苜蓿基因组密码子偏好性分析

物种基因的密码子使用具有偏好性,能避免氨基酸的错误掺入.苜蓿(Medicago)密码子的偏好性尚未见报道.为揭示苜蓿属基因组密码子偏好性特点,我们利用软件分析四种苜蓿基因编码区密码子组成、相对同义密码子使用频率(RSCU)等参数探讨密码子偏好性特点,同时用多种方法分析造成苜蓿密码子偏好性的影响因素,计算确定苜蓿的最优密码子,最后通过聚类分析研究物种间密码子使用偏好性进化关系.结果表明:四种苜蓿的密码子偏好性相对较弱,其中'中苜1号'最弱,苜蓿密码子第三位偏爱使用A/T;四种苜蓿密码子偏好性受自然选择压力的影响大,最优密码子多以A/T结尾;四种苜蓿的偏好性相似,且与烟草(Nicatiana tabacum L.)、番茄(Solanum lycopersicum L.)偏好性接近.本研究为苜蓿密码子优化应用提供了理论基础,特别是通过优化可以提高Cas9蛋白表达量促进基因编辑.     

葫芦巴叶绿体基因组密码子偏好性分析

为探究葫芦巴(Trigonellafoenum-graecum L.)叶绿体基因组密码子的使用偏好性,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP对筛选到的50条蛋白质编码序列密码子进行分析.结果表明:葫芦巴叶绿体基因组密码子末位碱基以A/U为主,GC含量仅为26.25％.ENC取值范围为35.05～53.66,且ENC值>45的有20个,说明葫芦巴大部分基因编码序列的密码子偏性较强.RSCU≥1的密码子有30个,其中16个以U结尾、13个以A结尾.中性绘图分析、ENC-plot分析及PR2-plot偏倚分析结果发现,葫芦巴叶绿体基因组密码子使用偏好性受到突变压力等多种因素的影响,主要因素为自然选择.最终筛选出GCU,AGA,CGU等21个密码子为最优密码子.     

菘蓝叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为探究菘蓝(Isatis indigotica Fort.)叶绿体基因组密码子使用偏好性及其影响因素,本研究使用Codon W 1.4.2软件和在线软件CUSP对筛选到的52个蛋白质编码序列进行密码子使用模式分析.结果表明:菘蓝叶绿体基因组密码子总GC含量(Total GC content of codon,GCall)为37.59％,密码子第1位碱基GC含量(GC content of the first base of codon,GC1)＞密码子第 2 位碱基 GC 含量(GC content of the second base of codon,GC2)＞密码子第3位碱基GC含量(GC content of the third base of codon,GC3),且均小于50％,说明密码子第3位碱基拥有较低的GC含量且密码子偏好使用A或U.有效密码子数(Effective number of codon,ENC)值为35.92～55.32,密码子适应指数(Codon adaptation index,CAI)值为 0.10～0.31,密码子偏好指数(Codon bias index,CBI)值为-0.24～0.20,最优密码子使用频率(Frequency of optimal codons,FOP)值为0.24～0.54,说明密码子使用偏好性较弱;通过中性绘图分析、PR2-plot分析、ENC-plot分析和对应性分析,发现菘蓝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,主要因素为自然选择.最优密码子分析共筛选出14个最优密码子,且均以A或U结尾.以上研究可为菘蓝的系统进化、环境适应性和种质改良提供理论基础.     

扁蓿豆叶绿体基因组密码子偏好性分析

为阐明扁蓿豆(Medicago ruthenica)叶绿体基因组密码子使用模式,以其50条蛋白编码序列(CDS)为对象,利用软件CodonW 1.4.2、Excel以及在线程序对其ENC,RSCU,GC含量、中性绘图、PR2-plot、最优密码子等进行分析得到以下结果:基因组平均GC含量为40.58％,其中GC1＞ G...     

