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。     

瘟病毒属3种病毒多聚蛋白酶基因同义密码子偏爱性分析

【目的】分析黄病毒科瘟病毒属的猪瘟病毒(CSFV)、牛病毒性腹泻病毒(BVDV)和羊边界病毒(BDV)3种病毒多聚蛋白酶基因密码子的使用特点,初步探讨3种病毒多聚蛋白酶基因的进化及对不同宿主的适应策略。【方法】运用EMBOSS软件的CHIPS和CUSP程序及CodonW在线分子生物学软件,分析CSFV、BVDV和BDV的有效密码子数(ENc),碱基GC含量(Gcall),密码子第1、2、3位GC含量(GC1、GC2、GC3),相对同义密码子使用度(RSCU)及同义密码子第3位的GC含量(GC3s),并对3种病毒多聚蛋白酶基因的ENc进行绘图分析。【结果】CSFV、BVDV、BDV 3种病毒多聚蛋白酶基因的ENc值分别为51.205,51.323和52.580,表明3种病毒多聚蛋白酶基因的密码子偏好程度均较低;上述3种病毒多聚蛋白酶基因的GC含量分别为46.84%,45.99%和45.71%,均不超过50%;除BDV多聚蛋白酶基因同义密码子含量表现为GC1>GC3>GC2外,CSFV和BVDV均表现为GC3>GC1>GC2,且除CSFV的GC3为52.02%外,所有病毒的GC1、GC2、GC3均小于50%,可见3种病毒间的碱基组成(GC含量)及ENc值差异较小。RSCU分析表明,与CSFV偏爱使用G/C结尾的密码子不同,BVDV和BDV更偏爱使用以A结尾的密码子,这可能与病毒对宿主的适应策略有关。ENc绘图分析(Nc-plot)说明,碱基组成对密码子使用模式影响较小。【结论】CSFV、BVDV、BDV 3种病毒多聚蛋白酶基因密码子的偏好性较低,这可能是病毒进化过程中对宿主的一种适应策略。     

玉米叶绿体基因密码子使用频率分析

本研究应用软件CodonW,对玉米叶绿体蛋白编码基因的密码子用法进行了初步分析,计算了位于密码子3个位置的GC含量和同义密码子的使用频率,并确定了玉米叶绿体基因组的最优密码子。结果显示玉米叶绿体基因GC含量低,密码子第三位的GC含量最低,偏好使用以A或T碱基结尾的密码子;且确定的25种最优密码子也主要以A或T碱基结尾。分析结果对指导外源基因进行分子改造,提高其在玉米叶绿体中的表达效率及细胞器分子进化研究等具有重要意义。     

金银花大毛花叶绿体基因组密码子的偏好性分析

通过分析金银花大毛花叶绿体基因组密码子使用偏好性,探讨影响其密码子偏性形成的主要因素,为金银花系统发育及叶绿体基因组密码子进化研究提供参考。利用生物信息学手段对金银花大毛花50个叶绿体蛋白编码基因的密码子使用偏好性进行分析。金银花大毛花叶绿体基因组GC含量为39.18%,有效密码子数(ENc)为48.81,密码子的使用偏好性较弱;GC与GC1、GC2、GC3、GC3s、GC和CAI之间的相关系数均达到显著或极显著水平;同义密码子的相对使用频率(RSCU)大于1的密码子有30个,其中,28个以A/T结尾;综合ENc-plot分析、PR2-plot分析、中性绘图分析及对应性分析表明,在金银花大毛花叶绿体基因组密码子使用偏好性的形成过程中,选择压力和突变及其他因素共同发挥着重要作用。基于相对同义密码子使用分析,确定了30个高频密码子和5个最优密码子,最优密码子均以A或T结尾。本研究明确了金银花大毛花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,并筛选出5个最优密码子。     

