红蓝光对草莓转录组特异表达基因密码子使用偏好性的影响

草莓转录组中特异表达基因密码子的使用偏好性分析能够为基因异源表达提供参考。为了探究红蓝光处理对草莓转录组特异表达基因密码子使用偏好性的影响,以四川农业大学果树分子生物学实验室前期红蓝光处理后的草莓转录组数据为原始实验数据,以白光处理的草莓转录组数据为原始对照数据,利用perl语言及测序结果中的FPKM值(fragments per kb per million fragments)对转录组数据进行筛选,通过Mobyle在线程序对筛选得到的特异表达基因进行密码子偏好性分析。结果表明:蓝光处理后的特异表达基因有114条,大约是红光处理的2倍;从GC含量结合GC3s含量来看,红光和蓝光处理中的特异表达基因各自均有91%偏好使用以A/T结尾的密码子;最优密码子中,红光特异基因偏好以A/T结尾的最优密码子所占的比例比蓝光特异基因多2.84%;密码子使用频率比较结果发现,酵母表达系统更适合用于2种处理特异表达基因的异源表达实验,拟南芥更适合作为2种处理特异表达基因的转基因受体。     

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。     

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。     

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。     

野生蕉ω-3脂肪酸去饱和酶基因FAD7密码子偏性分析

为了解FAD7的密码子使用特性,试验采用CodonW、SPSS19.0、MEGA5.0等软件和EMBOSS在线程序对野生蕉FAD7密码子偏性进行分析,同时与其他单/双子叶植物FAD7和模式生物基因组进行比较。结果显示,野生蕉FAD7密码子偏性水平较弱,密码子组成和结尾偏好使用G或C,而CUC、CAG和AGG等在该基因中具有较高的使用频率;物种间FAD7比较结果发现,单子叶植物FAD7密码子组成明显偏好G或C,而双子叶植物则完全相反;基于密码子使用频率FAD7聚类结果与CDS分类结果一致,均能将单/双子叶植物区分开来;此外,大肠杆菌原核表达受体系统可作为野生蕉FAD7基因异源表达理想试验体系。研究结果为野生蕉FAD7后续结构和功能研究提供了科学依据。     

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。     

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。     

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。     

紫苏脂肪酸去饱和酶基因PfFAD2的生物信息学及表达特性分析

为研究脂肪酸去饱和酶基因FAD2在紫苏脂肪酸合成机制中发挥的重要作用,对紫苏FAD2基因及其编码的蛋白质序列进行了详细的生物信息学分析。结果表明,紫苏FAD2基因cDNA全长序列为1 545 bp,ORF为1 149 bp,共编码382个氨基酸残基;紫苏FAD2蛋白属于亲水性蛋白,具有6个典型的跨膜螺旋区,含有PLN02505保守结构域,属于Membrane-FADS-like超蛋白家族;系统进化树分析结果表明,紫苏与芡欧鼠尾草的亲缘关系较近,与红花较远。利用荧光定量PCR技术分析紫苏不同组织以及不同发育时期的种子中FAD2基因的表达特性,结果表明,紫苏FAD2在开花后20 d的种子中表达量最高。研究结果可为进一步阐明紫苏脂肪酸代谢机制奠定理论基础。     

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     

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。     

狐狸PMEL基因密码子使用特性分析

前黑素小体蛋白(PMEL)对狐狸毛色中黑色素的合成和沉积过程有重要的调控作用。利用Codon W软件和系统聚类分析法等分析狐狸及14种哺乳动物PMEL基因的密码子偏性,为研究PMEL基因蛋白质表达机制提供理论依据。结果表明,狐狸PMEL基因偏好使用的密码子有34个,以G/C结尾密码子的同义密码子相对使用度明显偏高。该基因编码亮氨酸、缬氨酸的2个最优密码子分别为CTG、GTG。狐狸PMEL基因在密码子偏好的使用上与家猫、猎豹相似,但与同源性极高的家犬不同。基于同义密码子相对使用度的系统聚类分析结果表明,家猫和狐狸均为一类,在密码子使用上最为相似。为研究PMEL基因的表达机制及目的蛋白表达水平的提高提供了理论依据。     

