基因密码子与互补密码子使用的相关分析

遗传密码是基因与蛋白质进行信息对接的桥梁,研究不同进化阶层生物的密码子与互补密码子的使用规律是揭示物种进化的一种重要途径.为了阐明不同生物和细胞器基因密码子与互补密码子使用之间的内在联系及其在进化中的意义,作者选取了44种细胞生物、16种病毒、40种线粒体和20种叶绿体的基因密码子与互补密码子数据,并进行关联分析.结果显示:(1)无论是古细菌,真细菌,病毒,真核生物还是两类细胞器,它们的密码子与互补密码子的使用频率大多表现为显著或极显著正相关;(2)不同生物和细胞器基因密码子与互补密码子使用频率之间相关程度也存在明显的异质性.细胞生物和两类细胞器基因密码子与互补密码子使用的高度一致性反映了它们可能具有共同的起源,显著的异质性则反映了它们分别经历了不同的进化选择压力.密码子与互补密码子的使用相关程度不仅能被用作为测量物种进化过程中所经历选择压力的指标,而且也能被用作为碱基摆动和修饰的指示器.此外,文中还对生物进化早期存在DNA双链同时具有编码基因功能的可能性进行了讨论.     

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。     

金银花大毛花叶绿体基因组密码子的偏好性分析

通过分析金银花大毛花叶绿体基因组密码子使用偏好性,探讨影响其密码子偏性形成的主要因素,为金银花系统发育及叶绿体基因组密码子进化研究提供参考。利用生物信息学手段对金银花大毛花50个叶绿体蛋白编码基因的密码子使用偏好性进行分析。金银花大毛花叶绿体基因组GC含量为39.18%,有效密码子数(ENc)为48.81,密码子的使用偏好性较弱;GC与GC1、GC2、GC3、GC3s、GC和CAI之间的相关系数均达到显著或极显著水平;同义密码子的相对使用频率(RSCU)大于1的密码子有30个,其中,28个以A/T结尾;综合ENc-plot分析、PR2-plot分析、中性绘图分析及对应性分析表明,在金银花大毛花叶绿体基因组密码子使用偏好性的形成过程中,选择压力和突变及其他因素共同发挥着重要作用。基于相对同义密码子使用分析,确定了30个高频密码子和5个最优密码子,最优密码子均以A或T结尾。本研究明确了金银花大毛花叶绿体基因组密码子使用偏好性受选择压力和突变等因素的共同影响,并筛选出5个最优密码子。     

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。     

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。     

梨同义密码子用法的初步分析

生物体内密码子使用偏性对外源基因表达存在较大影响。本研究采用CodonW软件和高频密码子分析法,对白梨(Pyrus bretschneideri Rehd)、西洋梨(Pyrus communis Linn)、砂梨(Pyrus pyrifolia Nakai)、秋子梨(Pyrusussuriensis Maxim)4种梨蛋白质编码基因序列(Codon DNA sequence,CDS)进行了同义密码子相对使用频率(relativefrequency of synonymous,RFSC)分析,确定了梨高频密码子共23个,结果同时显示梨不同种之间在密码子使用上具有较高的一致性。     

竹亚科叶绿体基因组的密码子使用偏性分析

以3种竹亚科植物的叶绿体基因组编码基因为研究对象,分析基因的密码子偏性形成的主要因素。结果显示:3种竹子具有相似的密码子使用模式,均偏爱以A或T结尾的密码子。奇偶偏好性分析进一步证实密码子第3位T的出现频率高于A。通过中性分析发现,GC12与GC3并无显著相关性。奇偶偏好分析表明,4种碱基不成比例分布在密码子第3位上(CT>AG),说明选择压力可能起到重要作用。基于同义密码子的相对使用度(RSCU)的对应分析中,第1主向量轴仅解释了约10%的变异; 3种竹子的轴2一致地与CAI呈显著负相关(P<0.05);轴4与ENC、GC3呈极显著相关(P<0.05)。综合以上结果,竹亚科叶绿体基因密码子的使用偏性是由自然选择和碱基组成共同作用形成,选择压力起主要作用。     

