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。     

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。     

猪氨肽酶N(APN)基因密码子偏好性分析

为了解猪氨肽酶N(APN)基因的密码子使用特性,运用EMBOSS软件包分析猪APN基因的密码子偏好性,并与模式生物基因组及其他13个物种APN基因进行比较,为选择合适的受体动物及最佳外源表达系统提供指导和依据。结果表明:猪APN基因大部分偏好使用以G/C结尾的密码子,存在23种偏好密码子(RSCU1),不同物种APN基因密码子偏好性比较发现14个物种的APN基因表达水平一般;基于RSCU和CDS的聚类分析发现,CDS的系统进化树更接近这14个物种的真实系统分类;在密码子的使用频率上,猪APN基因与小鼠基因组的差异小于大肠埃希菌和酵母菌等2种模式生物基因组。这一研究为APN基因在动物遗传改良中选择合适的受体动物、选择最佳的外源表达系统及提高其表达水平提供一定的理论依据。     

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。     

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。     

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。     

牛TRAF6基因的密码子使用偏好性分析

为揭示TRAF6基因的密码子使用特性及选择合适受体动物、最佳外源表达系统,运用CUSP、CHIPS和CodonW在线软件分析牛TRAF6基因的密码子偏好性,并与模式生物基因组以及其他物种TRAF6基因进行比较。结果表明:牛TRAF6基因大部分偏好使用以G/C结尾的密码子,其中偏好性较强的有CTG(RSCU≥2),并发现大部分物种的TRAF6基因表达水平较低,牛与家绵羊TRAF6基因密码子使用相似,牛TRAF6基因与小鼠基因组的密码子使用频率差异小于大肠埃希氏菌和酵母菌等2种模式生物基因组,故选择小鼠作为TRAF6基因的外源表达宿主。这一研究为TRAF6基因在动物遗传改良中合适受体动物、最佳外源表达系统的选择以及其表达水平的提高提供了一定的理论依据。     

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。     

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     

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。     

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。     

豆科植物IPI基因密码子偏好性

异戊烯基焦磷酸异构酶（isopentenyl diphosphate isomerases,IPI）作为2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate,MEP）和甲羟戊酸（mevalonate,MVA）途径的关键酶,参与植物萜类化合物的生物合成。豆科植物含多种萜类物质,研究豆科植物IPI基因密码子偏好性对促进豆科植物IPI基因表达、增加萜类物质产率具有重要意义。运用Codon W、EMBOSS等程序分析32个IPI基因的碱基组成、相对密码子使用度（RSCU）、有效密码子数（ENc）、密码子适应指数（CAI）等参数,并结合ENC-GC3s与PR2-plot方法确定豆科植物IPI基因的密码子偏好性。结果表明,豆科植物IPI基因偏好性较强（RSCU>1）的密码子有7个,最优密码子是GGU,第3位碱基的GC含量（GC3s）[落花生2 (Arachis hypogaea 2)除外]与同义密码子GC含量（GC）<0.5,密码子偏好以A/U结尾。ENc为46.69~55.00,CAI为0.23~0.27,IPI基因表达水平偏低。ENc-GC3s与PR2-plot分析结果表明,自然选择是形成豆科植物IPI基因密码子偏好性的主要原因。相较于RSCU聚类树,基于编码序列的系统进化树更能反映物种真实的系统发育关系。大肠埃希菌、烟草与拟南芥可以作为豆科植物IPI基因外源表达的宿主,研究结果将为开展IPI基因的密码子改造与遗传工程操作奠定基础。     

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。     

2种果蝇(Drosophila melanogaster与D.sechellia)线粒体及NADH dehydrogenase subunit基因的密码子偏好性分析

