密码子使用偏性量化方法研究综述

在基因组学水平上研究密码子使用偏性模式、成因并分析进化过程中的选择压力在基因组学研究中有重要意义。文章概述了目前提出的密码子使用偏性的量化方法及实现原理。目前研究发现：有些量化密码子偏性的方法受高表达基因参考数据集未完全注释的限制,不同密码子位置对变异和选择的影响不同,以及不同密码子位置处GC含量和嘌呤含量的贡献不同。由此展望密码子偏性量化方法发展方向为：需要设计不需要相关参考基因集合先验知识的密码子使用偏性量化方法;考虑不同位置处背景核苷酸组成的密码子使用偏性的量化方法;同时考虑基因表达水平的密码子使用偏性量化方法。最后,归纳了目前可用的密码子使用偏性的量化工具和数据库。     

豇豆叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为了探究豇豆（Vigna unguiculata）叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究从NCBI下载完整的豇豆叶绿体基因组序列,并对其进行结构分析。利用CodonW和CUSP对筛选获得的50条可编码蛋白序列（CDS）进行分析,获得GC1、GC2、GC3、RSCU、CAI、CBI、Fop、ENc、RFSC等重要参数,并进行中性绘图、PR2-plot绘图、ENc-plot绘图以及对应分析、最优密码子分析和其他物种对比分析。结果发现,豇豆叶绿体基因密码子更偏向以A或U(T)结尾,G和C在密码子各位置中的占比较低,平均值为36.31%;有效密码子数（ENc）的平均值为44.903,密码子偏好性较弱;GC1与GC2、GC3间均有相关性,表明碱基突变对密码子选择也有影响。从中性绘图、PR2-plot绘图、ENc-plot绘图结果可以看出,豇豆叶绿体密码子使用偏好性同时受到了碱基突变与自然选择的影响。本研究最终筛选出20个最优密码子,并将豇豆叶绿体基因组密码子使用频率与其他物种进行比较,发现豇豆与番茄在密码子使用频率上存在较高的相似度。本研究结果为提高豇豆叶绿体外源基因的表达效率提供了参考依据。     

欧洲葡萄碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)基因家族密码子使用偏性分析

碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子作为植物转录因子最大家族之一,在植物生长发育、胁迫应答和植物次生代谢中具有重要的调控作用。本研究利用CodonW及SPSS等软件,计算和统计分析了欧洲葡萄(Vitis vinifera)bHLH基因家族106条序列密码子的使用模式,并对影响该基因家族密码子组成及编码特点的主要因素进行了探讨。结果表明,bHLH基因家族密码子GC1与GC2之间的相关系数达到极显著水平(P0.01),GC3与GC1、GC2的相关系数经双尾检验均未达到显著水平(P0.05);ENC与GC1、GC2和GC3的相关系数分别为0.1439、0.0463和0.1766,均未达到显著水平(P0.05),ENC和GCtotal的相关系数为0.1989,达到显著水平(P0.05);确定了19个最优密码子,多以G或C结尾;推测该基因家族密码子的偏性可能是由选择和突变共同影响的。研究结果为深入开展葡萄属(Vitis)植物bHLH基因家族分子进化、表达调控机制和提高该基因家族成员预测的准确性以及进一步应用该基因家族成员进行葡萄抗逆改良等提供了重要的理论依据。     

独行菜LaBBX基因低温表达响应与密码子偏性分析

BBX是调控植物非生物胁迫相关基因表达,响应植物逆境胁迫的重要锌指蛋白类转录因子。为探究BBX在独行菜(Lepidium apetalum)幼苗耐受低温生长中的表达响应及其密码子偏好性,本研究基于独行菜转录组数据,筛选独行菜BBX编码基因的cDNA序列,并从独行菜幼苗中克隆获得全长733 bp的基因编码区序列,命名为LaBBX。序列分析表明,LaBBX由242个氨基酸组成,包含2个B-box锌指蛋白结构域,蛋白分子量为61.66 kDa,等电点为5.09,无信号肽和跨膜区。独行菜幼苗受低温胁迫时,LaBBX基因显著上调表达,6 h上调表达至21倍,且24 h内均呈现高水平表达,说明该转录因子可能在独行菜幼苗受低温胁迫时起重要作用。偏好性分析结果显示,独行菜LaBBX基因的ENc、CAI值和GC含量分别为55.453、0.244和46.78%,其密码子使用偏性较弱,相对偏好使用AT,高频密码子有8个,CDS序列及RSCU聚类分析中与十字花科植物最相近;其偏好性的形成与突变和自然选择等诸多因素相关,酵母菌表达系统更适合作为LaBBX基因的异源表达受体,拟南芥是适宜LaBBX基因的遗传转化受体。本研究为了解独行菜LaBBX基因的异源表达及基因功能提供了重要参考。     