2种羌活药用植物的叶绿体基因组密码子使用偏性分析

对羌活(Notopterygium incisum)与宽叶羌活(N.franchetii)的叶绿体编码基因的密码子使用偏性(codon usage bias)及其影响因素进行了分析。结果表明：羌活和宽叶羌活的叶绿体基因组总ENC值分别为49.79和49.70,偏性较弱,密码子第3位碱基倾向于使用A/T。PR2-plot分析表明,选择压力和突变都是影响2种羌活叶绿体密码子使用偏性的主要因素;而中性绘图分析和ENC-plot分析表明选择压力是影响2种羌活叶绿体密码子使用偏性的主要因素。相对同义密码子使用度(RSCU)分析确定了2种羌活中使用频率较高的30个高频密码子,几乎都以A或U结尾,只有UUG以G结尾。羌活的最优密码子9个,宽叶羌活的最优密码子7个。2种羌活有5个最优密码子相同,分别是UUG、CAU、CGU、AGU、GGA。该研究结果为后续药用羌活植物的基因表达、蛋白质翻译和遗传育种研究提供了研究依据和基础数据。     

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。     

木兰科叶绿体基因组的密码子使用特征分析

木兰科植物是具有重要经济、药用和观赏等价值的原始被子植物,密码子是基因编码区蛋白翻译的核心元件,分析基因组编码区密码子的使用特征,对基因功能和系统进化研究具有重要意义。目前木兰科植物已有29个物种的叶绿体基因组被成功解析和注释。收集已有的木兰科植物叶绿体基因组,系统解析叶绿体基因组编码区的密码子使用特征,并阐释了木兰科植物间的亲缘进化关系。结果表明,29种木兰科植物的叶绿体基因组编码区的同义密码子和最优密码子使用偏好相同,均以A/U结尾,自然选择是叶绿体编码区密码子偏好形成的主要原因。此外,基于29种木兰科植物叶绿体基因组、CDS序列以及密码子偏好特征RSCU值分别构建了系统进化树,分析发现,基于密码子偏好特征的物种间进化关系明显不同于前两者,而叶绿体基因组和CDS序列构建的进化关系更接近物种的真实分类,该结果也进一步支持了位点突变特征和非编码区序列在生物体的进化过程中往往具有重要的作用。     

木兰科叶绿体基因组的密码子使用特征分析

木兰科植物是具有重要经济、药用和观赏等价值的原始被子植物，密码子是基因编码区蛋白翻译的核心元件，分析基因组编码区密码子的使用特征，对基因功能和系统进化研究具有重要意义。目前木兰科植物已有29个物种的叶绿体基因组被成功解析和注释。收集已有的木兰科植物叶绿体基因组，系统解析叶绿体基因组编码区的密码子使用特征，并阐释了木兰科植物间的亲缘进化关系。结果表明，29种木兰科植物的叶绿体基因组编码区的同义密码子和最优密码子使用偏好相同，均以A/U结尾，自然选择是叶绿体编码区密码子偏好形成的主要原因。此外，基于29种木兰科植物叶绿体基因组、CDS序列以及密码子偏好特征RSCU值分别构建了系统进化树，分析发现,基于密码子偏好特征的物种间进化关系明显不同于前两者，而叶绿体基因组和CDS序列构建的进化关系更接近物种的真实分类，该结果也进一步支持了位点突变特征和非编码区序列在生物体的进化过程中往往具有重要的作用。     

7种睡莲属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

以7种睡莲属植物叶绿体基因组为研究对象,分析其叶绿体基因组的密码子使用偏好性,探讨影响其密码子偏好性形成的主要因素。结果表明,7种睡莲叶绿体密码子使用偏好性相似,基因组序列富含A/T碱基,密码子第3位碱基以A/T结尾为主;有效密码子数（ENc）分别为40.14~61.00、40.14~61.00、40.55~57.61、39.77~57.61、39.55~57.30、39.56~61.00和40.10~61.00,均明显大于35,表明其密码子使用偏好性较弱。ENc-plot、PR2-plot和中性绘图分析表明,它们的叶绿体密码子偏好性形成受自然选择、碱基突变等多种因素共同影响,其中自然选择起主导作用。通过同义密码子RSCU值分析,发现以A/T结尾的高频密码子27个,以G/C结尾的低频密码子26个,进一步依据密码子RSCU和△RSCU值,最终确定出4个最优密码子。此外,基于7种睡莲叶绿体基因组密码子使用偏好特征RSCU值、CDS序列及其全基因组序列分别构建系统进化树,分析发现3种方法构建的物种间进化关系相似,均划分为2大分支,其中Nymphaea alba var.rubra、Nymphaea alba、Nymphaea ampla、Nymphaea capensis、Nymphaea jamesoniana和Nymphaea lotus划归第1分支,Nymphaea mexicana单独形成第2分支。研究结果进一步支持了物种内遗传关系与密码子使用偏好性之间存在一定关系。     

