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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

几种植物waxy基因的密码子用法特征分析

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Codon W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。     

大肠杆菌基因中密码对使用的规律

为了探讨基因组序列的非随机性对密码对使用的影响程度,揭示依赖上下文的密码对偏爱性(CDCB)可能存在的规律,本文主要对大肠杆菌基因组中密码子及其紧邻密码子(密码对)偏爱作了全面的统计分析。结果发现85%的密码子在其紧邻密码子位点有显著依赖上下文的密码对偏爱性,通过密码对与全序列六联体(三联体对)的相对丰度比较发现,大约35%的密码对偏好性不能用基因组的序列组分来解释。当密码子第二和第三位点核苷酸相同,且紧邻密码子相同时,它们的相对丰度有显著相关性。结果表明我们的数据支持依赖上下文的密码子偏好的主要原因是蛋白质合成精确性选择的假设,即本文结果揭示了依赖上下文的密码对偏好性可能存在的规律,从而为今后进一步研究大肠杆菌基因组中密码对使用偏好性提供参考。     

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。     

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.     

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。     

芸薹属物种基因组进化及比较基因组学研究进展

本文就芸薹属物种的分类与亲缘关系,芸薹属物种中A、B和C基因组进化及遗传关系,芸薹属各物种之间及其与拟南芥的比较基因组学,以及比较基因组定位在芸薹属作物重要农艺性状分析中的应用方面的研究进展进行了详细阐述,并对芸薹属作物基因信息资源利用和分子育种改良等方面的研究进行了展望。     

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。     

转rd29A-ICE1冷诱导基因水稻提高抗寒性研究

本研究以pCAMBIA1300质粒为基础,构建了植物冷诱导表达载体pCAMBIA1300-rd29A-ICE1,利用农杆菌介导法导入粳稻品种空育131中.PCR、RT-PCR和Southern杂交检测结果表明,ICE1基因已经成功整合到水稻基因组中,并正常表达.与对照相比,低温处理后超表达ICE1基因的水稻转基因株系存活率和脯氨酸含量明显增加,丙二醛含量积累速率明显下降,提高了抗低温胁迫能力.     

禾本科植物微卫星序列的特征分析和比较

微卫星或简单序列重复（simple sequence repeats,SSRs）广泛存在于真核生物的基因组中,是目前最有用的分子标记之一。本研究首次利用全基因序列对4个禾本科植物种,包括二穗短柄草（Brachypodium distachyon）、水稻（Oryza sativa）、高粱（Sorghum bicolor）和玉米（Zea mays）的SSR的类型、丰度（数量）、相对丰度、频率、长度和偏好性等进行了分析和比较。结果表明,禾本科植物中SSR的丰度与基因组大小成正比,而相对丰度与基因组大小相关不显著;三核苷酸和六核苷酸基序类型比其它类型更为丰富;不同物种皆呈现出明显的基序偏好性。总的来讲,除个别例外,禾本科植物的基因组中更倾向于富含A/T的基序。本研究结果为研究禾本科植物的基因组进化和SSR标记的开发提供了有价值的信息。     

黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因家族的比较基因组学分析

MLO基因是植物特有的一类基因家族,在调控植物抵抗生物和非生物胁迫方面起着重要作用。为了揭示葫芦科作物MLO基因的遗传变异及系统发育关系,本文以黄瓜、甜瓜和西瓜基因组数据为基础,利用生物信息学方法对其MLO基因家族进行鉴定与分析。结果发现,黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中共含有42个MLO基因家族成员,每一个物种均含有14个成员,且保守性强;系统发育关系揭示了这些成员在黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中并不呈现一一对应关系,表明MLO型基因在这3种植物分化之后分别发生了扩展和丢失;进一步将其与模式植物拟南芥、番茄、豌豆MLO型白粉病基因进行聚类分析:一方面,借助于拟南芥MLO基因的分类标准,揭示了在黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中也存在双子叶植物MLO型白粉病基因的特异区组,他们各自至少包含3个候选的白粉病基因,序列比对进一步发现这些基因均具有MLO型白粉病基因的典型结构特征,如7个跨膜结构域、钙调蛋白结合区以及两个缩氨酸区域(I和II);另一方面,大部分区组中包含的MLO基因均来源于拟南芥和黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因家族的成员,表明了MLO基因家族在拟南芥和葫芦科作物分化之前就已经存在。EST表达分析表明MLO基因广泛地参与到黄瓜、甜瓜和西瓜器官的营养生长和生殖生长。研究结果为揭示黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因的进化关系、功能及克隆表达分析奠定了基础。     