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。     

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。     

莴苣线粒体基因组密码子使用偏好性分析

为了分析栽培莴苣Lactuca sativa‘Salinas’和野生莴苣Lactuca saligna的线粒体基因组密码子使用特征差异,对2种莴苣的线粒体基因组编码序列进行密码子使用偏好性研究,比较其密码子偏好性形成的影响因素和演化过程。结果表明：栽培莴苣和野生莴苣线粒体编码基因的总GC含量分别为43.43%和42.54%,富含A/T碱基。2种莴苣的有效密码子数（ENC）都在36.61～61.00,密码子偏好性较弱。中性绘图分析表明,2种莴苣线粒体编码基因的第1、2位和第3位碱基GC含量较为保守,选择是影响2种莴苣线粒体基因密码子使用偏好性的主要因素。PR2-plot分析表明,2种莴苣线粒体基因第3位碱基更偏好使用嘧啶碱基。ENC-plot分析结果显示,2种莴苣的线粒体基因密码子偏好性主要受到选择压力影响。对2种莴苣的相对同义密码子使用度（RSCU）分析表明,栽培莴苣和野生莴苣分别有28个和29个高频密码子,除亮氨酸外,2种莴苣的高频密码子均以A/U结尾。2种莴苣线粒体编码基因的密码子使用偏好性总体上较接近,但最优密码子存在较大差异。这种差异可能是因为2种莴苣的低表达基因库差异造成的,...     

不同哺乳动物GDF9密码子偏性及聚类分析

为更好地认识哺乳动物GDF9基因在长期进化过程中为适应环境形成的密码子使用模式,通过Codon W软件计算不同哺乳动物GDF9基因的密码子偏性指标,利用SPSS软件对密码子偏好性影响因素的相关性进行分析,结合密码子偏性和最小进化法分析其亲缘关系。GCT、TGT、TTT、ATT、CCT、AGA、ACT为哺乳动物GDF9基因的最优密码子,该基因偏爱使用以A或T结尾的密码子;G、C含量和蛋白质亲水性是影响GDF9基因密码子偏性的主要因素;聚类分析提示不同哺乳动物间的同源性越高,GDF9基因密码子使用特征的相似性越高。     

转铁蛋白及其同源类似物cDNA序列比较分析

应用NCBI数据库和计算机分析软件对农业部淡水鱼类种质资源与生物技术重点开放实验室克隆的鲫鱼(Carassius auratus)转铁蛋白的cDNA序列以及GenBank序列数据库中的27种转铁蛋白及其同源类似物cDNA序列的同源性进行了比较.结果表明:不同种属和来源的转铁蛋白cDNA的同源性均在30%以上;物种分化时间越早,其转铁蛋白基因的同源性越低,相反则越高;不同种属和不同来源转铁蛋白cDNA的进化并不同步,而是由不同途径分别进化的.根据同源性比较结果绘制出它们的系统发育进化树.转铁蛋白基因的进化顺序推测是:微生物转铁蛋白类似物基因、昆虫转铁蛋白基因、黑素转铁蛋白基因、卵转铁蛋白基因、乳转铁蛋白基因、鸟类血清转铁蛋白基因、鱼类血清转铁蛋白基因、哺乳类血清转铁蛋白基因.对cDNA序列的密码子使用频率和密码子使用偏性进行分析,结果表明:密码子使用频率越高或使用偏性越小,说明该密码子编码的氨基酸对蛋白质空间结构的形成和基本生理功能的影响也越重要;在进化上分化时间越早的物种,密码子使用频率和使用偏性的差异较小,反之则较大;在同源性方面,在进化上比较接近的物种,基因的密码子使用频率和使用偏性指标比较接近或基本相同.     

