杜仲基因密码子使用模式分析

为了解杜仲基因密码子使用模式,该文以杜仲基因组密码子为研究对象,运用CodonW软件对杜仲的320个蛋白编码基因进行同义密码子相对使用频率(RSCU)分析、ENC-GC3s关联分析编码基因的密码子ENC值、PR2-plot偏倚分析编码基因的密码子碱基使用频率,并运用CUSP软件与Codon Usage Database软件对杜仲基因密码子的GC含量、使用频率与代表性物种烟草、拟南芥、大肠杆菌和酿酒酵母的密码子GC含量和使用频率进行比较。结果表明:杜仲基因密码子的RSCU>1的密码子有30个,其中18个以G/C结尾、12个以A/U结尾,说明杜仲基因密码子偏好以G/C结尾,且偏好性较强;有效密码子数(ENC)范围为30~60,该范围内的密码子距离标准曲线较远,其ENC值小,偏好性较强;PR2-plot偏倚分析碱基使用频率显示,G>C、U>A;杜仲与代表性物种的GC含量分析显示,杜仲的GC12、GC3以及平均GC含量均高于代表性物种;杜仲与代表性物种的密码子使用频率分析显示,杜仲与烟草、酿酒酵母的密码子偏好较为接近,杜仲与拟南芥、大肠杆菌的密码子偏好差距较大。杜仲是我国特有的珍贵中药材,对其进行密码子使用模式分析,并研究其密码子偏好规律,为杜仲植物基因工程中外源基因的改良及表达提供了理论基础。     

SARS-CoV-2刺突蛋白基因密码子偏好性与进化分析

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）属于冠状病毒家族新成员,其刺突蛋白（spike protein,S-蛋白）是侵染人体并决定其入侵宿主的亲和能力及组织特异性的包膜蛋白,研究S-蛋白基因的密码子偏好性不仅有利于重组表达,也利于分析其进化规律。利用Codon W和SPSS等在线服务器及软件,首先分析SARS-CoV-2等冠状病毒的S-蛋白基因的密码子偏好性,随后以SARS-CoV-2的S-蛋白基因为重点,比较其与大肠埃希菌、酵母和λ噬菌体等模式生物的密码子使用频率。结果显示,冠状病毒S-蛋白基因密码子的总GC和GC3s含量均小于0.4,更偏向以A/T编码,ENc为44.15,密码子偏好性整体较弱。28个密码子的偏好性较强（RSCU>1）,3个密码子的偏好性极强（RSCU>2）,UAA为最优密码子。ENc-plot结果显示,大部分基因的ENc距ENc期望值较近,表明冠状病毒密码子偏好性主要受到碱基突变的影响。相较于CDS序列,基于RSCU值的聚类更适合于冠状病毒的系统发育研究。综合ENc比值与聚类结果,SARS-CoV-2与SARS的亲缘关系最近,可能起源于同一祖先冠状病毒。酿酒酵母是SARS-CoV-2较好的外源表达系统,但仍需密码子优化。根据密码子优化结果,成功实现了S-蛋白RBD区域的原核表达。以上研究结果为S-蛋白基因的优化改造,提高其表达效率提供参考。     

甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种（热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441）及其近缘属种蔗茅（Yunnan2009-3）基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种（玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母）的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确...     

植物质体型ω-3脂肪酸去饱和酶7基因的密码子偏性分析

脂肪酸去饱和酶7是不饱和脂肪酸合成途径中催化亚油酸(Δ~(9,12)-C_(18:2))形成α-亚麻酸(Δ~(9,12,15)-C_(18:3),ALA)的关键酶。本研究利用Codon W、CHIPS及CUSP等程序分析植物FAD7基因的密码子偏性。结果表明,FAD7基因偏好使用以A或T结尾的密码子。其中,AGA(RSCU=2.46)、AGT(RSCU=1.60)、CCT(RSCU=1.51)等属于高频使用密码子。分析的36种植物中,大部分双子叶植物的GC3s含量小于50%,预示FAD7基因更适合导入双子叶植物。     

