紫苏密码子偏好性分析及fad3基因的异源表达预测

紫苏α-亚麻酸(ALA)含量极高,其合成相关基因偏好性及异源表达宿主的阐明,是揭示紫苏不饱和脂肪酸调控机制及表达生产的重要前提。本研究从密码子特性、有效密码子数、相对使用度、最优密码子、碱基相关性、奇偶偏好性及异源表达特性等方面,对不同形成时期的紫苏种子转录组序列进行密码子偏好性分析,并对筛选出的pf FAD3s基因进行三种微生物异源表达预测分析比较。结果表明:紫苏转录核酸序列中的GC含量为45.85%,大部分基因密码子偏好性相对较弱,其蛋白编码基因密码子偏好以A/T结尾;pf FAD3s基因异源表达的适宜微生物宿主为酿酒酵母。分析结果为进一步研究紫苏ALA合成的分子调控奠定了基础,并为其微生物基因工程生产提供了一定依据。     

竹节参转录组使用密码子偏好性分析

竹节参是我国珍稀濒危中药材,研究其基因密码子使用模式,可为利用基因工程技术实现人参皂苷异源生物合成及竹节参分子育种改良提供理论依据。以竹节参转录组测序结果为数据来源,筛选编码蛋白基因序列(codingsequence,简称CDS)碱基数不小于300 bp的11 199条完整开放阅读框序列作为研究对象,利用Codon和SPSS软件分别统计竹节参基因密码子GC含量、密码子第3位的(C+G)含量(GC3)和密码子第1、第2位(G+C)含量的平均值(GC12)、同义密码子的相对使用度(RSCU)、有效密码子数(ENC)等密码子偏好性指标,通过中性绘图(GC12 vs.GC3)、PR2绘图和ENC-GC3s绘图分析影响竹节参密码子使用模式的因素。结果表明,竹节参基因的平均GC、GC12和GC3s含量分别为44. 67%、46. 97%和39. 80%,其密码子使用模式受到突变和选择等多重因素的影响,确定了31个竹节参最优密码子,除了UUG外,其余最优密码子均以A或T结尾。竹节参密码子使用模式与大肠杆菌和酿酒酵母相比差异较大,选取毕赤酵母作为竹节参基因的异源表达宿主更为合适。     

川芎转录组密码子使用偏好性分析

为了解川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)阿魏酸生物合成相关基因的密码子使用偏好性特点,为运用基因工程技术实现阿魏酸的异源生物合成提供理论依据,对川芎转录组中共50 108条Unigenes使用Codon W、Cusp和Chips进行在线分析。结果表明,总GC含量为41.4%,有效密码子占总数的16.17%,最优密码子偏好以A/U结尾,表明川芎转录组Unigenes密码子偏好程度整体水平不高。比较分析了川芎转录组中阿魏酸生物合成相关基因(PAL、C4H、C3H与COMT)与不同模式生物的稀有密码子,表明与大肠杆菌基因组密码子使用频率差值较大的有4个,与酵母、烟草和拟南芥基因组差值较大的均有3个,这预示着川芎阿魏酸生物合成相关基因在酵母、烟草和拟南芥中的表达效率较高。     

菠萝蜜叶绿体基因组密码子偏好性分析

从菠萝蜜叶绿体基因组中筛选出51条蛋白编码序列,并使用CodonW和CUSP在线程序对其密码子使用偏好性及其影响因素进行了探究。结果表明,菠萝蜜叶绿体基因组中的密码子各碱基的GC含量从首位到末位呈递减趋势,偏好以A/U结尾。有效密码子数在[35.64, 53.19]区间内,且68.63%的基因有效密码子数大于45,表明密码子偏好性较弱。相关性分析显示,密码子的偏好性与碱基第3位的组成和基因长度有关,而碱基第1位的GC含量则影响基因的表达水平。菠萝蜜叶绿体基因组密码子的中性绘图、奇偶偏好性以及有效密码子绘图分析结果显示,内部突变和自然选择都会影响密码子的使用模式。最优密码子分析结果显示,有16个密码子满足筛选条件,进一步验证了密码子偏好以A/U结尾。对各基因的有效密码子相对使用度进行聚类分析的结果显示,基因的偏好与基因功能之间的进化模式相互独立。     