[目的]分析2种果蝇(Drosophila melanogaster与D.sechellia)线粒体基因组及NADH dehydrogenase subunit基因的密码子偏好性。[方法]利用Codon W1.4计算密码子偏好性参数的相关参数。[结果]2种果蝇线粒体中蛋白编码基因的AT含量比GC含量更高。D.sechellia的线粒体基因组的密码子偏好性比黑腹果蝇D.melanogastera的线粒体基因组的密码子偏好性略强。2种果蝇线粒体基因组中各蛋白编码基因CDs中,RSCU值大于1的密码子都是以A或U结尾,而并不以C或G结尾。2种果蝇线粒体基因组及NADH dehydrogenase subunit基因簇基因的密码子偏好性都可能受到突变压力影响。D.melanogaster线粒体基因组中不存在密码子CGC。NADH dehydrogenase subunit 3基因的密码子偏好性可能比其他NADH dehydrogenase subunit基因更高。此外,尽管大部分NADH dehydrogenase subunit基因偏爱使用A或U结尾的密码子,但是在NADH dehydrogenase subunit 6基因中,有2个AU结尾的密码子(AGA、GCA)的RSCU也为0。[结论]该研究结果为2种果蝇线粒体的进化研究提供了新观点。     

拟南芥及水稻转录因子MADS密码子的偏好性比较

大多数与花发育相关的功能基因属于MADS基因家族.应用CodonW的因子分析表明,拟南芥MADS转录因子家族偏好使用A、U结尾的密码子,而水稻MADS转录因子家族偏好使用G、C结尾的密码子.同时通过氨基酸序列的多重比对,表明密码子偏好性与氨基酸序列及二级结构之间存在关联,证实了不同的密码子编码的氨基酸位于蛋白质二级结构的特定位置.     

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。     

球孢白僵菌基因组密码子使用模式及其影响因素分析

球孢白僵菌Beauveria bassiana是一类成功用于全球生物防治的重要病原真菌,这是由于其宿主范围广及毒力多样化特性决定的.利用球孢白僵菌已公布全基因组数据,开展密码子使用偏好分析,以理解其基因组特征和宿主适应性.尽管通过密码子指数CAI,CBI,ENc的计算,认为球孢白僵菌密码子使用偏性较弱.但根据RSCU值鉴定最优密码子,发现球孢白僵菌基因组强烈偏好使用第三位碱基G/C的密码子,尤其是C结尾的密码子.对密码子第三位碱基进行PR2分析,发现球孢白僵菌密码子偏好性还表现在倾向于使用嘧啶结尾密码子,即U使用频率高于A,C使用频率高于G.该偏好模式通过相关性分析,认为核苷酸组成是影响球孢白僵菌密码子偏好性的一个重要因素.而ENc图和对应分析则表明除核苷酸组成外,球孢白僵菌密码子使用偏好还受到基因功能及其他多种因素的影响.中性绘图分析认为,球孢白僵菌密码子使用偏好受到外界选择下的定向突变压力作用,并推测该选择来自于其宿主.而该定向突变压力也是加快球孢白僵菌自身基因组进化和毒力多样化的一种动力,使其能适应在700多种昆虫宿主中寄生.     

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。     

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。     

牛科物种FSHβ基因密码子偏好性分析

【目的】为了确定牛科物种FSHβ基因密码子使用上的偏好性及差异。【方法】采用PCR产物直接测序法对36头槟榔江水牛、32头滇东南水牛、26头大额牛和29头中甸牦牛的FSHβ基因编码区序列进行了群体变异检测,并结合已发表的普通牛、野牛、山羊和绵羊的同源序列,对牛科物种FSHβ基因同义密码子使用的偏好性及其差异进行了深入分析。【结果】各牛科物种共同偏好使用UUC、CUG、AUC、GUG、UCC、AGC、CCC、CCA、ACC、ACG、GCA、UAC、CAG、ACC、GAC、GAG、UGC、AGA、AGG、GGC等20种密码子。除CCA、GCA和AGA之外,其余密码子均以G/C结尾。编码His的两个同义密码子CAU、CAC在沼泽型水牛中无偏好性,在河流型水牛中则偏好使用CAU。编码Lys的两个密码子AAA、AAG在河流型和沼泽型水牛中无偏好性,在野牛和山羊中偏好使用AAG,而牦牛、普通牛、大额牛和绵羊则偏好使用AAA。基于密码子的RSCU值构建的聚类树显示:河流型与沼泽型水牛聚为一类,牦牛、普通牛、大额牛和绵羊聚为一类,野牛与山羊聚为一类。【结论】各牛科物种FSHβ基因在密码子使用上均存在一定的偏好性,但差异较小,且都偏好性使用以G/C结尾的密码子,其中河流型与沼泽型水牛的偏好性最相似。