蒺藜苜蓿WRKY转录因子密码子使用偏好性分析

密码子使用偏好性普遍存在于各种生物中,但突变和自然选择压力对每种生物密码子使用偏好性不同.WRKY基因家族是一类只存在于植物的转录因子,主要参与植物体内转录调控和信号转导过程.本研究以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)WRKY转录因子(MtWRKY)为研究对象,揭示Mt WRKY基因密码子使用偏好性形成的主要因素,并筛选最优密码子.研究结果表明,代表MtWRKY基因的点均分布在有效密码子数(effective number of codons,ENC)标准曲线以下,表明密码子受自然选择压力或突变选择压力或其他因素影响;密码子第1、2位平均GC含量(GC12)与密码子第3位GC含量(GC3)相关性分析发现,GC12与GC3呈显著正相关(r=0.34,P＜0.01),表明突变压力导致密码子3个位点具有相似的GC含量;GC3s值分布在0.2～0.5之间,表明密码子使用偏好性主要受突变压力影响.奇偶偏好分析表明,MtWRKY基因第3位密码子CT含量＞AG含量.G和C(或者A和T)不成比例分布在密码子第3位上,表明密码子使用偏好性受到自然选择压力影响,但很可能突变压力仍起主要作用.最优密码子使用频率(frequency of optimal codons,Fop)与GC含量以及序列长度相关性分析发现,Fop与外显予GC含量呈显著正相关(r=0.57,P＜0.01),而与内含子GC含量呈较弱正相关(r=0.09,P＞0.05);Fop与外显子序列的长度呈正相关(r=0.28,P＜0.05),而与内含子长度呈负相关(r=-0.01,P＞0.05).表明MtWRKY基因外显子和内含子序列的形成受不同选择压力影响;外显子密码子使用偏好性受突变压力影响,而内含子可能是由于自然选择压力作用于突变选择形成的.确定了4个以G或C结尾的最优密码子.研究结果为WRKY转基因研究过程中密码子优化提供了理论支持.     

玉米同义密码子偏爱性分析

应用CodonW软件对玉米(Zea mays)基因组中的7 402个蛋白质编码基因序列进行了分析,计算了位于密码子3个位置的G+C含量、有效密码子数、同义密码子的使用频率等,并确定了玉米的最优密码子.结果显示,玉米密码子第3位的G+C含量明显高于第1、2位,表现出对以G或C碱基结尾的密码子发生强烈偏向使用;且确定的27种最优密码子均以G或C碱基结尾.分析结果对指导外源基因进行分子改造,提高其在玉米中的表达效率及完善玉米基因预测软件和程序,提高新基因预测和基因组注释准确性等具有重要意义.     

橄榄转录组密码子使用偏好性及其影响因素

为了解橄榄密码子使用偏好特征,以福榄1号橄榄为材料,利用codonW和EMBOSS等软件分析橄榄转录组密码子使用偏好性参数,并探讨偏好性形成的可能因素。结果表明,橄榄转录组平均有效密码子数(ENc)、密码子G和C(GC)含量及密码子第3位上G和C(GC3s)含量分别为51.80、0.435和0.377,表明橄榄转录组密码子使用偏好性较弱,且倾向使用富含A和T且以A或T结尾的密码子。橄榄转录组高低表达基因样本之间同义密码相对使用度(RSCU)差异较小,其中CGC、ATC、CTC和ACC等可作为橄榄最优密码子群。密码子组分分析、中性绘图分析、ENc-GC3s关联分析和偏倚分析结果表明,橄榄转录组密码子使用偏好性可能是以突变压力为主,多种作用方式共同影响的结果。此外,烟草和酵母菌可作为橄榄目标基因异源转化的理想受体系统。本试验结果为进一步研究橄榄遗传背景和分子进化提供了一定的科学依据。     

茎瘤固氮根瘤菌Azorhizobium caulinodans ORS571基因组密码子使用偏好性分析

目前对于自生固氮菌和共生固氮菌的密码子使用特征已有较深入的了解,然而对于既可以进行自生固氮又可以共生固氮的固氮菌的认识仍十分有限。本研究采用对应分析、相关分析和卡方检验等方法对具有这一特征的茎瘤固氮根瘤菌ORS571基因组密码子进行分析,以期深入了解该类固氮菌密码子使用特征。以有效密码子数量(ENC)和密码子第3位GC含量(GC3s)分别为x、y轴绘制ENC-plot图谱,同时绘制描述仅受基因组碱基组成影响条件下的ENC和GC3s关系的期望曲线。结果发现,部分基因位于期望曲线上,说明该菌密码子偏好性受到了基因组碱基组成影响。对应分析和相关分析表明,包括固氮相关基因在内的全部基因在对应分析第1向量轴上的坐标值均与密码子适应指数和GC3s呈显著负相关(P<0.05),说明该菌码子偏好性还受基因表达水平和GC3s的影响。22个密码子的使用频率在高表达基因中显著增多,确定为最优密码子。其中21个密码子以G/C结尾,说明最优密码子有强烈的GC3s偏好。     

