谷子类甜蛋白基因家族的鉴定与密码子偏性分析

类甜蛋白在植物的生长发育和抵御胁迫过程中发挥作用。利用生物信息学方法对谷子类甜蛋白家族基因组成、结构、启动子顺式作用元件、密码子使用偏性等进行分析。结果表明,谷子类甜蛋白家族包含43个成员,分布在9条染色体上,分为3种基因结构类型,其中16个成员仅包含1个外显子,14个包含3个外显子成员的内含子相位均为1-2型。根据系统发育分析归为12个聚类组,聚类组5中的基因主要来自Ⅲ号染色体,聚类组6中的基因主要来自Ⅰ号染色体,其内含子相位多为1-2型,这些基因可能来自同一祖先基因,与进化过程中的染色体重组事件有关。88.4%的基因参与应激反应,多个基因启动子区含有激素和胁迫响应元件,说明该家族基因在植物抵御胁迫过程中发挥作用。多数基因有效密码子数(ENC)较小,密码子的第3位的G+C含量(GC3s)值分布集中,包含10个最优密码子,均以G或C结尾,表明谷子类甜蛋白家族基因密码子使用偏性强,基因表达潜力高,进化过程中主要受自然选择压力影响。     

桑树类甜蛋白家族鉴定与生物信息学分析

为了全面分析桑树类甜蛋白家族基因特征,从桑树全基因组中鉴定类甜蛋白家族(Thaumatin-like protein,TLP)基因,并对基因结构和组成、蛋白质结构域和系统进化以及密码子使用特性进行分析。通过研究,筛选并鉴定了25个桑树TLP家族成员。多数具有典型的索马甜家族标签和保守氨基酸残基。基因结构分析结果表明,12个TLP基因家族成员含有1个内含子,10个成员含有2个内含子,且内含子相位较保守。系统进化分析结果显示,桑树TLP分为8个聚类组,组内序列一致性较高。密码子偏性分析结果显示,桑树TLP家族基因密码子第3位的核苷酸使用偏性较弱,多数基因的进化主要是由碱基随机突变造成的,属于低表达基因,少数基因受自然选择压力影响,基因表达水平较高,在植物响应环境胁迫中发挥作用。     

13种植物actin基因的密码子使用特性分析

[目的]分析13种植物actin基因的密码子组成、密码子偏性及聚类关系,了解其密码子使用模式及影响密码子使用的因素,为深入研究分子进化及物种进化提供参考.[方法]运用CodonW 1.4.4软件分析13种植物的肌动蛋白基因(actin)密码子组成及使用参数,并对影响密码子偏性的因素进行研究.应用MEGA 4.1对13条基因的CDS序列进行聚类分析,采用SPSS 20.0进行密码子偏性的聚类分析.[结果]双子叶植物中actin基因的GC含量为45.0%~51.2%、GC3s含量为36.3%~53.8%,单子叶植物中GC含量为53.0%~58.3%、GC3s含量为60.9%~75.8%;actin基因在单子叶植物中偏爱G/C结尾的密码子,双子叶植物中偏爱A/T结尾的密码子.GC和GC3s与有效密码子数(ENC)呈极显著负相关(P<0.01),相关系数均为-0.906.ENC绘图分析结果表明,actin基因密码子偏性同时受突变和选择压力影响,单子叶植物受选择压力影响的程度大于双子叶植物.基于actin基因密码子偏性的聚类将单子叶植物高粱、玉米聚为一类,水稻、大麦、竹聚为一类,8种双子叶植物聚为一类.[结论]actin基因密码子偏性与碱基组成密切相关,其密码子偏性在单、双子叶植物间存在差异,依据密码子偏性的聚类能在一定程度上反映物种间的亲缘关系.     