短短芽孢杆菌GZDF3全基因组密码子偏好性分析

为了解短短芽孢杆菌GZDF3全基因组密码子的使用特性,采用Codon W 1.4.2软件和Mobyle portal在线软件分析菌株GZDF3全基因组密码子偏好性,分析该菌的相对同义密码子使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)、密码子适应指数(codon adaption index,CAI)、有效密码子数(effective number of codon,Nc)、同义密码子第3位中G/C含量(GC3s)和高表达优越密码子。结果表明,短短芽孢杆菌GZDF3密码子第2位密码子的GC含量明显低于第1位和第3位,为37.56%,第1位和第3位的GC含量差异较小,分别为55.50%和51.13%;基因组大部分Nc值介于30~60,说明密码子偏好性普遍偏弱;RSCU值大于1的密码子共有27个,其中以A或T结尾的14个,占51.9%,并确定了27个最优密码子,为外源基因表达提供理论基础。     

降香黄檀叶绿体基因组密码子偏好性分析

为了解降香黄檀叶绿体基因组密码子使用模式,该文利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP对降香黄檀叶绿体基因组中的52条基因编码序列密码子进行中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析。结果表明:降香黄檀叶绿体基因组密码子的3个位置上GC含量依次为GC1(46.01%)GC2(38.98%)GC3(27.80%)。有效密码子数(ENC)范围为37.66～54.43,及ENC值45的有37个; RSCU1的密码子有29个,其中16个以U结尾、12个以A结尾。这些说明其偏好以A和U结尾,且偏性较弱。中性绘图分析显示GC12与GC3的相关系数为0.250,相关性不显著,回归系数为0.394; ENC-plot分析显示ENC比值位于-0.05～0.05区间外的基因有38个; PR2-plot分析说明在碱基的使用频率方面,UA、GC,说明降香黄檀叶绿体基因组密码子偏好性主要受选择的影响; 19个密码子被确定为最优密码子。该研究为降香黄檀叶绿体基因工程、遗传多样性分析等研究提供了科学参考依据。     

茄腐镰孢(Fusarium solani)线粒体基因组密码子偏好性分析

密码子使用偏好性作为功能基因组重要的进化特征而被广泛报道,但是有关真菌线粒体基因组密码子使用偏好性的研究相对较少。本试验以茄腐镰孢线粒体基因组为研究对象,运用Codon W软件及RSCU在线软件对所筛选到的22条编码基因密码子3个位置上的GC含量、有效密码子数、同义密码子使用频率和最优密码子进行了分析。同时,确定了茄腐镰孢线粒体基因组的最优密码子,并探讨了影响密码子偏性形成的相关因素。分析结果表明,茄腐镰孢线粒体密码子3位的GC含量为GC1(32.7%)GC2(28.0%)GC3(19.7%),第3位GC含量明显小于第1、2位,表现出对以A或者T结尾的密码子发生较强烈的偏向使用;且确定的21个最优密码子中有20个以A或者T结尾。通过中性绘图及ENC分析得出茄腐镰孢线粒体基因组密码子的使用偏好受到选择作用和突变压力的共同影响,选择作用为主要影响因素。     

大肠杆菌gdhA基因的密码子偏好性分析及优化

本研究对10种生物的谷氨酸脱氢酶gdh A基因分别进行了针对单独生物的密码子使用偏好性的分析并进行了比较。分析结果表明:在10种生物中,gdh A基因在编码时对密码子的使用存在较大不同,水稻、痢疾杆菌、柠檬酸杆菌、大肠杆菌的有效密码子数(effective number of codons,ENc)值均在40左右,说明水稻、痢疾杆菌、柠檬酸杆菌、大肠杆菌的密码子使用偏好性较强;其余6种生物的ENc值均在50左右,差异并不大,说明其余6种生物的密码子偏好性要相对弱些。水稻、痢疾杆菌、柠檬酸杆菌、沙门氏菌、地衣芽孢杆菌和大肠杆菌这6种生物的gdh A基因在编码时偏好使用G或C结尾的密码子;玉米、大豆、蓖麻及拟南芥这4种生物的gdh A基因在编码时偏好使用A或T结尾的密码子。在10种生物中,密码子CUA、UAG的RSCU(relative synonymous codon usage)值均小于1,属于使用频率较低的密码子;其余各种密码子在不同生物中均表现出不同的偏好性。在聚类分析中,10种生物基于gdh A基因密码子用法与基于CDS序列的聚类结果大体一致。根据密码子分析的结果,对gdh A基因进行密码子优化,以期提高在大豆中的表达水平。     