玉米密码子用法分析

生物中普遍存在密码子使用偏性,这对外源基因的表达强度有着较大影响。本研究运用Codon W软件和CUSP程序对玉米基因组中的7402个蛋白质编码基因序列进行了分析,计算了编码氨基酸的密码子使用频率,并将其与人、酵母、大肠杆菌、果蝇等不同种类的模式生物及与拟南芥、烟草、水稻、小麦等双、单子叶植物进行比较,结果显示玉米密码子偏爱性与模式生物有不同程度的差异,与拟南芥、烟草双子叶植物的密码子使用频率差异较大,与水稻、小麦单子叶植物的密码子偏爱性一致。分析结果对玉米基因的转化及高效表达系统的选择等具有重要指导意义。     

13种哺乳动物MUC4基因密码子使用模式分析

大肠杆菌(Escherichia coli)是导致人类和初生幼畜腹泻的重要人畜共患型病原体,而产肠毒素大肠杆菌F4是引起腹泻最常见的病原之一。前期已有研究表明4型黏蛋白基因(Mucin 4 gene,MUC4)可能作为大肠杆菌F4ab/F4ac的重要受体基因。研究密码子的使用特性有助于进一步了解某一特定基因的分子机制和进化关系。为了揭示MUC4基因密码子的使用模式,本研究选取13种哺乳动物MUC4基因的编码序列,计算其碱基组成、有效密码子数、同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)等相关参数,同时分析了影响MUC4基因密码子使用偏好性的因素。结果表明:不同物种MUC4基因偏好使用以G或C结尾的密码子,RSCU值分析发现,不同物种中CUG、AGG、GCC、AUC、GUG、ACA为最优密码子(RSCU值1.6);此外,MUC4基因密码子偏好性主要受密码子第3位碱基的GC含量(GC3s)的影响;聚类分析发现,猪(Sus scrofa)与家猫(Felis catus)聚为一类,人(Homo sapiens)与家犬(Canis lupus familiaris)聚为一类,与系统分类关系不一致。本研究系统揭示了MUC4基因密码子的使用模式,为今后MUC4基因在动物遗传改良中选择合适的受体动物,以及通过基因工程和密码子优化途径提高外源基因表达水平进而提高机体对大肠杆菌F4ab/F4ac病原菌感染的抗性提供理论依据。     

原核微藻psbA基因的密码子偏好性及聚类分析

D1蛋白是光合作用反应中心的一种蛋白,研究编码该蛋白的psb A基因密码子的偏好性及聚类分析对原核微藻的分类具有重要意义。本研究利用MEGA和Codon W软件分析psb A基因的碱基组成和密码子适应指数、有效密码子数及相对密码子使用度等参数。结果表明,不同种属原核微藻的psb A基因具有明显的密码子偏好性,且密码子使用模式多样,可反映该类群生物种属之间的亲缘关系。依据密码子偏好性的欧式平方距离系数进行聚类,证实密码子的偏好性与其物种的亲缘关系及进化存在一定的关系,其聚类结果可作为系统发育分析的重要补充。     

猪细小病毒主要非结构蛋白与结构蛋白的密码子偏爱性分析

通过分析猪细小病毒（porcine parvovirus,PPV）主要非结构蛋白（non-structural protein,NS1）及结构蛋白（VP1、VP2）的密码子偏爱性,为三种蛋白基因表达中宿主系统的选择提供参考。运用EMBOSS（The European Molecular Biology Open Software Suite）的CHIPS（Codon Heterozygosity in a Protein Coding Sequence）和CUSP（Create a codon usage table）程序对PPV的NS1、VP1和VP2蛋白基因进行分析,并将分析结果与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性进行比较。结果显示,PPV的NS1、VP1、VP2基因的Nc（Effective number of codons）值分别为39．696、36．638和36．482,表明三种蛋白存在较明显的密码子偏爱性,并且均偏爱选择第三位核苷酸为A的密码子。PPV三种蛋白与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性也有一定差异,其中与酵母的密码子偏爱性差异最小,其表达系统选择酵母较为合适。     

11种植物psbA基因的密码子偏好性及聚类分析

植物叶绿体psbA基因的启动子是叶绿体基因工程中常用的启动子,研究该基因的编码特点对完善叶绿体基因工程的研究设计、提高外源基因在受体物种中高效、稳定的表达具有重要作用。本研究综合运用了多种分析软件,对11种植物的叶绿体psbA基因进行了分析。结果表明,11种植物psbA基因的ENC（Effective Number o...     