全基因组范围葡萄热休克转录因子的鉴定与分析

[目的]从全基因组范围鉴定葡萄热休克转录因子基因家族,并对其基因结构、蛋白结构、基因启动子、基因在进化中受到的选择压力以及其编码基因在非生物胁迫下的表达变化进行综合分析,并对葡萄热休克转录因子基因家族的密码子使用偏好性进行研究,分析影响葡萄热休克转录因子基因家族密码子使用偏好性的因素。[方法]利用葡萄基因组数据库相关数据建库结合本地BLAST法鉴定序列,利用多重序列比对,进化树构建等生物信息学方法进行分析。[结果]鉴定了20个葡萄热休克转录因子,并将其分为4个亚组。其中9个热休克转录因子基因在冷胁迫1 h下表达上调,2个在冷胁迫4 h下表达上调。在高温胁迫14 d条件下,7个热休克转录因子基因表达量下调。在高温胁迫42 d条件下,8个热休克转录因子基因表达量下调。此外发现,葡萄热休克转录因子家族各成员基因存在密码子使用偏好性。[结论]该研究为深入研究葡萄热休克转录因子的功能提供了有用的信息。     

膜荚黄芪鲨烯合酶基因SS 密码子偏爱性分析

运用EMBOSS及Codon W等在线软件分析了膜荚黄芪鲨烯合酶(squalene synthase,SS)基因的同义密码子偏好性,并将其与大豆、拟南芥等7种植物SS基因及大肠杆菌基因组密码子偏好性进行比较,为该基因选择合适的宿主及高效表达提供理论依据。结果表明,膜荚黄芪SS基因偏好以A或T碱基结尾的密码子,与大肠杆菌基因组共有24个密码子存在差异。为进一步提高膜荚黄芪SS基因在大肠杆菌中的表达水平,需对其密码子进行优化。     

真菌漆酶基因的密码子偏好性分析

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,广泛地存在于各种植物和真菌中。研究使用Codon W和CUSP相关程序对18条真菌漆酶基因CDS序列的密码子使用情况进行分析,比较了真菌漆酶基因与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌以及毕赤酵母的密码子偏好性。结果表明,真菌漆酶基因偏好使用以G/C结尾的密码子,29种偏好密码子(相对使用度(RSCU)>1)中偏好性较强的密码子有ATC、CTC、CGC、GTC和TAG(RSCU≥1.5);聚类分析发现,AY450404.1和GU480806.1、XM_951846.2和XM_001228805.1及XM_001389488.2和XM_001818019.2聚为一类,与系统分类关系一致,其余都不一致;在密码子的使用频率上,真菌漆酶基因的密码子用法与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和毕赤酵母的基因组密码子用法都有不同程度的偏好差异,其中与大肠杆菌的密码子用法差异最小,故大肠杆菌更适合作为真菌漆酶基因的外源表达宿主。如果要在上述几种表达系统中实现真菌漆酶基因的高效表达则需对真菌漆酶基因的部分密码子进行优化改造。     

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。     

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。     

真菌漆酶基因的密码子偏好性分析

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,广泛地存在于各种植物和真菌中。研究使用Codon W和CUSP相关程序对18条真菌漆酶基因CDS序列的密码子使用情况进行分析,比较了真菌漆酶基因与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌以及毕赤酵母的密码子偏好性。结果表明,真菌漆酶基因偏好使用以G/C结尾的密码子,29种偏好密码子(相对使用度(RSCU)1)中偏好性较强的密码子有ATC、CTC、CGC、GTC和TAG(RSCU≥1.5);聚类分析发现,AY450404.1和GU480806.1、XM_951846.2和XM_001228805.1及XM_001389488.2和XM_001818019.2聚为一类,与系统分类关系一致,其余都不一致;在密码子的使用频率上,真菌漆酶基因的密码子用法与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和毕赤酵母的基因组密码子用法都有不同程度的偏好差异,其中与大肠杆菌的密码子用法差异最小,故大肠杆菌更适合作为真菌漆酶基因的外源表达宿主。如果要在上述几种表达系统中实现真菌漆酶基因的高效表达则需对真菌漆酶基因的部分密码子进行优化改造。     

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.