太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)类α-1,2-岩藻糖基转移酶的密码子优化与原核表达

牡蛎消化组织内存在的类A型血型组织抗原是其特异性富集诺如病毒的主要原因,FUT2(Fucosyltransferase 2,α-1,2-岩藻糖基转移酶)是A型血型组织抗原合成的关键酶.本研究在前期克隆了太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)类FUT2基因cDNA全长的基础上,根据大肠杆菌密码子偏爱性优化并合成了类FUT2基因,插入原核表达载体pRSET A构建pRSET-mof,将其转化大肠杆菌BL21,用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导.经SDS-PAGE分析显示,在37℃、IPTG终浓度为0.8 mmol/L的条件下,诱导4h后出现大小约为46 kDa的特异性目的条带.利用His亲和层析柱纯化及超滤管浓缩目的蛋白,得到单一条带,说明纯化效果良好.Western blot分析显示,目的蛋白与抗6×His标签单克隆抗体、抗人FUT2单克隆抗体均能发生特异性反应,表明优化后的太平洋牡蛎类FUT2基因在大肠杆菌系统中成功表达.本研究结果为今后研究太平洋牡蛎类FUT2基因的功能,进一步探索牡蛎特异性富集诺如病毒的分子机理奠定了基础.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

A comparative account of the structure of the growth hormone encoding gene and genetic interrelationship in six species of the genus <Emphasis Type="Italic">Labeo</Emphasis>

The growth hormone (GH) gene isolated and cloned from various Labeo species (L. rohita, L. calbasu, L. fimbriatus, L. gonius, L. bata, and L. kontius) is shown to contain a single copy in the haploid genome, with an overall size of ∼2.5 kb. The GH gene in all the Labeo species studied has five exons and four introns of various sizes with the exon/intron boundary sequence of GT/AG. The length variation of the GH gene between the species is found to be due to length variation in the form of several deletions in the third intron. The length of individual exons is the same in all the species with an open reading frame (ORF) of 630 bp (210 amino acids) except in L. rohita, which has a 9 bp deletion in the fourth exon, resulting in a shorter GH of 621 bp (207 amino acids). The similarity in the nucleotide and amino acid sequences between the different Labeo species is greater than 97%, in spite of eight amino acids being altered in the GH protein of Labeo that reside outside the conserved domain sequence required for its function. Nucleotide substitutions are seen in the form of 20 transitions and three transversions in the ORF of the GH gene. Both types of transitions (A–G; T–C) and only one type of transversion (A–C) are detected in the GH gene. Codon preference in GH gene shows a strong preference for G and C in the wobble position of the codons. Genetic interrelationships determined between Labeo and other species of fishes using nucleotide sequence of GH cDNA supports the overall teleost classification of Nelson (Fishes of the World. Wiley, New York, 1984) with separate clades for Ostariophysi, Protacanthopterygii, and Acanthopterygii. Besides, the unweighted pair group method with arithmetic means (UPGMA) analysis clearly distinguishes between the species having five exons and four introns in the GH gene from the species having six exons and five introns in the same gene. The Labeo species analyzed in the present study could be clustered into two groups using the maximum-parsimony method on the intron sequences data of the GH gene.     

真菌漆酶基因的密码子偏好性分析

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,广泛地存在于各种植物和真菌中。研究使用Codon W和CUSP相关程序对18条真菌漆酶基因CDS序列的密码子使用情况进行分析,比较了真菌漆酶基因与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌以及毕赤酵母的密码子偏好性。结果表明,真菌漆酶基因偏好使用以G/C结尾的密码子,29种偏好密码子(相对使用度(RSCU)1)中偏好性较强的密码子有ATC、CTC、CGC、GTC和TAG(RSCU≥1.5);聚类分析发现,AY450404.1和GU480806.1、XM_951846.2和XM_001228805.1及XM_001389488.2和XM_001818019.2聚为一类,与系统分类关系一致,其余都不一致;在密码子的使用频率上,真菌漆酶基因的密码子用法与枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和毕赤酵母的基因组密码子用法都有不同程度的偏好差异,其中与大肠杆菌的密码子用法差异最小,故大肠杆菌更适合作为真菌漆酶基因的外源表达宿主。如果要在上述几种表达系统中实现真菌漆酶基因的高效表达则需对真菌漆酶基因的部分密码子进行优化改造。     

昆虫共生菌沃尔巴克氏体(Wolbachia)的wsp基因密码子使用模式分析

沃尔巴克氏体(Wolbachia)主要感染昆虫等节肢动物,是一类革兰阴性共生细菌。为探讨昆虫纲共生菌Wolbachia的系统发育,研究Wolbachia基因组中进化速度较快的外膜蛋白基因wsp的密码子使用模式及影响因素,统计分析该基因的GC含量(GCall、GC1、GC2、GC3、GC3s)、有效密码子数(ENc)、相对同义密码子使用度(RSCU)等指标。结果显示:昆虫纲共生菌Wolbachia的wsp基因密码子偏好性均不强,昆虫纲不同目间共生菌Wolbachia的wsp基因碱基组成及ENc值差异较小;多数基因数据点沿标准曲线或在其附近分布,突变对碱基组成的影响较弱;18种由多个密码子编码的氨基酸中有11种氨基酸的偏好性密码子在昆虫纲7个目及对照蛛形纲1个目间均相同,有2种氨基酸的偏好性密码子在7个目间相同,这些密码子均以A/U结尾;供分析的140个wsp基因中仅编码6个半胱氨酸(Cys);对应分析中第1、第2向量轴贡献率均不高,分别为13.53%和12.49%,均与碱基组成(GC1、GC2、GC3)显著相关。综合各项分析认为,Wolbachia的wsp基因密码子偏好性不具有宿主分类特异性,密码子使用模式主要受碱基组成影响,而碱基组成主要受选择影响。     

小麦抗逆相关转录因子DREB密码子偏好性特征分析

DREB(dehydration responsive element binding)转录因子在植物抵抗干旱、高盐、低温等非生物逆境中发挥着重要作用。为探究普通小麦抗逆相关转录因子DREB密码子的偏好性特征,本研究运用CodonW、CHIPS和CUSP软件程序分析了小麦DREB基因的密码子使用特性,并与13种植物的DREB密码子偏性进行比较。结果表明,小麦DREB基因主要偏好以GC结尾的密码子;根据RSCU值,确定小麦DREB基因的高频密码子有14个;不同作物间DREB基因的密码子选用偏好性存在一定差异;基于DREB编码序列的聚类分析比基于密码子使用偏性聚类分析更能准确地反映物种间的亲缘关系;属于真核生物的酵母菌比属于原核生物的大肠杆菌更适宜作为DREB基因表达的异源受体。小麦DREB与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小,拟南芥可能比烟草和番茄更适合作为该基因转基因研究的理想受体。小麦DREB密码子偏性分析为该基因的异源表达及分子遗传研究提供了一定的理论依据。