据。     

茶树CsNRT1.1基因密码子使用特性分析

运用CUSP、Condow等程序对茶树CsNRT1.1基因、茶树基因组及不同物种NRT1.1基因进行密码子使用特性分析,并比较了CsNRT1.1基因与不同模式物种密码子使用偏好性差异。结果显示,茶树CsNRT1.1基因编码区偏好使用A/U,密码子结尾偏好使用G/C,RSCU值1的偏好性密码子有26个,其中偏好性较强的只有AGG(RSCU2),并偏好以G/C结尾;CsNRT1.1基因和茶树基因组中密码子偏好性存在差异,共计25个密码子使用偏好性存在明显差异,5个氨基酸密码子偏好性完全一致;CsNRT1.1等少数NRT1.1基因的ENc值较高,CAI、CBI值较低,说明其密码子使用偏好性较低,同时基因表达水平可能较低;CsNRT1.1基因与双子叶植物拟南芥、烟草及酵母菌密码子偏好性差异较小;对NRT1.1基因基于编码基因序列(CDS)组成和基于密码子偏性的聚类分析结果存在一定差异,但在一定程度上都能反映物种间的亲缘关系。     

不同作物FAD2基因密码子偏好性分析

本研究运用多种软件对12种作物的FAD2基因进行密码子偏好性分析。结果表明:FAD2基因在12种作物中密码子使用偏好性差异很大,禾本科作物玉米、水稻、高粱的FAD2基因有效密码子数(Effec-tive Number of Codons,ENC)在30左右,为偏好性很强的基因;油料作物油菜和亚麻的FAD2基因的ENC值分别为45.49和48.58,为一般偏好性基因;另外6种油料作物和模式植物拟南芥的FAD2基因ENC值都大于50,偏好性较弱。玉米、水稻、高粱、油菜、亚麻、花生和拟南芥的FAD2基因偏好以G或C碱基结尾的密码子,其余5种油料作物的FAD2基因偏好使用以A或T结尾的密码子。在12种作物中,密码子CTC的RSCU值都大于1,属于高频使用的密码子;而CTA、ATA、GTA、AGT、CCC属于低频密码子。在聚类分析中,12种作物基于FAD2基因密码子用法与基于CDS序列的聚类结果大体一致。     

香蕉基因组密码子使用偏好性分析

[目的]分析香蕉基因组的密码子组成及使用偏好性,探讨影响密码子偏好性形成的主要因素,为提高香蕉外源基因的表达水平及转基因抗病育种提供参考.[方法]以香蕉基因组的36242条高置信蛋白编码基因CDS序列为研究对象,运用CodonW 1.4.4统计分析香蕉基因组的密码子组成及使用参数,确定最优密码子,并分析密码子使用参数间相关性.[结果]从香蕉基因组数据中筛选获得36242个高置信蛋白编码基因CDS序列,平均长度为1035 bp,GC含量为3.0%~75.8%,其中低于20.0%的仅13个序列,全基因组中GC总含量为50.4%;同义密码子第3位出现G或C的频率为52.9%,比出现A或T的频率高.香蕉基因组的有效密码子数(ENC)介于20.0~61.0,平均为50.7;共有17个最优密码子,其中有15个密码子的第3位是G或C;基因编码区的长度和ENC存在正相关,随着基因编码区长度的增加,对以G或C结尾的密码子使用偏好性逐渐降低,且编码区长度为400~600 bp的基因具有较高的基因表达水平.[结论]香蕉基因组中多数基因的密码子使用偏好性较弱,但少部分基因具有强偏好性,偏好使用以G或C结尾的密码子,且偏好性受核苷酸组成、基因突变及自然选择等因素的影响.     

金莲花叶绿体基因组密码子偏好性分析

对金莲花叶绿体基因组中筛选出的49条蛋白质编码序列(CDS)进行密码子使用偏好性(CUB)分析,为研究物种进化和外源基因表达提供依据。结果表明,金莲花叶绿体基因的有效密码子数(ENC)在40.21～55.54波动,密码子的偏好性较弱;ENC与U3s、A3s呈极显著负相关,与G3s、GC3s呈极显著正相关,同义密码子第3位上的碱基含量直接影响密码子使用偏好性和基因的表达水平。相对同义密码子使用度(RSCU)分析发现,每种氨基酸的较优表达密码子RSCU均大于1且都以A或U结尾,最后确定9个密码子为金莲花叶绿体的最优密码子。通过与其他物种密码子使用频率的比较发现,酵母真核表达系统和双子叶模式植物拟南芥分别更适合金莲花叶绿体基因作基因表达和转基因研究的异源受体。     