水稻HKT基因家族密码子使用特性分析

运用CodonW程序对水稻HKT基因家族密码子组成、同义密码子使用频率和全长编码区密码子使用各项参数进行计算和统计分析。结果表明:密码子适应指数(CAI值)与最优密码子使用频率(FOP)、密码子偏爱指数(CBI)均呈极显著正相关(P<0.01);有效密码子数(ENC)与同义密码子第3位碱基含量(C3s,G3s)、最优密码子使用频率(FOP)、密码子偏爱指数(CBI)、GC含量、GC3s均呈极显著负相关(P<0.01)。水稻HKT基因家族密码子使用的相对频率(RSCU)值>1的密码子多以G或C结尾。     

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。     

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     

15种蔷薇属matK基因的密码子偏好性分析

基于15种蔷薇属叶绿体全基因组图谱,筛选其matK基因并对其密码子偏好性进行分析。结果表明：(1)GC₁、GC₂、GC₃的平均值分别为39.09、31.75、27.98,密码子第1位的GC含量最高,第3位的GC含量最低,具有显著差异性;有效密码子数与第3位密码子的GC含量显著相关;(2)GC₃与GC₁₂的相关性不显著,且密码子的偏好性受自然选择的影响;(3)matK基因的有效密码子数低于预期值,位于标准曲线的下方,说明matK基因密码子的偏好性受到了选择的影响;(4)共计29个密码子的同义密码子相对使用度(RSCU)大于1,其中,有27个密码子均以A/U结尾,仅有2个密码子以G结尾,说明matK基因的密码子偏好以A或者U结尾。RSCU较高的3个密码子为UGA(3.00)、UCU(2.08)、ACU(1.98)。     

竹亚科叶绿体基因组的密码子使用偏性分析

以3种竹亚科植物的叶绿体基因组编码基因为研究对象,分析基因的密码子偏性形成的主要因素。结果显示:3种竹子具有相似的密码子使用模式,均偏爱以A或T结尾的密码子。奇偶偏好性分析进一步证实密码子第3位T的出现频率高于A。通过中性分析发现,GC12与GC3并无显著相关性。奇偶偏好分析表明,4种碱基不成比例分布在密码子第3位上(CT>AG),说明选择压力可能起到重要作用。基于同义密码子的相对使用度(RSCU)的对应分析中,第1主向量轴仅解释了约10%的变异; 3种竹子的轴2一致地与CAI呈显著负相关(P<0.05);轴4与ENC、GC3呈极显著相关(P<0.05)。综合以上结果,竹亚科叶绿体基因密码子的使用偏性是由自然选择和碱基组成共同作用形成,选择压力起主要作用。     

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。     

香蕉基因组密码子使用偏好性分析

[目的]分析香蕉基因组的密码子组成及使用偏好性,探讨影响密码子偏好性形成的主要因素,为提高香蕉外源基因的表达水平及转基因抗病育种提供参考.[方法]以香蕉基因组的36242条高置信蛋白编码基因CDS序列为研究对象,运用CodonW 1.4.4统计分析香蕉基因组的密码子组成及使用参数,确定最优密码子,并分析密码子使用参数间相关性.[结果]从香蕉基因组数据中筛选获得36242个高置信蛋白编码基因CDS序列,平均长度为1035 bp,GC含量为3.0%~75.8%,其中低于20.0%的仅13个序列,全基因组中GC总含量为50.4%;同义密码子第3位出现G或C的频率为52.9%,比出现A或T的频率高.香蕉基因组的有效密码子数(ENC)介于20.0~61.0,平均为50.7;共有17个最优密码子,其中有15个密码子的第3位是G或C;基因编码区的长度和ENC存在正相关,随着基因编码区长度的增加,对以G或C结尾的密码子使用偏好性逐渐降低,且编码区长度为400~600 bp的基因具有较高的基因表达水平.[结论]香蕉基因组中多数基因的密码子使用偏好性较弱,但少部分基因具有强偏好性,偏好使用以G或C结尾的密码子,且偏好性受核苷酸组成、基因突变及自然选择等因素的影响.     