大豆响应低磷胁迫的XTH基因鉴定及XTH38调节根系生长研究

  【目的】  鉴定大豆木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶 (xyloglucan endotransglycosylases/hydrolases, XTHs) 基因家族,分析其表达模式和对低磷养分胁迫的响应,初步明确大豆XTH38调节根系生长的功能。  【方法】  供试大豆品种为粤春03-3 (YC03-3),拟南芥野生型为哥伦比亚 (Columbia-0,Col-0) 生态型。通过生物信息学方法,鉴定了大豆XTH基因家族成员,并对大豆的XTH家族成员进行进化分析。采用水培方法,设定高磷对照(HP,KH₂PO₄ 500 μmol/L)和低磷处理(LP,KH₂PO₄ 25 μmol/L)营养液培养,将大豆幼苗处理14天后,取大豆幼苗的根和叶,使用定量PCR分析幼苗中5个GmXTHs的表达;将在1/2 MS固体培养基上发芽2天的超表达GmXTH38株系和Col-0分别接种到HP、LP、低铁 (LFe,Fe 0 μmol/L)、中铁(MFe,Fe 50 μmol/L)和高铁 (HFe,Fe 500 μmol/L)固体培养基上,7天后测定GmXTH38株系的侧根长度和密度。  【结果】  通过生物信息学分析,确定了大豆XTH基因家族共有61个成员,分为3个不同亚组,其中GmXTH38与AtXTH9、AtXTH23位于同一亚组。定量PCR分析结果表明,GmXTH基因家族成员在大豆器官或组织的表达模式不同,其中GmXTH28、GmXTH38、GmXTH41和GmXTH52受LP诱导表达,特别是GmXTH38在大豆根和叶中的表达均受LP诱导。与大豆一致,LP条件下GmXTH38启动子在拟南芥幼苗根、叶的活动强于HP处理。在高磷和中铁(植物正常生长养分需求量)条件下,拟南芥异源超表达GmXTH38抑制拟南芥主根生长、侧根数目和侧根密度。在LP、LFe和HFe胁迫下,与Col-0相比,超表达GmXTH38拟南芥材料主根变短、侧根数和侧根密度减少;超表达GmXTH38导致Col-0侧根形成对LP的敏感性增加;超表达GmXTH38导致Col-0侧根密度在LFe或HFe胁迫条件下下降程度更明显,超表达GmXTH38增加拟南芥主根生长对LFe或HFe的敏感性。  【结论】  大豆基因组存在61个XTH成员,分别为GmXTH1~GmXTH61。GmXTH38在大豆根叶均受LP诱导。超表达GmXTH38 在正常养分条件下抑制拟南芥主根生长和侧根数目;超表达GmXTH38改变拟南芥根系在磷铁养分胁迫条件下的生长。     

葡萄SBP基因家族生物信息学分析

SBP（squamosa promoter binding protein,SBP）基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。葡萄是继拟南芥、水稻和杨树之后完成全基因组测序的第四种开花植物,因此葡萄逐渐成为分子生物学研究的重点对象,进行葡萄基因组信息挖掘与分析对于葡萄功能基因组学的发展具有重要意义。本文利用生物信息学方法对葡萄家族45条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示这45条蛋白序列与拟南芥16个SBP基因蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与葡萄SBP基因间具有较高的保守性;进一步的基因组定位结果发现其分布在14条染色体上,较拟南芥在染色体上的分布更为分散。研究还发现不同亚家族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,41条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,这与拟南芥相似,且45条氨基酸序列三维结构十分相似。本文实验结果均为葡萄SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。