菠萝密码子使用偏好性分析

【目的】分析菠萝[Ananas comosus(L.)Merr.]基因组中编码CDS的密码子使用偏好性,为了解菠萝的密码子偏好性规律和进行分子改造提供理论基础,促进植物密码子的生物学研究。【方法】以菠萝基因组测序获得的30 663条编码CDS为数据来源,应用编写的perl脚本、CUSP和SPSS软件对序列进行密码子偏好性、双联密码子以及多元统计分析。【结果】菠萝基因组数据中的编码CDS的GC平均含量为52.09%,密码子中第3位核苷酸的GC平均含量(GC3S)为55.41%,有效密码子数(ENC)取值为58.41,绝大部分的ENC值都大于35。另外,确定了34种高频密码子(RSCU值大于1),其中仅有8个以AT碱基结尾,25个以CG碱基结尾;同时确定了31种高优越表达密码子。结合以上结果,最后筛选出13种最优密码子。通过与17种植物的GC3S和密码子使用频率进行比较,发现双子叶植物与单子叶植物的GC3S和密码子使用频率存在较大差异,而菠萝较其他单子叶植物与双子叶植物更接近。【结论】从不同基因、基因内不同位置以及不同植物3个层面对菠萝密码子的偏好性进行分析,筛选出13种菠萝最优密码子。该研究有助于更好地了解菠萝密码子偏好性规律,促进植物密码子生物学研究及基因组数据在非模式植物中的潜在应用。     

韭(Allium tuberosum)叶绿体基因组及其特征分析

以韭(Alliumtuberosum)叶绿体基因组为研究对象，利用Illumina NovaSep高通量测序技术对韭叶绿体基因组进行测序，研究了韭叶绿体基因组结构、密码子偏好性、简单重复序列、叶绿体基因组的比较和系统发育，以期为韭分子标记开发、种质资源鉴定和开发利用提供参考依据。结果表明：韭叶绿体基因组全长154 056 bp,共注释133个基因，包括tRNA 38个，rRNA 8个，蛋白编码基因87个；韭cpDNA密码子偏爱以A或U结尾，Leu使用频率最高，Cys使用频率最低；在叶绿体基因组中共检测250个SSR位点，其中单核苷酸重复数量最多(164个),六核苷酸重复最少(1个);基因组IR边界未出现明显的扩张和收缩；系统发育分析显示，野韭和韭亲缘关系最近。     

马铃薯‘合作88’自交分离群体叶绿体基因组遗传组成分析

为了从基因组水平解析马铃薯品种‘合作88’(Solanum tuberosum‘Cooperation 88’)叶绿体基因组多态性和遗传多样性,了解其自交分离群体叶绿体基因组遗传组成和变异,通过对‘合作88’及其30个自交分离群体材料的叶绿体基因组测序组装,并与其他11个茄科物种、拟南芥和水稻的叶绿体基因组序列进行比较分析。结果表明,‘合作88’叶绿体基因组为典型环状结构,长度为160 323 bp,GC含量为38.6%,共注释29个tRNA基因和77个蛋白质编码基因。30个自交后代叶绿体基因组大小在160 331～162 120 bp之间,注释预测基因数95～106个,GC含量36.7%～38.6%。进一步分析表明,‘合作88’和其30个自交后代叶绿体类型均为W型,未呈现出多态性。‘合作88’和其自交后代均偏好使用以A/U结尾的密码子,子代叶绿体基因组密码子4种碱基使用频率不同,推断其相对同义密码子使用度、有效密码子数和高频密码子数的差异为叶绿体基因组随机突变和翻译自然选择所导致。此外,16个正向重复序列中有12个存在于‘合作88’及所有自交后代中,另有4个为子代中新出现的。UPGM...     

