喀斯特山区大眼鳜线粒体COⅠ基因序列分析

为了解喀斯特山区大眼鳜3个地理群体内和群体间的遗传变异特点,采用PCR技术对169尾个体的线粒体DNA COⅠ基因进行扩增、测序,获得的序列长度为1512bp。分析显示,碱基A、T、C、G的平均含量分别为24.9%、28.6%、28.7%、17.8%,其中A+T(53.5%)含量高于G+C(46.5%)含量。169个样本共检测到5个多态位点,并定义了5种单倍型。对喀斯特山区大眼鳜群体COⅠ基因与洞庭湖大眼鳜COⅠ基因序列进行序列差异分析,结果显示,两者之间存在10个变异位点,集中在1268~1456nt。喀斯特山区3个群体间4种碱基在密码子3个位点上的使用频率无差别,与洞庭湖大眼鳜相比,密码子第1位上的4种碱基含量差别不大,密码子第2位上T含量(40.9%)高于后者(39.9%),而A和C含量则低于后者;与洞庭湖翘嘴鳜比较差别很小,但与斑鳜、暗鳜、长身鳜和波纹鳜4种鳜鱼比较,在密码子第1位和第3位存在不同差异,特别是暗鳜和波纹鳜密码子第3位中A含量(30.0%)明显低于喀斯特山区大眼鳜(31.8%),而波纹鳜G(8.9%)明显高于后者(7.3%)。喀斯特山区大眼鳜平均单倍型多样性为0.395,平均核苷酸多样性为0.00029,遗传多样性贫乏。     

龙眼生长素受体基因TIR1密码子偏好性分析

为了解龙眼生长素受体基因TIR1密码子的使用特性,采用CodonW、SPSS软件及EMBOSS在线程序分析龙眼TIR1密码子的偏好性,并分别与龙眼基因组、其他29个物种TIR1以及模式生物基因组进行比较。结果显示,龙眼TIR1与龙眼基因组的密码子选择偏性较弱且较偏好以A/T结尾,而物种间TIR1密码子选择偏性则存在一定差异;进化树分析表明,基于TIR1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龙眼TIR1异源表达试验,而龙眼TIR1与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小,尤其烟草和番茄可能为该基因转基因研究最为理想的受体。     

芍药花色调控基因的密码子使用模式及其影响因素分析

【目的】芍药花色的优劣影响其观赏价值和商业价值,研究芍药花色调控基因的密码子使用偏好性和密码子使用模式的影响因素,为芍药花色调控基因在m RNA翻译、转基因设计、新基因表达与功能预测以及分子生物进化研究提供参考。【方法】根据前期芍药花色嵌合体品种‘金辉’转录组测序筛选的6 345个芍药花色调控基因,并根据CDS序列特征和大于300 bp原则进行过滤后最终获得的2 234个基因序列作为研究对象,利用Mobyle软件计算GC含量、第1与2位密码子的平均GC含量(GC12)、第3位密码子的GC含量(GC3s)、有效密码子数ENC、密码子适应指数CAI、相对同义密码子使用度RSCU等密码子偏性指标,其次进行中性绘图(GC12 vs.GC3)、ENC-GC3s绘图以及PR2(Parity Rule 2)绘图分析,并运用多元统计分析方法探讨突变压力和选择作用对密码子使用模式的影响程度,最后以5%CAI值作为高、低表达样本组,计算这两个样本组的同义密码子相对使用度,利用卡方检验Chi-square test分析两组之间的显著性差异来确定最优密码子。【结果】芍药花色相关基因的密码子GC3s含量为46.37%,大部分基因GC含量主要分布在30%—55%;中性绘图分析表明GC3s与GC12呈极显著的正相关(R2=0.202,P0.01);ENC-GC3s绘图表明大部分基因分布在标准曲线周围,也有一部分基因分布在标准曲线下方较远的位置,同时大部分基因(ENCexp-ENCobs)/ENCexp比值集中分布在0.0—0.4;PR2绘图分析显示密码子第三位T的使用频率高于A,C使用频率高于G,表明嘌呤(A和G)与嘧啶(T和C)的使用频率并不均衡;对应性分析COA(Correspondence Analysis)表明,第一轴上显示了38.09%的差异,其他3个轴分别为18.42%、15.09%、14.59%,表明芍药花色调控基因的密码子使用模式评价以第一轴(Axis 1)为主;突变压力和选择作用分析发现,第一主轴与GC3s、CAI的相关系数均达到极显著正相关(R2=0.736,P0.01;R2=0.286,P0.01);利用△RSCU和卡方显著性检验的方法,确定了21个为芍药花色调控相关基因的最优密码子,其中18个以G或C结尾,仅CGU、GGU等2个密码子以U结尾。【结论】芍药花色调控基因的最优密码子多数以G/C结尾,并且密码子使用模式主要受到碱基差异(R2=0.736)和基因表达水平(R2=0.286)共同作用的影响,其中碱基差异占主导因素。本研究了解了芍药花色调控基因的密码子使用模式情况,为通过密码子改造开展芍药花色遗传改良以及分子进化研究提供了一定的理论依据。     

樟叶槭叶绿体基因组序列密码子偏性分析

为确定槭属樟叶槭叶绿体基因组密码子使用模式和原因,通过对樟叶槭叶绿体基因组中筛选的53条基因序列进行中性绘图、ENC-plot与PR2-plot等分析,确定樟叶槭叶绿体基因组密码子偏好性基本特征与其最佳密码子的构成,分析过程中主要使用Codon W 1.4.2、CUSP、R等软件。结果表明,共有28个密码子,且均以A或U结尾,说明樟叶槭叶绿体基因组密码子对A/U结尾偏好。密码子第1、2和3位上的GC平均含量分别为47.04%、39.56%与29.66%,GC平均含量为38.75%,ENC范围在37.60～57.16,其中ENC小于45的只有11个,表明樟叶槭叶绿体基因组密码子存在较弱的偏性。PR2-plot绘图分析显示多数位点偏离中心,落于右下方位置;最优密码子确定为UGU、CAA、GUU等15个最优密码子。该结果为槭属植物叶绿体基因组进化与转化体系中载体构建研究提供参考依据。     

