Modelling land cover transitions: A solution to the problem of spatial dependence in data

Raster-based spatial land cover transition models (LCTMs) are widely used in landscape ecology. However, many LCTMs do not account for spatial dependence of the input data, which may artificially fragment the output spatial configuration. We demonstrate the consequences of ignoring spatial dependence, thus assigning probabilities randomly in space, using a simple LCTM. We ran the model from four different initial conditions with distinct spatial configurations and results indicated that, after 20 simulation steps, all of them converged towards the spatial configuration of the random data set. From an ecological perspective this is a serious problem because ecological data often exhibit distinct spatial configuration related to ecological processes. As a solution, we propose an approach (region approach) that accounts for spatial dependence of LCTM input data. Underlying spatial dependence was used to apply spatial bias to probability assignment within the model. As a case study we applied a region approach to a Vegetation Transition Model (VTM); a semi-Markovian model that simulates forest succession. The VTM was applied to approximately 500,000 ha of boreal forest in Ontario, at 1 ha pixel resolution. When the stochastic transition algorithms were applied without accounting for spatial dependence, spatial configuration of the output data became progressively more fragmented. When the VTM was applied using the region approach to account for spatial dependence output fragmentation was reduced. Accounting for spatial dependence in transition models will create more reliable output for analyzing spatial patterns and relating those patterns to ecological processes.This revised version was published online in May 2005 with corrections to the Cover Date.     

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。     

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.     

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。     

H9N2禽流感病毒全基因组密码子使用偏好性及影响因素分析

【目的】探究H9N2禽流感病毒(AIV)全基因组的密码子使用偏好性及影响因素。【方法】选取2010—2018年国内H9N2 AIV流行毒株的全基因组为研究对象,分析其碱基组成特性、最优密码子、密码子使用偏好性的影响因素以及病毒对宿主密码子使用模式的适应性。【结果】H9N2 AIV的全基因组中AU含量高于GC。大部分最优密码子以A或U结尾,有效密码子数(ENC)平均值为52.86,提示存在密码子使用偏好性但偏好性较低。密码子使用偏好性主要受到突变压力和自然选择的共同作用,其中自然选择(所占比例为61.79%～76.15%)作用大于突变压力(所占比例为23.85%～38.21%)。H9N2 AIV对人Homo sapiens的密码子适应指数平均值为0.739～0.741,提示H9N2AIV禽流感病毒可能已适应人类的密码子使用模式。【结论】本研究为H9N2 AIV的基因进化分析、已有疫苗的密码子优化和新型疫苗(密码子去优化疫苗)研制提供了理论依据。     

不同心理素质水平大学生对情绪面孔的记忆偏向

采用加工分离程序探讨了不同心理素质水平大学生对不同效价情绪面孔(积极、消极、中性情绪面孔图片)的记忆偏向,以了解不同心理素质水平大学生的外显和内隐记忆加工特征.结果发现:记忆任务中,在意识提取上,高低心理素质水平大学生差异不具有统计学意义;在无意识提取上,高心理素质水平大学生对3类情绪面孔图片的提取值都显著高于低心理素质水平大学生.在对不同效价情绪面孔的意识和无意识提取值上,负性情绪面孔的提取值都高于中性和正性情绪面孔,但差异不具有统计学意义.     

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。     

脑心肌炎病毒多聚蛋白编码区起始与终止区的密码子使用模式简

文中利用特定区域密码子使用偏嗜性对数公式分析了脑心肌炎病毒（Encephalomyocarditis virus,EMCV）多聚蛋白编码基因的翻译起始区域与翻译终止区域的密码子使用模式.结果表明,EMCV多聚蛋白编码区内翻译起始序列区的同义密码子使用偏嗜性的正负偏差总体是平衡的,但几种在整体多聚蛋白质编码区域内使用为负偏嗜的稀有密码子却倾向于出现于编码起始区和终止区.这一有趣的现象,可利用“稀有密码子调控假说”来解释为EMCV开放阅读框两端的稀有密码子偏好性使用对整体阅读框的表达具有负调控作用.该研究说明“稀有密码子调控假说”不仅适用于细菌,而且也适用于一些RNA病毒基因组.     

DNA序列判别分类模型

[目的]结合生物学知识和数学方法构建DNA序列判别分类模型。[方法]根据氨基酸分子中侧链基的极性性质,从不同序列中氨基酸含量不同提炼出能从碱基含量和碱基排列情况两方面代表序列特征的氨基酸类别信息,用一个四维向量来表征,用马氏距离法和FISHER判别法对给定序列进行分类。[结果]该模型中,2种分类方法所得的样本回代率均达100%,分类一致率为90%。[结论]该模型算法简单,分类结果精度较高,优于仅基于碱基含量的判别分类模型。     

米黑根毛霉脂肪酶基因密码子优化及重叠延伸PCR合成

[目的]对米黑根毛霉脂肪酶基因的密码子进行优化,并采用重叠延伸PCR合成设计的基因序列。[方法]根据毕赤酵母(Pichiapastoris)密码子使用偏好性,对米黑根毛霉脂肪酶成熟肽基因进行全面密码子优化,根据优化后的氨基酸编码序列设计合成30条长度约为48 bp的寡核苷酸片段,并采用重叠延伸PCR法扩增合成全长基因序列。[结果]经凝胶电泳和酶切鉴定、测序分析表明,合成的目的基因与设计的序列相一致。[结论]该研究为脂肪酶基因在毕赤酵母中的构建及后续表达奠定了基础。