鲨烯合酶基因的密码子偏性分析

为了分析鲨烯合酶(squalene synthase, SS)基因密码子的使用方式及其影响因素,利用codon W和SPSS 16.0软件对47条来自不同物种的SS基因进行多元统计分析、对应性分析.SS基因密码子1~3位碱基的GC含量(GC1, GC2和GC3)依次为51.33%、34.65%和54.37%,3个位点的GC含量均呈极显著相关关系(p<0.01),对应性分析的结果表明,第1轴显示30.71%的差异,有效密码子数和GC3、GC1和GC2的均值与GC3之间的相关性均达极显著水平(p<0.01).筛选出的26个最优密码子的第3位碱基均为G或C.以MEGA 5.0构建的基于SS蛋白质序列的进化树比基于RSCU的聚类更符合传统的系统发育观点.SS基因密码子偏好以G/C结尾,使用模式受选择和突变影响,突变对密码子偏好影响较大.     

紫花苜蓿叶绿体基因组密码子偏好性分析

为分析紫花苜蓿叶绿体基因组密码子偏好性的使用模式,该文以紫花苜蓿叶绿体基因组中筛选到的49条蛋白质编码序列为研究对象,利用CodonW、CUSP、CHIPS、SPSS等软件对其密码子的使用模式和偏好性进行研究。结果表明:(1)紫花苜蓿叶绿体基因的第3位密码子的平均GC含量为26.44%,有效密码子数(ENC)在40.6～51.41之间,多数密码子的偏好性较弱。(2)相对同义密码子使用度(RSCU)分析发现,RSCU>1 的密码子数目有30个,以A、U结尾的有29个,说明了紫花苜蓿叶绿体基因组A或U出现的频率较高。(3)中性分析发现,GC3与 GC12的相关性不显著,表明密码子偏性主要受自然选择的影响; ENC-plot 分析发现一部分基因落在曲线的下方及周围,表明突变也影响了部分密码子偏性的形成。此外,有17个密码子被鉴定为紫花苜蓿叶绿体基因组的最优密码子。紫花苜蓿叶绿体基因组的密码子偏好性可能受自然选择和突变的共同作用。该研究将为紫花苜蓿叶绿体基因工程的开展和目标性状的遗传改良奠定基础。     

巨枝叶绿体基因组密码子偏好性分析

该文针对巨桉叶绿体基因组序列,选取其中长于300 nt且以AUG为起始密码子的43个非重复基因作为研究对象,采用CodonW1.4.2软件分析巨桉叶绿体基因组的密码子使用偏好性。结果表明:第3位密码子的平均GC含量为27.97%; ENC的变化范围为39.49～61.00,平均为47.04; RSCU1的密码子有31个,其中29个以A/U结尾;中性分析显示,GC12与GC3无显著相关;回归分析未达到显著性水平; ENCplot分析发现,大部分基因落在曲线上或附近;对应分析表明第1轴的贡献率为17.68%,第2轴的贡献率为11.49%,第3轴、第4轴的贡献率分别为8.00%和5.76%,前4轴累计贡献率达42.93%,第1轴与GC、ENC、CAI达到极显著相关。上述分析结果表明,巨桉叶绿体基因组的密码子偏好较弱,密码子第3位偏好以A或U结尾,选择和突变在巨桉叶绿体基因组密码子偏好中起相对均衡的作用,最终确定UUG、CUU、GUU、UCC、UCA、ACA、UAU、UAA、CAU、AAU、AGA和GGA 12个高频高表达密码子为最优密码子。这为转化叶绿体基因密码子优化,提高表达效率和改良巨桉目标性状奠定了坚实基础。     