猪Claudin家族基因密码子使用偏好性分析

猪流行性腹泻病毒(PEDV)可通过感染猪肠道上皮细胞引起仔猪腹泻。紧密连接蛋白是肠道黏膜屏障的重要组成部分,而Claudin家族作为重要的紧密连接蛋白之一,是组成肠道黏膜屏障完整性、决定肠道通透性的重要蛋白分子。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Claudin家族基因密码子使用模式,本研究对Claudin家族22个基因编码序列进行分析,利用CodonW和在线网站EMBOSS Explore计算核苷酸组成、相对同义密码子使用度(RSCU)和密码子使用偏性参数,同时分析了Claudin家族基因密码子使用偏好性的影响因素。结果表明:Claudin家族基因主要偏好以G/C结尾的密码子;RSCU值分析发现,11个密码子CUG、AUC、GUG、UCC、CCC、ACC、GCC、CAG、CGC、CGG、GGC偏好性较强,为优势密码子;聚类结果显示,Claudin-3和Claudin-4较为接近,Claudin-10和Claudin-11较为接近;此外,Claudin家族基因密码子偏好性主要受到突变压力影响。分析Claudin家族基因密码子使用模式,旨在揭示这些基因之间的遗传和进化关系,为今后从密码子优化途径提高外源基因的表达水平提供一定的理论依据。     

不同植物CHI基因密码子使用特性及其影响因素分析

查耳酮异构酶(CHI)是类黄酮生物合成早期阶段的一个关键酶,在种皮发育和颜色形成过程中具有重要的调控作用,利用生物信息学软件分析22种植物CHI基因的密码子使用偏好性特点及其影响因素。结果表明:单子叶植物CHI基因偏好以碱基G/C结尾,而双子叶植物对碱基G/C和A/U结尾的偏好程度相似,双子叶植物具有较高的ENC值和较低的Fop值,表明双子叶植物CHI基因具有较弱的密码子偏好性; RSCU值聚类分析显示,AGG、AGA可能为植物CHI基因最优密码子;影响因素分析表明,不同植物CHI基因密码子不同位置的碱基组成差异程度较大,其偏好性主要受自然选择作用中的碱基组成(GC3s、GC12)影响较大,氨基酸平均亲水性(Gravy)对密码子使用偏好也有一定的影响;系统进化显示,大部分亲缘关系较近的物种密码子使用偏性也较相似,但某些传统分类上相似的物种存在一定的差异。     

大豆GmRAV基因的密码子偏好性分析

运用CUSP和CodonW程序分析大豆GmRAV基因的密码子偏好性,并与其他11种植物的RAV基因密码子偏好性进行比较,以期为该基因在作物遗传改良中选择合适的受体植物提供参考.结果表明,大豆GmRAV基因偏好于以C或G结尾的密码子,基于RAV基因的密码子使用偏性的系统聚类分析表明,大豆等共9种双子叶植物聚为一类,玉米、高粱和水稻这3种单子叶植物聚为一类,预示大豆GmRAV基因更适合导入双子叶植物     

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.     

桑树WRKY转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

[目的]明确桑树基因组中WRKY转录因子家族结构及其功能特征,为进一步揭示WRKY转录因子家族生物学功能提供科学依据.[方法]利用生物信息学方法对桑树WRKY转录因子的数目、类型、结构、系统进化关系、保守结构域和密码子使用偏性等进行全面分析.[结果]基于桑树全基因组蛋白数据库,共鉴定出55个桑树WRKY转录因子家族基因,占桑树基因总数(29261)的1.88%.桑树WRKY转录因子存在6种内含子数量类型及15种内含子相位类型,其中27个基因含有2个内含子,25个基因的相位类型为2-2型.保守结构域系统进化分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ),Ⅰ类可分为ⅠN和ⅠC两个亚组,Ⅱ类根据聚类情况又可分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe等5个亚组.桑树WRKY转录因子蛋白保守结构域分析发现有五类Motif的保守性较强,桑树WRKY转录因子蛋白中均包含C端Motif l,Ⅰ类蛋白同时含有N端Motif 3.桑树WRKY转录因子家族基因启动子区富含PBF(C2H2锌指因子)和AHL(拟南芥hook因子)元件.密码子使用偏性分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族基因的有效密码子数(ENC)介于48.00~60.00,密码子第3位GC含量(GC3s)介于0.330~0.722,平均亲水性值(Gravy)均为负值;同义密码子相对使用度(RSCU)>1.000的密码子有29个,且以A(6个)或T(11个)结尾较G(4个)或C(8个)结尾的略多.[结论]桑树WRKY转录因子家族包含55个成员,内含子相位类型一致的同组成员可能来源于同一祖先基因,且与基因复制和基因组重排有关;蛋白序列高度保守,在植物抵御环境胁迫过程中发挥作用;基因密码子使用偏性较弱,主要受碱基突变选择压力影响.     