灵芝科真菌的全基因组特征分析

为解析灵芝科真菌的全基因组结构和功能，研究采用MISA、Codon W软件对赤芝、紫芝、松杉灵芝、重伞灵芝、狭长孢灵芝、Ganoderma sp. BRIUMSc、白肉灵芝、南方灵芝等8个真菌全基因组的重复序列、SSR位点和密码子偏好性进行了生物信息学分析。通过8种灵芝科真菌基因组两两比对，发现SSR数量与基因组大小无显著相关性，SSR类型都以短重复类型（单核苷酸至三核苷酸）为主，SSR位点在基因组中的密度不一。灵芝科真菌的全基因组序列的密码子偏好性分析表明，灵芝科真菌倾向于使用GC丰富的密码子以及使用G/C结尾的密码子。与毕赤酵母相比，8个灵芝科真菌基因密码子使用模式更接近于酿酒酵母和大肠杆菌，它们可能更适合与灵芝科真菌互为基因异源表达宿主。     

普通羊肚菌密码子偏好性分析

采用CodonW1.4.2软件和CUSP程序,以普通羊肚菌(Morchella conica)全基因组蛋白质编码序列(coding sequence,CDS)为对象,解析了该菌的有效密码子数(effective number of codon,ENC)、密码子3个位点的 GC含量、相对同义密码子使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)和高表达优越密码子。结果表明：普通羊肚菌全基因组密码子第2位密码子的 GC含量明显低于第1位和第3位,第3位密码子与第1位含量差异不大,分别为57.8%和56.8%,RSCU 值大于等于1的密码子总共35个,其中以 G 或 C 结尾的25个,占71.4%,确定了25个高表达优越密码子。     

龙眼生长素受体基因TIR1密码子偏好性分析

为了解龙眼生长素受体基因TIR1密码子的使用特性,采用CodonW、SPSS软件及EMBOSS在线程序分析龙眼TIR1密码子的偏好性,并分别与龙眼基因组、其他29个物种TIR1以及模式生物基因组进行比较。结果显示,龙眼TIR1与龙眼基因组的密码子选择偏性较弱且较偏好以A/T结尾,而物种间TIR1密码子选择偏性则存在一定差异;进化树分析表明,基于TIR1编码序列聚类结果比密码子使用偏性分类结果能更准确地反映物种间的亲缘关系;密码子使用频率比较结果发现,酵母真核表达系统更适用于龙眼TIR1异源表达试验,而龙眼TIR1与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小,尤其烟草和番茄可能为该基因转基因研究最为理想的受体。     

蒙古扁桃叶绿体遗传特征分析

以古老孑遗植物蒙古扁桃为试材,基于Illumina HiSeq X^Ten平台测序,采用生物信息学分析方法,研究了蒙古扁桃叶绿体基因组特征和系统发育情况,以期为蒙古扁桃和近缘种物种鉴定、系统发育地位以及早春观赏植物和西北荒漠草地植物的育种培育提供参考依据。结果表明：蒙古扁桃叶绿体基因组为四分体式结构。其蛋白编码基因共编码26 428个密码子,有29种是偏好密码子。密码子UUU数目最多,达1 034个;密码子GCG数目最少,为137个。编码亮氨酸的密码子数目最多(2 637个),占总量的9.98%;编码色氨酸的密码子数目最少(531个)仅占到1.94%。根据设置参数,发现蒙古扁桃叶绿体基因组中串联重复有16个,SSR位点有31个。SSR大多位于基因间区IGS和LSC区域。SSR中未检测到三核苷酸重复。基于叶绿体全基因组序列数据发现蒙古扁桃与桃亚属的桃和甘肃桃亲缘关系较近。     