甜高粱叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

本研究采用高通量测序技术对甜高粱叶绿体基因组进行测序,对组装和注释后的叶绿体基因组进行结构、基因组成及密码子偏好性分析。结果表明,甜高粱(Sorghum bicolor)叶绿体基因组长度为140 644 bp,编码86个CDS基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因,检测到31个SSR位点和42个Long repeat序列。甜高粱及其14个近缘种的叶绿体基因组变化不大,IR区边界未发生明显的收缩与扩张。甜高粱叶绿体基因组密码子偏好以A,U结尾,其密码子使用偏性很大程度上受自然选择的影响,而受突变压力的影响小。甜高粱叶绿体基因组的最优密码子14个(ACU,UAG,CCU,CUA,GCU,AGU,GAU,UUA,CGU,GAA,GUU,UCA,CAU,UGU)。甜高粱与高粱Sorghum bicolor MT333845(产地：韩国,栽培种Donganme)、MT333848(产地：韩国,栽培种Sodam Chal)、MT459453(产地：韩国,栽培种ATx623)亲缘关系较近。研究结果将为完善高粱属植物分子育种技术和探究高粱属植物系统发育提供参考。     

密码子偏好性的相关研究及方法分析

密码子偏好性指的是物种对编码相同氨基酸的同义密码子的不均等使用。这样的现象和生物功能分子蛋白质和遗传信息载体分子DNA有相关联系,因此对其的研究具有非常重要的意义。本文概述了密码子偏好性的研究进展,实现密码子偏好性的生物学基础,并简要介绍了研究密码子偏好性的意义以及研究分析方法以及相关研究在草业科学中应用的意义。     

野骆驼基因组密码子偏好性分析

【目的】密码子使用的偏好性普遍存在于几乎所有物种基因组中。试验旨在探究野骆驼(Camelus ferus)基因组密码子的使用偏好性和影响因素,为骆驼基因组研究和密码子优化提供依据。【方法】以野骆驼全基因组数据为材料,通过生物信息学、ENC-plot绘图、Neutrality-plot绘图和PR2-plot绘图等多种分析方法,对野骆驼蛋白质编码基因密码子的使用特性和影响因素进行分析,并与其他动物基因组的密码子偏好性进行比较研究。【结果】野骆驼基因组编码区的GC含量高于AT含量,密码子末位碱基较偏好以G/C结尾。相对同义密码子使用度(RSCU)＞1的有29个密码子,其中14个以C结尾,9个以G结尾。ENC-plot、Neutrality-plot和PR2-plot绘图分析结果表明,野骆驼基因组密码子的使用情况受自然选择和突变的双重影响,主要因素是自然选择。确定了15个主要以C或G结尾的最优密码子,分别为AUC、GGC、CUG、GUG、GCC、UCC、CCC、AGA、ACC、UAC、CAC、AGC、UUG、CAG和CGG。野骆驼与单峰驼、小鼠的密码子使用偏好性较为接近。【结论】野骆驼基因组密码子的使用情况受自然选择和突变的双重影响,导致密码子偏好性的主要因素为自然选择。研究结果可为野骆驼遗传种质资源保护和利用、基因工程、异源基因高效表达提供参考。     

牦牛部分功能基因密码子偏好性的聚类分析

本文利用系统聚类法对牦牛部分功能基因进行了密码子偏好性的聚类分析,并同普通牛和猪的相关基因作了对比。结果表明:不同物种间,类型或功能相似的基因具有相近的密码子偏好性;三个物种的基因在类型或功能上的差异决定了其密码子使用偏好性的聚类结果;在功能或类型相近的前提下,物种间的差异在一定程度上决定了密码子使用的偏好性。     

牦牛部分功能基因密码子偏好性的聚类分析

本文利用系统聚类法对牦牛部分功能基因进行了密码子偏好性的聚类分析,并同普通牛和猪的相关基因作了对比。结果表明：不同物种间,类型或功能相似的基因具有相近的密码子偏好性;三个物种的基因在类型或功能上的差异决定了其密码子使用偏好性的聚类结果;在功能或类型相近的前提下,物种间的差异在一定程度上决定了密码子使用的偏好性。     

金花菜叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

本研究对金花菜(Medicago polymorpha, JHC,江苏)叶绿体基因组进行BGISEQ-500平台测序,对其基因进行Noveplastys组装和GeSeq注释,最后通过MISA、REPuter、Gview、VISTA tools、IRscope和DNADnaSP6.0等软件对其序列特征、基因种类、密码子偏好性以及系统发育进行分析。结果表明,JHC叶绿体基因组大小为124 163 bp,无四分体结构,基因组总GC含量为34.09%,共注释出111个基因(76个CDS基因、30个tRNA基因、4个rRNA基因、1个假基因)、91个SSR位点和148个长重复序列;JHC叶绿体基因组的第三位密码子偏好以A和U作为末尾碱基,UUA、GCU、UAA、ACU、CCU、GAA、GUA、AUU、UGU、GGU、UUU、CUU为JHC叶绿体基因组的最优密码子;JHC与MZ772862 (云南)亲缘关系较近,与MW971560 (美国)、NC＿042848 (美国)关系较远,表明中国金花菜与美国金花菜的起源存在差异。     