沙枣叶绿体全基因组序列及其使用密码子偏性分析

该研究以2株野生沙枣(Elaeagnus angustifolia Linn.)嫩枝经温室水培后的嫩叶为材料,采用CTAB法分别提取总DNA,并利用第二代测序技术进行总DNA从头测序,组装后得到2株沙枣叶绿体基因组全序列,并详细分析了其蛋白质编码基因密码子使用的偏好性及其原因,为沙枣叶绿体基因工程和分子系统进化等研究奠定基础。结果显示:(1)组装得到沙枣叶绿体基因组序列全长150 546 bp,由长度为81 113 bp的长单拷贝(LSC)区域和25 494 bp的短单拷贝(SSC)区域,以及1对分隔开它们的长18 445 bp的反向重复序列(IRS)组成;注释共得到132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因。(2)沙枣叶绿体基因组蛋白编码基因密码子的第三位碱基GC含量(GC_3)为28.47%,明显低于整个叶绿体基因组GC含量(37%),也低于第一位(GC_1)和第二位(GC_2)碱基的GC含量,说明密码子对AT碱基结尾有偏好性;其中, UCU、CCU、UGU、GCU、CUU、GAU、UCA和UAA为最优密码子。(3)同义密码子相对使用频率(RSCU)分析发现,影响密码子使用模式的因素并不单一,密码子的偏好性受到突变、选择及其他因素的共同影响,并且自然选择表达引起的序列差异比突变对密码子偏好性的影响要显著;中性绘图分析、有效密码子数(ENC-plot)分析和奇偶偏好性(PR2-plot)分析表明,沙枣叶绿体基因组使用密码子的偏性受选择的影响更大。(4)通过最大似然法、最大简约法和贝叶斯方法对胡颓子科6个物种和1个枣的叶绿体基因序列构建系统发育树,与它们使用密码子偏性聚类的结果一致,表明叶绿体基因组使用密码子偏性与物种的亲缘关系相关。     

杨树同义密码子用法的初步分析

杨树是世界上广泛栽培的重要造林树种之一,已经成为林木基因工程研究的模式植物。用杨树的314个蛋白编码基因,通过对应分析和ENC-plot分析探讨了若干重要因子对杨树密码子用法的效应。从分析结果中可以看出,在影响最大的第一条向量轴上,基因的坐标位置与该基因的表达水平(CAI)极显著负相关(r=-0.94**),其次是与GC3S和基因长度极显著相关(r=0.86**和r=-0.57**),说明基因表达水平高低是影响密码子发挥作用的主要因素,基因编码区碱基组成和基因长度次之。ENC-plot分析结果也证明了这一点。相对密码子使用值(RSCU)的计算结果表明,高表达基因强烈偏好以A或T结尾的密码子,并确定了TTA和ATA等10个密码子为杨树的主要偏爱密码子。将杨树的密码子使用频率与拟南芥、水稻、大肠杆菌和人等不同模式生物种比较后发现,杨树密码子的偏爱性与同为双子叶植物的拟南芥最为相似,与人和大肠杆菌之间的差异较大。     