茶树抗寒调控转录因子 ICE1 密码子偏性分析

 运用CHIPS、CUSP 和CodonW 软件程序分析自主克隆的茶树（Camellia sinensis）ICE1（GenBank 登录号JX029153）的密码子的偏性，并与茶树基因组及萝卜等7 种植物的ICE1 密码子偏性进行比较。结果表明，茶树ICE1 偏好于以A/T 结尾的密码子；与茶树基因组密码子偏性相比，发现只有6 种氨基酸密码子偏性完全一致。进一步研究发现ICE1 的碱基组成在单子叶植株大麦与7 种双子叶植物分化后发生了较大的变化。在聚类分析中，基于基因CDS 序列的聚类不能正确反映物种间的进化关系，而基于密码子偏性参数相对密码子使用度（RSCU）的聚类更适合作为系统发育分析的参考。与3 种外源受体密码子使用频率比较发现，与大肠杆菌基因组密码子使用频率差值较大的有25 个，与酵母基因组差值较大的有15 个，与拟南芥基因组差值较大的有10 个，这预示着ICE1 在拟南芥中的表达效率最高，若要在其他外源受体中进行高效表达，尚需对其密码子进行优化。     

辣椒PPO基因家族密码子偏好性分析

以辣椒多酚氧化酶家族(PPOs)为研究对象,利用CUSP、CHIPS及CodonW 1.4.4等软件对辣椒PPO基因9个密码子进行分析,研究了辣椒PPOs密码子偏好性特征,以期为辣椒PPO基因家族密码使用模式和分子进化及功能提供参考依据。结果表明：辣椒PPO家族基因偏好性较弱,偏好以A或U(T)结尾的密码子,其中存在28个高频密码子(RSCU>1),4个偏好性较强密码子(RSCU>1.6)和1个偏好性最强密码子(RSCU>2)。聚类结果显示,基于CDS序列聚类效果更好;CaPPO1单独聚为一类,其余8个基因较为接近。相关性分析表明PPO家族基因密码子的偏好性主要影响因素是密码子第3位碱基GC含量(GC3s)。此外,GC、C3s也存在一定的影响。ENC图、中性绘图结果表明自然选择对PPO家族基因密码子偏好性的影响更大。     

草莓DHAR基因密码子偏好性分析

以草莓为试材,运用CHIPS、CUSP和CodonW程序分析了草莓DHAR基因的密码子偏好性,并与大肠杆菌和酵母的基因组密码子偏好性及7种植物的DHAR基因密码子偏好性进行了比较,同时基于DHAR基因的密码子使用偏好性进行了系统聚类分析,以期在作物遗传改良中为草莓DHAR基因选择合适的遗传转化受体及进行基因优化提供依据。结果表明:草莓DHAR基因更适合导入苹果等双子叶植物中,若要提高草莓DHAR基因在大肠杆菌或酵母中的表达水平,还需进行密码子的优化。     

柑橘密码子用法分析

采用高频密码子分析法,对柑橘的177个蛋白质编码基因序列(codingDNAsequence,CDS)进行了分析,计算出同义密码子相对使用频率(relativefrequencyofsynonymouscodon,RFSC),确定了TAA、GCT、GAT、CTT、AGG、AGA和GTT等7个高频密码子。将柑橘的密码子使用频率与人、果蝇、酵母和大肠杆菌等不同种类模式生物比较后发现,柑橘密码子的偏爱性与不同种类生物有不同程度的差异;但将柑橘的密码子使用频率与拟南芥、番茄、水稻和尖叶蕉等不同种类的植物相比,发现柑橘密码子的偏爱性与同为双子叶植物的拟南芥、番茄完全一样,而与水稻、尖叶蕉这2种单子叶植物均有较大的差异。分析结果对动物或微生物的基因在柑橘中的表达或柑橘基因在微生物中的表达以及基因克隆时设计引物具有一定指导意义。     

运用基因枪法进行蛹虫草遗传转化的研究

采用蛹虫草[Cordyceps militaris（L.）Link]野生型菌株CM01为供试材料,以金粉包裹质粒pDHt-gpdA-GFP-bar,运用基因枪法转化,经草铵膦抗性筛选,最终在靶距离6 cm或9 cm,氦气压力7.58 × 106 Pa或8.96 × 106 Pa条件下,获得2个遗传稳定的转化子Gfp2与Gfp3,转化效率为0.4 cfu ? μg-1。PCR鉴定与Southern杂交分析显示,草铵膦抗性基因Bar已经以单拷贝或者多拷贝方式整合到蛹虫草转化子的基因组中。蛹虫草转化子的菌丝在荧光显微镜下可以观测到绿色荧光,表明载体携带的绿色荧光蛋白基因在蛹虫草转化子中得到表达。研究结果表明可以把基因枪法应用于真菌蛹虫草,建立了一种简便有效的遗传转化方法,而转化效率需要通过优化基因枪参数设置、受体材料制备等途径进一步提高。     