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。     

茶树CsNRT1.1基因密码子使用特性分析

运用CUSP、Condow等程序对茶树CsNRT1.1基因、茶树基因组及不同物种NRT1.1基因进行密码子使用特性分析,并比较了CsNRT1.1基因与不同模式物种密码子使用偏好性差异。结果显示,茶树CsNRT1.1基因编码区偏好使用A/U,密码子结尾偏好使用G/C,RSCU值1的偏好性密码子有26个,其中偏好性较强的只有AGG(RSCU2),并偏好以G/C结尾;CsNRT1.1基因和茶树基因组中密码子偏好性存在差异,共计25个密码子使用偏好性存在明显差异,5个氨基酸密码子偏好性完全一致;CsNRT1.1等少数NRT1.1基因的ENc值较高,CAI、CBI值较低,说明其密码子使用偏好性较低,同时基因表达水平可能较低;CsNRT1.1基因与双子叶植物拟南芥、烟草及酵母菌密码子偏好性差异较小;对NRT1.1基因基于编码基因序列(CDS)组成和基于密码子偏性的聚类分析结果存在一定差异,但在一定程度上都能反映物种间的亲缘关系。     

5种柏科植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

【目的】通过叶绿体基因组密码子偏好性,分析5种柏科植物(秃杉、水杉、杉木、福建柏、日本柳杉)的亲缘关系,筛选出与秃杉亲缘相近者作为异种砧木,为秃杉无性繁殖与规模化生产提供理论参考。【方法】通过NCBI下载并筛选5种柏科植物的蛋白编码序列,使用CUSP、CodonW、SPSS、MAFFT等软件分析密码子偏好性形成模式,并构建聚类树和系统发育树。【结果】5种柏科植物叶绿体密码子的A/T碱基均较多,且第3位以A/T结尾为主;有效密码子数基本高于35,密码子使用偏好性总体较弱;由中性绘图分析、ENC-plot分析、PR2-plot分析可得,密码子偏好性的形成同时受自然选择、碱基突变等多种因素影响,且自然选择是主导因素;通过相对同义密码子分析和最优密码子分析确定AAA、CCA、GCU同时为秃杉、水杉、杉木与福建柏的最优密码子,无以G/C结尾的密码子;秃杉与水杉、杉木、福建柏、日本柳杉共有的最优密码子分别为9、7、11、7个,数量上差异较小;基于相对同义密码子使用度与基于蛋白编码序列构建的进化树结构相似,基于全序列和蛋白编码序列构建的系统进化树均显示秃杉与杉木的亲缘关系最为接近。【结论】叶绿体基因...     

7种睡莲属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

以7种睡莲属植物叶绿体基因组为研究对象,分析其叶绿体基因组的密码子使用偏好性,探讨影响其密码子偏好性形成的主要因素。结果表明,7种睡莲叶绿体密码子使用偏好性相似,基因组序列富含A/T碱基,密码子第3位碱基以A/T结尾为主;有效密码子数（ENc）分别为40.14~61.00、40.14~61.00、40.55~57.61、39.77~57.61、39.55~57.30、39.56~61.00和40.10~61.00,均明显大于35,表明其密码子使用偏好性较弱。ENc-plot、PR2-plot和中性绘图分析表明,它们的叶绿体密码子偏好性形成受自然选择、碱基突变等多种因素共同影响,其中自然选择起主导作用。通过同义密码子RSCU值分析,发现以A/T结尾的高频密码子27个,以G/C结尾的低频密码子26个,进一步依据密码子RSCU和△RSCU值,最终确定出4个最优密码子。此外,基于7种睡莲叶绿体基因组密码子使用偏好特征RSCU值、CDS序列及其全基因组序列分别构建系统进化树,分析发现3种方法构建的物种间进化关系相似,均划分为2大分支,其中Nymphaea alba var.rubra、Nymphaea alba、Nymphaea ampla、Nymphaea capensis、Nymphaea jamesoniana和Nymphaea lotus划归第1分支,Nymphaea mexicana单独形成第2分支。研究结果进一步支持了物种内遗传关系与密码子使用偏好性之间存在一定关系。     