猪FUT2基因密码子使用偏好性分析及优化

为了揭示猪α-（1,2）岩藻糖转移酶2（FUT2）基因密码子使用特性并提高其在外源宿主内的表达量,本研究综合运用EMBOSS Explorer网站和CodonW软件包分析了猪FUT2基因的密码子使用偏好性的相关参数,并与3种模式生物（大肠杆菌、酵母菌和果蝇）基因组密码子使用模式进行比较,最后参照与之最为相近的模式生物基因组密码子使用方式,利用JCat和OPTIMIZER两个密码子优化网站对猪FUT2基因密码子进行优化。结果显示,猪FUT2基因表达水平不高,存在24种偏好密码子,且这24种偏好密码子中有23种以G/C结尾;猪FUT2基因与果蝇基因组密码子使用模式的差异小于大肠杆菌和酵母基因组,表明果蝇更适合猪FUT2基因的外源表达;根据果蝇基因组密码子使用模式优化猪FUT2基因密码子,优化后其适应指数有了明显提高,而整体GC含量没有明显变化,说明在理论上猪FUT2基因优化成功。本研究从翻译水平上揭示了猪FUT2基因的密码子使用特性,为其在遗传改良中选择最佳外源表达系统及提高其在宿主细胞内的表达水平提供一定的理论依据。     

‘n Studie van ruproteïeninhoud en verteerbaarheid van vyf eenjarige medicago‐genotipes in die sentrale oranje‐vrystaat

Uittreksel

Die bogrondse groei van Medicago truncatula, cvv. Cyprus en Jemalong, M. aculeata var. inermis, cv. SA 4438, M. orbicularis, pv. SA 2552 en M. rugosa, cv. Paragosa, afkomstig van ‘n besproeide veldproef, is vir ruproteïen en vir in vitro‐ verteerbaarheid ontleed. Die betrokke genotipes is op drie verskillende plantdatums, c. 30 dae gespasieer, van einde Februarie tot einde April, gevestig, en die gedroogde materiaal wat aan die begin van blomstadium en met die aanvang van peulverkleuring versamel is, is ontleed.

Met blom het die proteïeninhoud gewissel van 12,8% by Paragosa, wat swak genoduleerd was, tot 27,9% by SA 2552. Die gemiddelde was 21,3%. Op die peulverkleurstadium was die gemiddelde 15,2%, met ‘n wisseling van 8,5% by Paragosa tot 19,4% by SA 4438. Planttyd het feitlik geen invloed op die persentasie gehad nie. Wat proteïen‐produksie betref, was daar, met die uitsondering van Paragosa, ‘n duidelike positiewe verband tussen groeiperiode en hierdie parameter. SA 4438 met 2,3t/ha het die hoogste proteïenopbrengs op die peulverkleurstadium gelewer.

Die afgeleide verteerbaarheid op die blomstadium was gemiddeld 77,4%, met ‘n wisseling van 75,1% by SA 2552 tot 80,6% by Paragosa. Met peulverkleuring was die gemiddelde 67,9%, met ‘n wisseling van 64,9% by Cyprus tot 70,0% by SA 2552. Die invloed van plantdatum was gering.     

紫花苜蓿bZIP基因家族的鉴定、 进化及表达分析

碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子是真核生物转录因子中分布最广泛、最保守的一类蛋白。目前在许多植物中已发现大量的bZIP转录因子,这些bZIP转录因子成员广泛参与种子贮藏基因的表达、植物的生长发育、光信号传导、病害防御、生物和非生物胁迫应答以及ABA的敏感性等各种信号的反应。本研究首次从紫花苜蓿(Medicago sativa)全转录组水平鉴定出bZIP转录因子家族共包含138个基因,根据bZIP蛋白序列进行系统进化分析可以将其分为10类;对MsbZIP基因的系统进化分析表明该基因家族在分类上有很高的保守性。该转录因子家族的基因密码子偏好性分析表明,MsbZIP基因密码子偏好使用A/T碱基。此外,MsbZIP基因GO功能注释分析结果显示,138个MsbZIP基因最终分为23个GO分类,总体包括分子功能和生物学过程两类。相关性分析结果表明,共有372对基因表达相关性极显著(P0.01)。本研究可为紫花苜蓿bZIP转录因子功能特性、进化历程和生物功能的深入研究奠定基础。     