水泉河偏石村山区性河道险段治理工程分析

水泉河偏石村段属于典型的山区性河道,河道两岸部分为山体或高地,该河段河道比降较大,暴雨汇流历时较短,洪水来势较急,汛期洪水造成的冲刷破坏严重,威胁到沿岸农田、道路、村庄及人民的生命财产安全。以水泉河偏石村段河道治理工程为例,简要分析山区性河道险段治理工程主要的考虑因素及设计原则。     

石灰性土壤机械分析的良好分散剂——偏磷酸钠

石灰性土壤中含有大量的碳酸钙,碳酸钙有聚结土壤颗粒的作用。土壤中的碳酸钙不除去,机械分析中的土壤悬浊液不易稳定,而常呈絮凝状态。一般石灰性土壤的机械分析操作中,多先用盐酸洗去碳酸钙,但是土壤中的碳酸钙不是和土粒聚结在一起,便是呈单独颗粒状态,如用盐酸洗去后,土壤物理性质将大有变动,同时自然情况的质地也发生差异。另外,在机械分析比重计法中,加上盐酸处理的步骤,增加了繁重的洗涤工作,失去速测的意义。     

几种植物waxy基因的密码子用法特性分析

密码子简并性特征造成了不同物种或同一物种的不同基因在密码子使用上存在不同的偏爱性。本研究运用CodonW软件对水稻、玉米、高粱、小麦、大麦、拟南芥、豌豆的waxy基因的密码子用法进行了分析。结果表明:单子叶植物与双子叶植物waxy基因的密码子用法差异较大,前者偏向于使用以G或C碱基结尾的密码子,后者则偏向于使用以A或T碱基结尾的密码子。不同物种的waxy基因在密码子用法差异上表现为,进化上亲缘关系越近的物种其基因密码子用法越相似。因此,基于基因密码子用法的研究,可作为目前各种系统发育分析方法的重要补充,用于物种进化关系和分子进化机制研究。     

3种不同皮色萝卜种质染色体核型分析

本研究采用根尖压片法,对3种不同肉质根皮色的萝卜种质进行染色体数目和核型分析,以获得准确的细胞遗传学信息。研究结果表明,Nau-dqp08,Nau-txbyw07和Nau-chhong108这3种不同皮色萝卜的染色体数目均为18,核型公式分别为2n=2×=18=14m+4sm,2n=2×=18=18m和2n=2×=18=16m+2sm,且核型都属于1A型;核不对称系数分别为59.48%、55.39%与58.08%;核型不对称性大小为Nau-dqp08>Nau-chhong108>Nau-txbyw07,其中Nau-txbyw07核型较为原始。本研究结果可为萝卜种质鉴定、遗传变异和亲缘关系分析提供细胞学依据。     

修文县春播萝卜引种试验及气象条件分析

利用修文县2003-2005年不同品种春萝卜的分期播种试验资料,分析筛选出耐抽薹、冬性强、商品性好、适宜春季播种的萝卜品种,同时确定出当地能够优质、高产和早上市的适宜播期,为春播萝卜生产提供参考。     

利用目标起始密码子多态性(SCoT)分子标记分析梨遗传多样性

目标起始密码子多态性(start codon targeted polymorphism,SCo T)是一种新型的遗传分子标记技术。本研究采用单因素水平设计方法,优化并建立梨的适宜SCo T分子标记体系,通过SCo T标记技术,分析了安徽省砀山县的43份梨(Pyrus spp.)的遗传多样性和亲缘关系。结果表明,优化后梨SCo T-PCR反应体系:10×Easy Taq Buffer(含2 mmol/L Mg2+)2.5μL,模板DNA终浓度30 mg/L,上下游引物终浓度1.0μmol/L,d NTPs终浓度0.2 mmol/L,Taq DNA聚合酶1.0 U,总体积为25μL。随机选取2个DNA模板进行引物筛选,最终从67条引物中筛选出16条扩增条带清晰且有差异性的引物,共扩增出145条带,其中多态性条带有126条,多态性比率为86.1%,每条引物平均扩增出9.1条带。SCo T标记的43个梨材料遗传相似性系数为0.517~0.931,平均值为0.685。聚类分析表明,在遗传相似系数为0.610的水平上,43份梨材料分为A和B两组;在遗传相似系数为0.746的水平上,A组又分为6个亚组(Ⅰ~Ⅵ)。所研究的43份梨材料具有丰富的遗传多样性,且能够被SCo T分子标记有效地检验,为进一步研究利用安徽省砀山县梨种质资源提供了依据。     

安全高效使用长效性除草剂五建议

长残留性除草剂是指某些除草剂被使用后,残留在土壤中的效用长达1年以上,易使敏感性后茬作物遭受不同程度药害的除草剂.如今,一方面除草剂的除草活性越来越强,用量下降;另一方面,作物对它们的敏感性越来越强.