拟南芥和水稻转录因子WRKY同义密码子的偏好性分析

WRKY是植物特有的转录因子家族,主要参与植物的各种防卫反应,调节植物生长发育等。本文运用多元统计分析和相关分析等方法,对拟南芥和水稻WRKY基因的密码子用法进行了分析,发现两个物种WRKY基因的碱基组成不同,水稻基因在密码子第1、2和3位的GC含量均高于拟南芥,第3位差异最大。但两个物种的WRKY基因存在共同的进化趋势,即基因的GC3s逐步增大。对应分析结果显示,拟南芥WRKY基因的密码子使用偏好性受碱基组成等多种因素共同影响,水稻主要受碱基组成和基因表达水平两个因素的影响。最后确定了拟南芥和水稻WRKY基因家族的最优密码子,分别为11个和27个。研究结果为深入开展WRKY基因的进化、表达调控和提高该基因家族新成员预测的准确性等具有重要指导意义。     

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。     

目标起始密码子多态性(SCoT)分子标记技术在花生属中的应用

花生属分子标记领域的研究远落后于其他物种,而栽培种花生因其遗传基础狭窄,用大多数分子标记技术都难以检测到丰富的分子标记,因此限制了花生属野生种在改良花生栽培种方面的利用以及建立花生分子标记辅助育种技术体系。本文分别对花生属4个区组的16份种质资源和8份花生栽培种资源采用与功能基因相关的SCoT分子标记技术研究了花生属种间和栽培种内遗传多样性和亲缘关系。23条SCoT引物在花生属试材基因组中的扩增位点共194个,其中多态性位点130个,多态性达67.01%,通过聚类分析研究了它们之间的亲缘关系;在栽培种内筛选出19条多态性引物,在8份试材基因组中扩增位点198个,其中多态性位点67个,多态性为33.84%,表明SCoT分子标记技术能在花生栽培种内检测出一定程度的DNA多态性。     

一种基于卷积码模型的遗传序列分析方法

【目的】研究通信纠错编码理论在生物学领域研究中的应用。【方法】基于纠错编码理论,将卷积码模型分析方法用于遗传序列的分析,结合密码子简并性以及碱基关联短程为主的特性,对卷积码模型的生成矩阵、编码长度和约束长度等参数进行讨论。对2种原核生物(Escherichia colistr.K-12 substr.MG1655和Staphylococcus epidermidisATCC 12228)与2种真核生物(Arabidopsis thaliana chromosome 4和Oryza sativa(japonica cultivar-group)chromosome 10)DNA序列翻译起始及终止的特征进行分析,并通过对不同卷积码模型的比较,确定合适的分析模型。【结果】在适当的分析模型下,分析结果在开放阅读框(ORF)起始端和终止端附近,显示出与起始密码子和终止密码子位置紧密关联的明显码距变化,而不适当的分析模型则使分析结果与生物意义的对应关系下降;分析方法对2种原核生物和2种真核生物具有较好的统一性。【结论】通信纠错编码模型与蕴含纠错机制的生物序列编码特性可以较好地结合,这对将纠错编码理论与生物学研究相结合具有一定的指导意义。     

Analysing codon usage bias of cyprinid herpesvirus 3 and adaptation of this virus to the hosts

The codon usage patterns of open reading frames (ORFs) in cyprinid herpesvirus 3 (CyHV‐3) have been investigated in this study. The high correlation between GC₁₂% and GC₃% suggests that mutational pressure rather than natural selection is the main factor that determines the codon usage and base component in the CyHV‐3, while mutational pressure effect results from the high correlation between GC₃% and the first principal axis of principle component analysis (Axis 1) on the relative synonymous codon usage (RSCU) value of the viral functional genes. However, the interaction between the absolute codon usage bias and GC₃% suggests that other selections take part in the formation of codon usage, except for the mutational pressure. It is noted that the similarity degree of codon usage between the CyHV‐3 and goldfish, Carassius auratus (L.), is higher than that between the virus and common carp, Cyprinus carpio L., suggesting that the goldfish plays a more important role than the common carp in codon usage pattern of the CyHV‐3. The study of codon usage in CyHV‐3 can provide some evidence about the molecular evolution of the virus. It can also enrich our understanding about the relationship between the CyHV‐3 and its hosts by analysing their codon usage patterns.     

利用密码子优化提高Bt cry1Ah基因在转基因玉米(Zea mays L.)中的表达

Bt cry1Ah基因是本实验室从苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株BT8中克隆的一种新型杀虫蛋白基因。在前期工作中已根据植物密码子偏好性对cry1Ah基因进行过一次优化。根据玉米密码子偏好性对cry1Ah基因进行第二次优化,并将两次优化的cry1Ah基因分别构建了pAhmG和pmAhb植物表达载体,利用农杆菌介导法转化玉米自交系综31,分别得到10株和9株阳性转基因玉米植株。通过ELISA、Western blot检测及生物活性检测,比较不同优化的基因在玉米中的蛋白表达量及抗虫情况。初步结果表明外源基因在玉米植株中可以稳定表达并可以遗传。二次优化基因比一次优化基因在玉米中的蛋白表达量更高,抗虫性更好。表明密码子优化有利于提高外源基因的表达。