施氮对高丹草－扁豆套作系统产量、品质和氮素利用效率的影响

对高丹草(Sorghum bicolor × S. sudanense)叶片进行高通量测序,对高丹草叶绿体基因组进行组装,并对其基因和序列特征进行注释和分析,最后在共有编码基因序列的基础上对其系统发育树进行构建。结果表明,高丹草叶绿体基因组大小为140 643 bp,总GC含量为38.48%;其大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)长度分别为82 573、12 506 bp,反向互补重复区(IR)为22 782 bp;高丹草叶绿体基因组具有132个基因,其中蛋白质编码基因86个,转运RNA (tRNA)基因38个,核糖体RNA (rRNA)基因8个,缺失accD基因和ycf1基因;高丹草叶绿体基因组共检测到31个简单重复序列(SSR)和42个长重复序列(longrepeat)。SSR以A或T碱基的单核苷酸重复为主,longrepeat以回文重复为主;4个区的变异性高低顺序为LSC区 > SSC区 > IR区(IRa和IRb);自然选择和内部突变压力是高丹草叶绿体基因组密码子使用偏性的主要影响因素和次要影响因素;高丹草叶绿体基因组的最优密码子有15个(CAA、AAA、UUU、UAU、AUU、UAA、GCA、CCA、ACU、GUA、AGA、CGA、CUU、UCC、UCU),均以A、U结尾。综上,高丹草与高粱 (S. bicolor) 亲缘关系较近。

     

蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿、金花菜基因组SNP穿梭标记开发

蒺藜苜蓿是继拟南芥和水稻之后又一个进行全基因组测序的植物,利用蒺藜苜蓿的基因组序列,开发出可以在其他豆科植物上应用的分子标记,即穿梭标记,已成为缺乏基因组信息或基因组复杂的豆科植物基因组学及分子遗传学研究的有效手段。天蓝苜蓿和金花菜是我国最重要的两种一年生苜蓿,由于缺乏有效的分子标记,这两种苜蓿在基因组水平上的研究很少。SLAF-seq是近年来开发出的一种简化基因组测序技术,具有高通量、准确性、成本低、周期短的优点,已在众多物种的全基因组SNP标记开发上得到应用。本研究通过SLAF-seq技术对12份蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿和金花菜材料进行简化基因组测序,共得到28.04×10⁶个读长的测序数据,276432个高质量的SLAF标签,其中58748个SLAF标签为多态性标签,平均测序深度为17.44。在58748个多态性SLAF标签中,共检测出次要基因型频率(MAF)大于0.05的SNP标记189133个。本研究开发出的SNP标记可用于一年生苜蓿的遗传多样性、遗传图谱构建和重要农艺性状的QTL定位等的研究,其种间穿梭的特性可为苜蓿属种间基因组排列顺序、系统进化关系、比较图谱构建等方面的研究提供帮助。     

蒺藜苜蓿EMS诱变突变体库的构建及突变体表型的分析

突变体是进行功能基因组学研究的重要材料,大量基因已经从各种突变体中得到克隆。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)品种A17种子,鉴定和统计其后代突变型和突变频率,分别获得2 085份M1代和388份M2代突变材料,M2代突变材料中叶色突变性状包括叶斑突变、叶深绿、杂色叶、叶红紫、叶黄萎和白化苗,占群体的5.37%;叶型突变性状包括皱叶、窄叶、卷曲和多叶等,占3.12%;株型突变性状包括高秆、矮化、匍匐、半匍匐、多分枝和少分枝等,占9.11%;开花期突变性状包括早花、晚花等,占1.01%;总的表型突变频率为18.61%。本研究初步构建的蒺藜苜蓿A17 EMS的突变材料一方面创造了蒺藜苜蓿新的种质资源,另一方面可应用于蒺藜苜蓿功能基因组的研究。     