苋菜AtGAI基因密码子偏好性与进化分析

为明确苋菜AtGAI基因密码子的使用特性,采用CodonW、SPSS软件及EMBOSS在线程序分析苋菜AtGAI基因密码子的偏好性,通过中性绘图、ENc绘图和偏倚分析GAI基因密码子偏好性形成的可能原因。结果表明:1)苋菜AtGAI基因的有效密码子数(ENc)、密码子适应指数(CAI)和GC含量分别为50.75、0.195和41.91%,表明其密码子偏好性较弱,偏好使用A/T结尾的密码子;2)CDS序列及RSCU聚类分析表明,苋菜AtGAI基因与双子叶植物中石竹目含甜菜色素的植物偏好性最相近;3)密码子碱基成分和相关性分析发现,GAI基因的密码子偏好性主要受碱基突变的影响;4)密码子使用频率比较分析发现,酵母真核表达系统更适合苋菜AtGAI异源表达,模式植物拟南芥、烟草、番茄和甜菜均可做为苋菜AtGAI基因的遗传转化受体,其中甜菜是其最理想的遗传转化受体。突变压力是GAI基因密码子偏好性形成的主要因素,苋菜AtGAI基因外源表达和遗传转化时需要根据宿主基因偏好性进行密码子优化和改造。     

20个物种同义密码子偏性的比较分析

对6种双子叶植物、4种单子叶植物、7种多细胞真核动物、2种单细胞真核生物及1种原核生物(大肠杆菌)的编码序列(CodingDNASequence,CDS)进行了比较研究。结果发现,各供试物种密码子的用法存在明显的位置依赖,编码区域不同区段对密码子选择使用的程度差异很大,表明基因的同义密码子偏性与其编码区不同区域的碱基环境密切相关;基因组差异是造成密码子使用偏性的首要因素。对"翻译起始区"和"翻译终止区"的特征分析发现,大部分供试物种编码序列中的"翻译起始区"碱基偏置强烈,"翻译终止区"相对较弱,暗示"翻译起始区"的密码子使用对提高蛋白翻译的效率和精确性更为重要。不同物种中G+C含量对其同义密码子偏性的贡献率差异很大,但并非是影响同义密码子使用偏性的唯一因素。可以认为,基因编码区域密码子偏性的研究能为搜寻物种进化的分子机理提供线索。     

蒙古黄芪异黄酮合成酶基因密码子偏好性分析

异黄酮是只局限于豆科蝶形花亚科等极少数植物中的一种植物性雌激素,异黄酮合成酶(IFS)是苯丙氨酸分支代谢途径——异黄酮代谢途径的关键酶。为了解蒙古黄芪IFS基因密码子的使用特性,采用CodonW,SPSS软件及EMBOSS在线程序分析蒙古黄芪IFS基因密码子的偏好性,并分别与14个物种的IFS以及模式生物基因组进行比较。结果显示,蒙古黄芪IFS基因的密码子选择偏性较弱且较偏好以A/T结尾,而物种间IFS密码子选择偏性则存在一定差异;进化树分析表明,基于IFS编码序列聚类结果比密码子使用偏性分类结果能更准确地反映物种间的亲缘关系;密码子使用频率比较结果发现,酵母真核表达系统更适用于蒙古黄芪IFS基因异源表达系统建立,而蒙古黄芪IFS基因与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小,尤其拟南芥可能为该基因转基因研究最为理想的受体。     

马转录因子TBX3基因的密码子使用偏好性分析

为了解马TBX3基因的密码子使用特性,为选择该基因最佳的受体以及合适的异源表达系统提供依据,利用CHIPS、CUSP、Codon W等软件对NCBI公布的马TBX3基因(GenBank登录号为XM_014742147.1)的密码子使用情况进行分析,并将其与马的10个肢体生长和肢体形态形成相关基因、模式生物基因组以及其他物种TBX3基因进行比较。结果表明:马TBX3基因偏好使用G/C结尾的密码子,存在19种偏好使用的密码子(RSCU1.20),其中:GCC、CTG、AGC和GTG偏好性较强(RSCU2.00);10个马相关基因在20种偏好密码子中偏好性较强的只有CTG,17种密码子偏好G/C结尾;通过比较30种动物的TBX3基因密码子偏好性,发现其TBX3基因表达水平一般,并且密码子偏好G/C结尾;基于RSCU值和CDS序列的聚类分析发现,奇蹄目的家马与食肉目的家猫、北极熊聚在一起,可见系统进化树更接近这30个物种的真实系统分类;在密码子的使用频率上,小鼠更适合作为马TBX3基因的外源表达宿主。本研究可为TBX3基因在动物遗传育种改良中选择适合的宿主动物、筛选最佳的外源表达系统以及提高其表达水平提供依据。     

枸杞自交不亲和基因S-RNase密码子偏性分析

为了掌握枸杞S-RNase密码子及其使用偏好性,利用EMBOSS和Codon W软件分析了枸杞S-RNase基因密码子的使用偏好性,并将其与酵母、大肠杆菌和柑橘等10种植物S-RNase基因密码子偏好性进行比对,结果表明:枸杞S-RNase密码子偏好以A/T结尾;RSCU值显示该基因高频率使用的密码子有9个,相较其他物种同源基因存在明显的密码子偏好性差异。此外,较密码子使用偏好性分析结果,基于S-RNase基因编码序列的聚类结果更能准确地反应物种之间的亲疏关系。比对其他物种该基因密码子的使用频率发现,同科物种差异较小,不同科物种差异较大;同时对比使用频率发现,枸杞S-RNase基因更适合导入酵母菌进行异源表达,但需要对其进行适当优化改造。     