香菇L808细胞核与线粒体基因组注释分析

对香菇品种L808细胞核与线粒体基因组进行注释分析,结果表明,L808核基因组中含有29.48%的重复序列,以长末端逆转录重复序列（LTRs）为主,其中Gypsy超家族占到基因组的19.07%,Copia超家族仅占2.22%。经结构预测,核基因组中有11 490个编码基因,转录本平均长度1 854.69 bp,基因编码区平均长度1 418.70bp,基因外显子平均为6.19个,基因内含子平均为84.02个。共有11 227个基因得到具体注释,其中碳水化合物活性酶相关基因共660个。L808线粒体基因组全长121 411 bp,编码44个基因,包括18个蛋白质编码基因,1个核糖体基因和26个转运RNA基因,其中cox1、cox3、nad1、nad5、cob等5个基因中存在内含子。     

结球甘蓝核基因组密码子使用偏爱性分析

 根据甘蓝测序结果，利用CodonW软件对结球甘蓝的48 000个蛋白质编码基因序列进行了分析，计算出同义密码子相对使用频率，确定了TCT、CCT、AGA、GTT、GCT、GAT等6个高频密码子。将甘蓝与大肠杆菌、拟南芥、棉花、水稻的密码子使用频率进行了比较，发现甘蓝密码子使用偏爱性与同为双子叶植物的拟南芥、棉花基本一致，而与大肠杆菌及单子叶植物水稻均具有较大差异。以甘蓝密码子用法分析结果为依据，对Bt cry1C抗虫基因进行了密码子的改造，得到了具有甘蓝密码子使用特点的cry1C基因序列，为甘蓝的转基因研究奠定了分子基础。     

交配型基因作为分子标记鉴定蛹虫草退化菌株的核相初步研究

根据蛹虫草(Cordyceps militaris)交配型基因的序列设计3对特异性引物,对收集到的14株蛹虫草正常菌株和退化菌种进行PCR鉴定.结果表明,3株正常菌株含有MAT-HMG和MAT-alpha两类交配型基因,判定为异核体;11株退化菌株仅仅含有MAT-HMG或者MAT-alpha交配型基因,判定为同核体.笔者推测,蛹虫草发生不形成子实体的菌种退化的原因之一是核相发生了改变,即异核体变成了同核体.     

枣类甜蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

【目的】从枣全基因组中鉴定类甜蛋白(thaumatin like protein,TLP)基因,为枣TLP基因的功能研究与利用提供参考。【方法】通过生物信息学方法从枣基因组数据库中鉴定TLP基因家族成员,并对基因结构、进化、启动子区顺式作用元件和密码子使用性等进行分析。【结果】共鉴定到34个枣TLP基因,位于9条染色体上,分为4种结构类型,基因结构相对较简单;系统发育进化分析归为9个聚类组,其中聚类组5和聚类组6中的成员最多;基因启动子区发现多个与增强基因表达、激素响应和胁迫响应相关的元件;基因密码子使用偏性弱,基因进化主要受碱基突变的影响。【结论】枣基因组中含有34个TLP基因家族成员,数量相对偏少;在植物生长、果实发育和抵御胁迫过程中发挥作用;进化过程中主要受突变选择压力影响。该研究为TLP基因家族的功能分析和遗传育种应用提供了参考和借鉴。     