Droë massaproduksie van vyf eenjarige Medicago‐genotipes in die sentrale oranje‐vrystaat,soos beinvloed deur planttyd

Uittreksel

Bogrondse droë massa‐opbrengste (DM) van Medicago truncatula, cvv. Cyprus en Jemalong, M. aculeata var. inermis, cv. SA 4438, M. orbicularis, cv. SA 2552 en M. rugosa, cv. Paragosa wat op ses verskillende datums gevestig is, is in ‘n veldproef onder besproeiing bepaal. Die plantdatums was c. 15 dae gespasieer, vanaf middel Februarie tot einde April, DM is op drie stadiums bepaal naamlik drie weke na opkoms, begin blomstadium en met die aanvang van peulverkleuring toe finale DM ongeveer bereik is. Uiteindelik is peul‐ en saadopbrengs ook bepaal.

Die DM op drie weke het in alle gevalle sterk afgeneem namate later geplant is en die temperature gedaal het, terwyl die opbrengs met blom en peulverkleuring grootliks bepaal is deur die tydsverloop vanaf plant tot die betrokke stadiums. Die gemiddelde finale DM oor die ses plantings was 11,5; 10,7; 8,4; 6,7 en 5,0 t/ha vir Jamalong, SA 4438, Cyprus, Paragosa en SA 2552 onderskeidelik. Die gemiddelde saadopbrengste het gewissel van 650 kg/ha by Paragosa tot 2460 kg by SA 2552.     

麦洼牦牛SRY基因克隆及序列分析

SRY是Y染色体上具体决定生物雄性性别的基因片段,是多数哺乳动物性别决定基因之一。本试验采用克隆测序SRY基因并结合生物信息学对其序列进行分析,利用软件Codon W分析麦洼牦牛、普通牛、绵羊、山羊、猪、小鼠、鸡和人该基因编码区的密码子偏好性。克隆测序得到SRY基因序列含1个690 bp的开放阅读框,共编码229个氨基酸;其编码区核苷酸序列与普通牛、绵羊、山羊、猪、小鼠、鸡、人相应序列间的一致性分别为99.9%、93.9%、91.2%、76.5%、43.3%、21.4%、69.1%。经聚类分析,麦洼牦牛首先与普通牛聚在一起,绵羊与山羊聚为一类,这两类相聚后再依次与猪、人、小鼠相聚,最后与鸡聚为一类,其结果与以往的生物学分类结果一致。该基因编码的蛋白质分子式为C₁₁₅₅H₁₈₂₇N₃₅₁O₃₄₈S₁₁,相对分子质量为2655.0,理论等电点PI为9.55,亲水性平均数为-0.855。其密码子偏好性分析显示,T3_s为0.2905、C3_s为0.3240、A3_s为0.3728、G3_s为0.2963,第3位碱基中出现G和C占第3位碱基总量的48%,同义密码子数为61。上述数据表明麦洼牦牛SRY基因编码序列与普通牛、绵羊、山羊、猪、人具有较高的一致性,在物种进化过程中较为保守。该基因对含A的密码子有较高的偏爱性,尽量避开以G结尾的密码子,且其所编码的蛋白质为亲水性蛋白。     

"兰箭3号"春箭筈豌豆叶绿体全基因组草图及特征分析

箭筈豌豆(Vicia sativa)是自花授粉的二倍体一年生豆科牧草,可为我国高海拔地区的反刍动物提供优质蛋白粗饲料。以"兰箭3号"春箭筈豌豆为研究对象,采用DNase I法纯化叶绿体,利用第二代高通量测序平台Illumina Hiseq2000进行测序,并对"兰箭3号"叶绿体全基因组序列的结构特征进行分析。结果表明,"兰箭3号"叶绿体基因组仅包括一个单拷贝的反向重复序列,其叶绿体全基因组大小为121 883bp,共编码了109个基因,包括4个核糖体RNA(rRNA)基因,29个转运RNA(tRNA)基因,75个蛋白质编码基因和1个假基因。"兰箭3号"在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其它豆科植物基本一致。其叶绿体全基因组序列已在GenBank注册,序列号为KU053796。"兰箭3号"叶绿体全基因组测序的成功为叶绿体分子生物学研究奠定了基础,并可有效地促进箭筈豌豆遗传育种和分子进化研究。