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。     

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。     

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。     

玉米叶绿体基因密码子使用频率分析

本研究应用软件CodonW,对玉米叶绿体蛋白编码基因的密码子用法进行了初步分析,计算了位于密码子3个位置的GC含量和同义密码子的使用频率,并确定了玉米叶绿体基因组的最优密码子。结果显示玉米叶绿体基因GC含量低,密码子第三位的GC含量最低,偏好使用以A或T碱基结尾的密码子;且确定的25种最优密码子也主要以A或T碱基结尾。分析结果对指导外源基因进行分子改造,提高其在玉米叶绿体中的表达效率及细胞器分子进化研究等具有重要意义。     

“红阳”猕猴桃全基因组SSR标记与基因密码子偏性分析

【目的】为"红阳"猕猴桃种质资源鉴定与分子标记进行辅助育种提供理论基础。【方法】基于红阳猕猴桃全基因组数据,对其进行SSR标记分析以及基因密码子偏性分析。通过生物信息学方法,分别以全基因组及碱基数不小于300 bp的蛋白质编码序列为研究对象,利用GMATA、Codon W和SPSS对红阳猕猴桃进行SSR标记与基因密码子使用偏性分析。【结果】扫描红阳猕猴桃全基因组得到的247 012个SSR单元中,二核苷酸重复单元最多,占87.7%;长度为10 bp的SSR占比最高,为33.4%。红阳猕猴桃基因的GC平均含量、GC12含量和GC3含量分别为47.10%、47.6%和45.87%;红阳猕猴桃的密码子使用模式与大肠杆菌和酿酒酵母密码子使用模式差异较大,与毕赤酵母较接近;中性作图表明,GC3s与GC12无明显相关性;ENC作图表明,大部分基因位于曲线周围;红阳猕猴桃28个最优密码子中,除CGA以A结尾外,其他密码子均以C或G结尾,说明红阳猕猴桃最优密码子偏好使用以C/G结尾的密码子。【结论】红阳猕猴桃全基因组具有丰富的SSR位点,可用于高效、快速地进行SSR引物的开发。红阳猕猴桃基因密码子使用模式受压力突变和自然选择等多重因素的影响;选取毕赤酵母作为红阳猕猴桃基因的异源表达宿主较合适。     

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.     

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。     

美国红梣叶绿体基因组密码子偏好性分析

为了提高基因的表达效率,利用叶绿体基因工程提高美国红梣的重要特性,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP分析了美国红梣叶绿体基因组中的52条基因编码序列密码子偏好性。结果表明,美国红梣叶绿体基因组密码子的GC含量依次为GC_1(45.23%)GC_2(39.23%)GC_3(26.19%);有效密码子数(ENC)范围为37.55～55.28,其中ENC值45的有34个;RSCU1的密码子有29个,其中14个以U结尾、12个以A结尾,表明其偏好以A、U结尾,且偏倚很弱。中性点图分析表明,GC_(12)与GC_3的相关系数为0.321 7,回归系数为-0.538 5,相关性不显著;美国红梣叶绿体基因组的GC含量是高度保守的,密码子偏好主要受环境选择的影响;17个密码子被确定最优密码子。本研究为美国红梣叶绿体遗传工程和遗传多样性分析提供了科学依据。     

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。     

小粒咖啡铁皮卡叶绿体基因组密码子偏好性分析

为了解铁皮卡叶绿体基因组密码子的使用特征及其成因,以筛选的52条蛋白编码序列为研究对象,利用CodonW和CUSP在线软件对其密码子使用特征进行系统分析。结果表明,基因组各位置的GC含量GC₁、GC₂、GC₃分别为47.47%、39.52%、27.92%,30个高频密码子中,以U结尾占比53.33%,以A结尾占比43.33%,以G结尾占比3.33%,说明铁皮卡叶绿体基因偏好使用NNA 和NNU 型密码子,尤其偏好使用NNU型密码子。有效密码子数（ENC）、密码子适应指数（CAI）、最优密码子频率（Fop）分别为46.85、0.167、0.352,均揭示该基因组的密码子偏性较弱。中性绘图、ENC-plot、PR2-plot以及对应分析揭示密码子的偏好性受到选择及其他因素共同作用,最终确定了AUU、GUU和UCU等20个最优密码子。表明铁皮卡叶绿体基因组密码子的偏性较弱,偏好AU结尾的密码子。密码子的使用偏好性受到突变及选择等多种作用共同影响。     