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。     

云南蓝果树叶绿体基因组密码子偏好性分析

以云南蓝果树叶绿体基因组为研究对象，采用Codon W 1.4.2等软件，通过分析云南蓝果树叶绿体基因组52个基因密码子的偏好性，探究影响密码子使用偏性形成的主要因素。结果表明:1) Codon W和CUSP软件分析显示密码子第3位碱基GC含量为28.40%，ENC值>45的基因有39个，说明密码子偏好以AT结尾，且存在较弱偏性。2)中性绘图分析显示，GC₁₂与GC₃的相关系数为0.161 2，相关性不显著，说明密码子第1、第2位与第3位碱基组成存在显著差异。3) ENC绘图结合ENC比值频率表显示，大部分基因距离标准曲线较远，说明密码子偏好性主要受选择的影响。4) PR2-plot分析显示密码子第3位碱基使用频率方面，T>A，G>C，说明密码子偏好性受多重因素影响。5) 确定UUG、UCA、GCU、AAU、GAU和GGA为最优密码子。综上所述，云南蓝果树叶绿体基因组密码子的使用主要受选择的影响，受其他如突变等因素的影响较弱。     

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。     

绵羊BMPR-IB基因密码子使用偏好和适应性进化分析

探讨BMPR-IB编码特点可为提高外源基因在受体物种中稳定、高效表达提供重要依据。本研究运用CHIPS、CUPS和CodonW分析绵羊BMPR-IB基因序列,与不同物种BMPR-IB、模式生物基因组及其他多胎主效基因比较,构建进化树后,利用PAML分析BMPR-IB对环境的适应性。结果表明:绵羊BMPR-IB基因与多胎性状相关的主效基因及除人类、倭黑猩猩和家犬外的不同物种CDS序列中大部分偏好使用G/C结尾密码子,对17种密码子具有偏好性,偏好性较强的密码子为GTG(2.02);绵羊多胎性状相关的BMP-15、GDF-9主效基因,对27种密码子具有偏好性,使用频率最高的为TGT(2.79)。密码子偏好性的聚类结果类似于进化结果,且不同物种的BMPR-IB基因中性选择的作用比例较高;绵羊与3种模式生物基因组密码子使用频率比较发现,小鼠基因组优于酵母和大肠杆菌。本研究结果为今后进一步开展绵羊新基因的发现、功能基因表达调控研究等提供了理论基础。     

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。     

菠萝蜜叶绿体基因组密码子偏好性分析

从菠萝蜜叶绿体基因组中筛选出51条蛋白编码序列,并使用CodonW和CUSP在线程序对其密码子使用偏好性及其影响因素进行了探究。结果表明,菠萝蜜叶绿体基因组中的密码子各碱基的GC含量从首位到末位呈递减趋势,偏好以A/U结尾。有效密码子数在[35.64, 53.19]区间内,且68.63%的基因有效密码子数大于45,表明密码子偏好性较弱。相关性分析显示,密码子的偏好性与碱基第3位的组成和基因长度有关,而碱基第1位的GC含量则影响基因的表达水平。菠萝蜜叶绿体基因组密码子的中性绘图、奇偶偏好性以及有效密码子绘图分析结果显示,内部突变和自然选择都会影响密码子的使用模式。最优密码子分析结果显示,有16个密码子满足筛选条件,进一步验证了密码子偏好以A/U结尾。对各基因的有效密码子相对使用度进行聚类分析的结果显示,基因的偏好与基因功能之间的进化模式相互独立。     

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。