Synonymous codon usage pattern in model legume Medicago truncatula

Synonymous codon usage pattern presumably reflects gene expression optimization as a result of molecular evolution. Though much attention has been paid to various model organisms ranging from prokaryotes to eukaryotes, codon usage has yet been extensively investigated for model legume Medicago truncatula. In present study, 39 531 available coding sequences (CDSs) from M. truncatula were examined for codon usage bias (CUB). Based on analyses including neutrality plots, effective number of codons plots, and correlations between optimal codons frequency and codon adaptation index, we conclude that natural selection is a major driving force in M. truncatula CUB. We have identified 30 optimal codons encoding 18 amino acids based on relative synonymous codon usage. These optimal codons characteristically end with A or T, except for AGG and TTG encoding arginine and leucine respectively. Optimal codon usage is positively correlated with the GC content at three nucleotide positions of codons and the GC content of CDSs. The abundance of expressed sequence tag is a proxy for gene expression intensity in the legume, but has no relatedness with either CDS length or GC content. Collectively, we unravel the synonymous codon usage pattern in M. truncatula, which may serve as the valuable information on genetic engineering of the model legume and forage crop.     

苦马豆叶绿体基因组密码子偏好性分析

为确定苦马豆叶绿体基因组密码子的使用模式,利用Codon W 1.4.2、CUSP、Chips等软件,对苦马豆叶绿体基因组中可编码蛋白质基因的密码子偏好性进行分析。结果表明,密码子第3位GC含量最低,为27.14％,29个RSCU＞1的密码子中28个以A、U结尾,苦马豆叶绿体基因组密码子偏好以A、U结尾。有效密码子数ENC平均值为47.110,密码子偏好性较弱。GC₁、GC₂与GC₃无相关性,ENC与GC₃相关性显著,GC₃对密码子的偏好性存在影响。中性绘图分析和PR2-plot图分析表明,密码子偏好性主要受到选择因素的影响,而ENC-plot绘图分析发现,密码子偏好性还受到突变因素的影响。最终通过构建高低基因表达库,得到GAA、CGA、UUG、GUU、AUU、UCA、CAU、CAA、CCA、ACU、GCU、UUA、UAU、AAA、GAU、GGU 16个最优密码子。研究结果对苦马豆资源的开发和利用具有重要意义。     

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.     

罗氏沼虾转录组密码子使用偏好性分析

以罗氏沼虾转录组数据为数据来源,通过研究罗氏沼虾转录组的密码子使用参数(如有效密码子的数量和相关密码子碱基的具体组成信息等),并且采用Codon W 1.4.4深入开展了统计和计算。研究结果显示,同义密码子第三位核苷酸和表达基因密码子GC含量均值分别为0.40和0.45。从整体上看,ENC的平均值等于52.72,其中绝大部分的ENC值小于35。采用高频密码子的研究方法获得GAU、GAA、UUU、AAU、CCA等5个高频密码子。通过最优码子分析法确定16个最优密码子,编码10个氨基酸,最优密码子除UUG外均以A/T结尾。而且把它和大肠杆菌、酵母、果蝇以及人类等6种生物的密码子使用频率开展比较,结果表明,与大肠杆菌和果蝇存在较大差异,而与酵母最为接近。研究结果可为罗氏沼虾功能基因和分子育种等提供理论基础。     

人类1号染色体可变剪接与普通剪接基因同义密码子的使用分析I.同义密码子偏爱使用分析

人类1号染色体可变剪接(选择性剪接)基因344非冗余蛋白质编码序列(188183密码子)和普通剪接(非可变剪接)基因的386蛋白质编码序列(223116密码子)被用于研究人类密码子使用偏爱模式.全部密码子使用数据分析表明,人类可变剪接基因密码子的偏爱水平显著高于普通剪接基因.在人类1号染色体基因中,密码子第三位置的G C含量有很大的异质性(0.24～0.95),并且可变剪接基因密码子第三位置平均G C含量(64.66%)大于普通剪接基因(59.97%).Nc值对GC3s图显示密码子偏爱使用除了受核苷酸组成制约外,其它的因子可能也影响密码子的使用变化.此外,可变剪接基因中以G 或C结尾的密码子比普通剪接基因出现的频率高.密码子使用的差异可能是由可变剪接基因pre-mRNA特有的结构特征和多种剪接模式决定的.