圆臀大黾蝽线粒体基因组密码子偏好性与COI基因适应性进化研究

利用CodonW、MEGA、EasyCodeML、CAIcal等软件及在线程序分析密码子偏好性相关参数(GC含量、ENC值、CAI值和CBI值),以明确圆臀大黾蝽线粒体蛋白编码基因的密码子使用偏好性和COI基因的适应性进化。通过中性绘图和ENC-plot分析了密码子偏好性的形成原因,采用位点模型研究COI基因的选择压力。结果表明,多数最优密码子以U结尾,RSCU值较高的密码子大部分都以A/U结尾;中性绘图和ENC-plot分析表明密码子偏好性主要受选择压力的影响;选择压力分析表明COI基因受到较强的纯化选择的作用,没有发现正选择位点。     

20种千屈菜科植物rbcL基因密码子使用偏好性分析

  目的  分析千屈菜科Lythraceae植物rbcL基因密码子使用特性,明确密码子偏好性的影响因素,筛选rbcL基因异源表达和遗传转化的合适受体。  方法  从美国国家生物技术信息中心(NCBI)获取20种千屈菜科植物的rbcL基因全长编码区序列(CDS)数据,运用CodonW、EMBOSS和DAMBE软件获取基因碱基组成和密码子使用偏好性的相关参数,分析该类植物叶绿体rbcL基因使用密码子的偏倚性及其影响因素。  结果  千屈菜科植物rbcL基因GC含量(GC)为0.425~0.437,密码子第3位碱基GC含量(GC_3s)为0.275~0.300。GC_3s、GC与有效密码子数(ENC)显著相关(P＜0.01);ENC-GC_3s散点图分析、中性绘图分析、奇偶偏差分析均表明:相较于突变压力,自然选择压力对千屈菜科植物rbcL基因密码子使用偏好性的影响更大。基于同义密码子相对使用度的系统聚类与CDS邻接树结果部分一致。与千屈菜科rbcL基因密码子平均使用频率相比,大肠埃希菌Escherichia coli、酵母Saccharomyces cerevisiae、拟南芥Arabidopsis thaliana、烟草Nicotiana tabacum和番茄Solanum lycopersicum分别存在28、26、20、19和17个使用频率相差较大的密码子。  结论  千屈菜科植物rbcL基因碱基组成上更倾向于选择A/T碱基,且偏好使用末端A/T碱基的密码子;rbcL基因密码子使用偏好性受多种因素共同作用,但自然选择压力是最主要因素;密码子偏好性的系统聚类可为系统发育研究提供补充;酵母更适合作为千屈菜科植物rbcL基因异源表达受体,番茄更适合作为rbcL基因遗传转化和功能研究的受体材料。图6表3参32     

辣椒基因组密码子使用偏性分析

为揭示辣椒基因组密码子偏性形成的影响因素,了解密码子偏性对基因表达的影响,以辣椒基因组和转录组数据为研究内容,利用CodonW和EMBOSS等软件对基因组密码子使用偏性进行分析.分析结果显示,辣椒编码基因平均GC含量为42.27％,偏好A/T作为密码子的第3位核苷酸,基因平均ENC值偏大;GC3与GC12相关性较弱,大...     

灯盏花叶绿体基因组密码子偏好性分析

【目的】了解灯盏花[Erigeron breviscapus (Vant.) Hand-Mazz]叶绿体基因组密码子的使用偏好性。【方法】以灯盏花叶绿体基因组全序列为研究对象,利用CodonW 1.4.2软件和CUSP程序等对筛选出的47条CDS (coding DNA sequence)进行分析,并进行中性绘图、ENC-plot绘图和PR2-plot绘图分析。【结果】叶绿体基因组密码子中不同位置的GC碱基含量比值为GC_1GC_2GC_3,说明密码子末位碱基偏性以A/T (U)结尾;有效密码子数的均值为47.18,密码子使用偏性较弱;3种绘图分析结果发现:影响灯盏花叶绿体基因组密码子偏好性的主要因素是自然选择,也受到其他因素(如突变)的影响;最优密码子分析中确定了UUU、UUA和UUG等18个最优密码子,且大多数以A和U结尾,有且仅有1个以G结尾。【结论】灯盏花叶绿体基因组密码子第3位偏好性以A或U碱基结尾,密码子使用模式受选择和其他因素共同影响,其中选择的作用较大。该结果可为后续利用基因工程手段对外源基因密码子改造、提高所转基因在灯盏花叶绿体中的表达提供参考。     

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。     

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。