石榴转录组密码子使用偏向性

对石榴(Punica granatum)转录组数据进行从头组装,预测完整CDS序列的密码子使用偏向性;将石榴转录谱与其他8种蔷薇分支物种基因组编码序列进行同义密码子相对使用度(RSCU)比较,并对石榴WRKY和MYB家族基因进行亚家族进化分析和RSCU比较。结果表明:(1)石榴转录组主要受自然选择压影响。密码子偏向性极强的基因多为细胞相关功能基因;没有密码子使用偏向性的基因多与维持生命活动本质相关。(2)基因差异高表达影响RSCU,CpG二核苷酸富集影响密码子适应性。(3)物种间亲缘关系越近,RSCU值越相似。对蔷薇分支物种密码子进行RSCU比较,石榴与巨桉(Eucalyptus grandis)偏向性基本一致。(4)亚家族功能分化影响密码子偏向性。石榴WRKY亚家族1、4和13在翻译精氨酸、亮氨酸时分别偏向使用AGG、CUC,这与其不断进化的抗逆功能相关。石榴MYB亚家族8在翻译苏氨酸时偏向选择ACA,这与其扩张中的木质化功能相关。     

蛹虫草液体发酵过程中虫草素含量的分析

以2个蛹虫草菌株2014072503-1和2014072301-1为试材,采用高效液相色谱(HPLC)法,分析蛹虫草40d液体发酵过程中其发酵液中的虫草素产量,研究了蛹虫草发酵时间对虫草素产量的影响,旨在确定虫草素开始产生、产量迅速升高、产量最高的3个关键时间点,为下一步对以上时间节点的菌丝样品进行转录组测序分析,进而挖掘与虫草素产量密切相关的候选基因奠定基础。结果表明:2个蛹虫草菌株发酵过程中产虫草素的起始时间点为发酵后3d,迅速升高的时间点是12d,虫草素产量最高的时间点2014072503-1号菌株为发酵后37d,而2014072301-1号菌株为发酵后34d。2014072301-1号菌株发酵产生的虫草素含量高(382.43μg·mL~(-1)),时间短(34d),更适于作为生产虫草素的菌株。     

杜仲转录组基因密码子使用偏好性分析

以杜仲转录组数据为试材,采用CodonW和SPSS软件相结合的方法,研究了杜仲基因密码子组成和长度对基因表达量的影响,以期为将来改造外源基因及利用基因工程技术改良杜仲提供理论基础。结果表明:杜仲转录组中基因的表达量与G3s、C3s、G+C和GC3s含量均呈极显著正相关(P0.01),与A3s含量、T3s含量、单条基因总密码子数(L_aa)和有效密码子数ENC均呈极显著负相关(P0.01),与Aro含量呈显著负相关(P0.05),表明高表达基因的密码子使用偏好性较强,且偏好于使用以G/C结尾的密码子;ENC与C3s、G3s、G+C和GC3含量均呈极显著负相关(P0.01),与A3s、T3s、Aro含量呈极显著正相关(P0.01);确定了15个杜仲最优密码子,分别为AAC、AAG、ACC、AGG、AUC、CAC、CAG、CCG、CUC、CUG、GCC、GGC、GUC、UAC和UCC。果实和叶片特异表达基因在氨基酸Leu、Ile、Ser、Pro、Thr、Asn、Glu和Cys密码子的使用上存在差异。     

蛹虫草固体发酵生产虫草素的条件优化

用直径6 cm,高10 cm聚乙烯培养罐固体发酵蛹虫草(Cordyceps militaris),以固体发酵产物中虫草素含量为指标,从16个蛹虫草菌株中筛选出虫草素含量最高的菌株,考察固体发酵该菌株的培养基组成、培养时间、培养基装量、料液比、培养温度、接种量和添加物对虫草素含量的影响,得到了有利于蛹虫草固体发酵产虫草素的培养条件:培养罐装20 g小麦,按小麦干重6％的量分别加入玉米粉和黄豆粉,按料液比1∶1.4(w∶v,以小麦干重为基准)加入营养液(g/L:2.0 K2HPO4·3H2O,0.5 MgSO4·7H2O,16甘氨酸),培养温度为26℃,时间46 d,接种量10％.