拟南芥POT基因密码子使用特性分析

运用CodonW程序对拟南芥(Arabidopsis thaliana)POT基因密码子组成、同义密码子使用频率和全长编码区密码子进行分析.结果表明,拟南芥POT基因密码子适应指数(CAI)与同义密码子第三位碱基含量(C3s)、密码子偏爱指数(CBI)均呈显著正相关(P＜0.05),与最优密码子使用频率(FOP)呈极显著正相关(P＜0.01).有效密码子数(ENC)与同义密码子第三位碱基含量(C3s)呈显著正相关(P＜0.05),与GC3s呈极显著正相关(P＜0.01),与同义密码子第三位碱基含量(T3s)呈极显著负相关(P＜0.01).拟南芥POT基因密码子使用相对概率(RSCU)＞1的密码子多以碱基A或T结尾.     

栀子叶绿体基因组密码子偏好性分析

分析栀子叶绿体基因组密码子的偏好性并探讨其主要影响因素,为栀子叶绿体基因组研究及其遗传改良提供参考依据。利用Codon W1.4.2、CUSP和SPSS 20.0软件统计和计算密码子的碱基含量,分析密码子使用模式。结果表明：栀子叶绿体基因组密码子第3位GC含量(GC3)为28.44%,低于第1(GC1)、2位GC含量(GC2),GC1和GC2分别为47.33%、39.56%;有效密码子数(ENC)为36.78～56.95,平均值为47.42;ENC与GC1、GC2之间的相关性均不显著,与GC3之间呈极显著正相关,相关系数为0.356;GC1和GC2的平均值(GC12)与GC3之间的相关性不显著,相关系数为0.102;45.45%基因的ENC比值频数为0.0～0.1;结合高频及高表达密码子分析结果,最终确定UUU、UUA、UUG等19个密码子为栀子叶绿体基因组的最优密码子。综合分析显示,栀子叶绿体基因组密码子末位碱基偏好以A或U结尾,偏好性弱,其密码子偏好性主要受自然环境选择和突变因素的影响,是多因素共同作用的结果。     

菜蝽线粒体基因组密码子偏好性分析

目前,大量昆虫线粒体基因组已被测出,关于昆虫线粒体基因组密码子偏好性的研究也逐渐展开。通过对菜蝽线粒体基因组中的蛋白编码基因组密码子偏好性进行分析,旨在为研究该类群的进化提供相应的理论依据。采用Codon W、CAIcal统计了13条蛋白编码基因序列密码子各位点的GC含量和有效密码子数(ENC);采用MEGA计算同义密码子使用频率(RSCU);利用中性绘图和ENC绘图分析密码子偏好性成因。结果显示,密码子第3位的GC含量明显小于第1、2位,且偏好使用第3位为A/U结尾的密码子;中性绘图和ENC绘图分析结果表明,选择压力是影响菜蝽线粒体蛋白编码基因组密码子偏好性的主要原因。     

杜鹃叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

为了确定杜鹃(Rhododendron simsii)叶绿体基因组密码子的使用模式,为杜鹃花科叶绿体基因组学研究提供参考依据,绘制了杜鹃叶绿体基因组图谱,对三大功能基因进行分类,统计各蛋白编码基因密码子的3位碱基的GC含量、有效密码子数、同义密码子相对使用度,开展中性绘图分析和PR2-plot等分析,并系统分析影响杜鹃密码子偏好性的各种因素,从而筛选出了最优密码子。结果显示,杜鹃叶绿体基因组全长206 912 bp,大单拷贝区为110 234 bp,小单拷贝区为2 606 bp,反向重复区为47 036 bp。蛋白编码序列GC含量为36%,密码子第3位偏好使用A/U,ENC值范围为37.48～57.13,说明其密码子使用偏好性较弱;中性绘图分析显示GC₁₂和GC₃的相关系数为0.255,拟合的回归系数为0.345;PR2-plot分析显示G>C,T>A;有30个密码子的RSCU值大于1,以U或A结尾的有29个,影响其密码子使用偏好性的最主要为自然选择压力;最终鉴定出最优密码子8个,分别为GCA、GAU、UUG、CCA、CGU、UC...