绵羊BMPR-IB基因密码子使用偏好和适应性进化分析

探讨BMPR-IB编码特点可为提高外源基因在受体物种中稳定、高效表达提供重要依据。本研究运用CHIPS、CUPS和CodonW分析绵羊BMPR-IB基因序列,与不同物种BMPR-IB、模式生物基因组及其他多胎主效基因比较,构建进化树后,利用PAML分析BMPR-IB对环境的适应性。结果表明:绵羊BMPR-IB基因与多胎性状相关的主效基因及除人类、倭黑猩猩和家犬外的不同物种CDS序列中大部分偏好使用G/C结尾密码子,对17种密码子具有偏好性,偏好性较强的密码子为GTG(2.02);绵羊多胎性状相关的BMP-15、GDF-9主效基因,对27种密码子具有偏好性,使用频率最高的为TGT(2.79)。密码子偏好性的聚类结果类似于进化结果,且不同物种的BMPR-IB基因中性选择的作用比例较高;绵羊与3种模式生物基因组密码子使用频率比较发现,小鼠基因组优于酵母和大肠杆菌。本研究结果为今后进一步开展绵羊新基因的发现、功能基因表达调控研究等提供了理论基础。     

8种植物类甜蛋白家族基因进化及密码子特征分析

类甜蛋白(thaumatin-like proteins, TLP)被归为病程相关蛋白第5家族，在植物防御和生长发育过程中发挥作用。使用Mega X、CodonW及EMBOSS网站在线软件，分析8种植物(莱茵衣藻、小立碗藓、拟南芥、水稻、谷子、高粱、小麦、玉米)类甜蛋白家族进化和密码子使用偏性。结果表明，植物类甜蛋白主要归为10个聚类组，其中聚类组Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ中的TLP数目相对较多；5种禾本科作物TLP家族基因主要以G和C作为第3位密码子，密码子具有较强的偏好性，多数类甜蛋白基因ENC值较小，GC3s值分布较集中；8个最优密码子第3位均为G或C结尾，禾本科植物类甜蛋白家族基因密码子偏好G/C结尾。本研究分析了8种植物中类甜蛋白家族基因的进化特征及密码子使用偏性，为该家族基因的分子进化以及转基因应用提供了理论依据。     

43种植物CaM1基因密码子使用特征及遗传差异分析

为深入了解不同类植物CaM1基因(calmodulin 1,简称CaM1)在抵抗逆境进化过程所形成的密码子的使用特征和遗传差异。运用CodonW、BioEdit和MEGA软件对43种植物序列进行分析,并构建系统发育树。结果表明,CaM1基因对密码子的使用具有极强的偏好性,CUC、AUC、UCU、CCA、ACU、UGA为其最优密码子,禾本目植物更偏好使用G/C碱基。G、C碱基含量和位置是引起CaM1基因密码子偏性的主要原因。遗传距离分析表明,山柑目与白花菜目之间的亲缘关系最近,豆目和无患子目间的亲缘关系次之,与聚类分析结果相符。     

螯虾次目功能基因密码子偏好性研究

以螯虾次目功能基因组中的208个蛋白质编码基因序列为数据来源,应用CodonW　14软件对螯虾次目功能基因中密码子组成、同义密码子使用频率、密码子3个位置的G+C含量、有效密码子数等进行分析。结果显示,螯虾次目密码子第三位的G+C含量明显高于第一/二位,表现出对以G或C碱基结尾的密码子的偏好性使用,并确定了9个螯虾次目最优密码子。上述研究结果为今后螯虾次目新基因的发现、功能基因表达调控研究、蛋白质结构和功能预测、以及与其他虾类的比较基因组学研究、螯虾分子标记育种等提供了理论基础。     

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。     

芍药AP1(APETALA 1)基因密码子使用的偏好性分析

在前期克隆芍药AP1基因(登录号为KC354376)的基础上,运用CHIPS、CUSP和CodonW在线程序,分析芍药AP1基因的密码子偏好性,并与其他物种的AP1基因以及模式生物的基因组进行比较。结果表明,芍药AP1基因大部分偏好使用以A/T结尾的密码子,29种偏好密码子(RSCU值>1)中,偏好性较强的有CCA、AGG、TCA、GTT(RSCU值≥2);通过比较12种植物的AP1基因密码子偏好性,发现AP1基因在芒果和梨中的表达水平相对较高,而在芍药和牡丹等植物中的表达水平一般,并且大多偏好以A/T结尾的密码子,这可能与该基因的特殊功能有关;聚类分析结果表明,芍药科中芍药与牡丹聚为一类,梨和碧桃聚为一类;在密码子的使用频率上,芍药AP1基因与酵母基因组的差异小于与大肠杆菌和拟南芥基因组的差异,酵母真核表达更适合作为芍药AP1基因的外源表达系统。本研究结果可为芍药AP1基因在遗传改良中选择合适的受体植物、选择较佳的外源表达系统以及提高该基因的表达水平提供参考依据。