嗜热毛壳菌基因组密码子偏好性研究

嗜热毛壳菌具有强大的木质纤维素降解能力,将其开发为优异的重组蛋白表达宿主有着广阔的应用前景。蛋白表达宿主的密码子偏好性对重组蛋白的表达水平具有重大影响。为确定嗜热毛壳菌中密码子的使用模式及影响因素,本研究以6 897条CDS序列为对象,对其进行密码子偏好性分析。结果显示,嗜热毛壳菌中GC3的平均含量为66.2%,高于GC1(59.1%)和GC2(45.6%)的平均含量。Effective number of codon(ENC)分析与中性绘图分析结果显示,自然选择是影响嗜热毛壳菌密码子偏好性的主要因素。相关性分析结果显示,芳香族氨基酸比例与GC1含量及蛋白疏水水平呈极显著相关,说明密码子第一位的碱基组成对氨基酸是否具有芳香性影响较大。此外,在嗜热毛壳菌使用频率较高的密码子中,有24个以G/C末端结尾的密码子,进一步确定了23个高表达优越密码子和1个高表达最优密码子(CGC)。通过与其他模式真菌的密码子偏好性进行比较发现：与嗜热毛壳菌在密码子使用频率上差异较小的为嗜热毁丝菌、粗糙脉孢霉,有显著差异的为酿酒酵母。本研究为在嗜热毛壳菌中异源表达重组蛋白提供了目标基因密码子优化的理论依据,为嗜...     

甘蓝型油菜WRKY基因家族碱基组成及密码子使用特性分析

WRKY转录因子广泛地参与植物的抗逆防卫反应。通过对甘蓝型油菜WRKY基因家族碱基组成和密码子用法的分析,发现其碱基组成不仅对密码子的偏好性选择有重要影响,而且与基因的表达水平参数(Nc、CAI、CBI等)显著相关。通过对密码子RSCU值的分析,得到了TTA、CTT、AGA等29个偏好密码子,且多以碱基A或T结尾。ENc-plot分析表明,除了碱基组成之外,自然选择等其它因素对密码子偏好性也有影响。     

小红门兰属2种药用植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的：明确2种兰科小红门兰属植物叶绿体基因组中密码子的使用偏好性,并探索其影响因素。方法：采用CodonW、CUSP、SPSS等软件,对2种兰科小红门兰属药用植物叶绿体基因组中的密码子进行选择分析。结果：通过对2种小红门兰属药用植物分析,发现2个物种叶绿体基因组密码子中的GC含量为35.8%～37.3%,有效密码子数目为47.10%～47.79%,表明其密码子偏好性较弱。中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等研究结果显示,选择和突变是影响2种小红门兰属药用植物叶绿体基因组密码子使用偏好性的主要因素。通过比较相对同义密码子使用度RSCU值和ENC值,获得了65个最优密码子。2种小红门兰属药用植物密码子偏好使用A/T结尾,表明其密码子使用偏好性在很大程度上是由自然选择决定的。对其叶绿体基因组密码子的使用偏好性进行分析,并通过外类群聚类法进行验证,最终确定影响小红门兰属植物基因组密码子偏好的关键因子有9种：GUU、UCA、CCA、ACA、UAA、GAU、UGU、AGA、AGG。结论：本研究可为小红门兰属植物叶绿体基因组异源蛋白表达载体的构建与优化提供理论依据。     

中东呼吸综合征冠状病毒结构蛋白与附属蛋白编码基因密码子偏爱性分析

中东呼吸综合征冠状病毒是一类对人类危害极重的RNA病毒,为了解其密码子使用特点和主要影响因素,该文采用CHIPS、CUSP、CodonW和SPSS软件对MERS-CoV 9条基因序列进行了偏爱性分析和多元统计分析,获得了每个基因密码子3个位置的GC含量和ENC值以及所有基因序列的RSCU值,并与大肠杆菌、酵母、人的密码子使用频率进行了对比分析。结果显示GC3明显低于GC2、GC1且小于50%,ENC值为50.59,表明该病毒密码子偏爱性偏低且偏爱以A、T碱基结尾的密码子。中性绘图和ENC绘图分析表明密码子的偏爱性主要受到选择作用的影响。通过和其它三种生物密码子使用频率进行比较,发现其与酵母密码子使用频率相差最小。在此基础上确定了MERS-CoV的19个最优密码子。研究结果对MERS-CoV寻找最佳宿主进行体外表达,从而研发基因工程疫苗及治疗性抗体具有一定的意义。     

澳洲坚果光壳种叶绿体基因组的密码子使用偏好性及其影响因素分析

为确定澳洲坚果光壳种(Macadamia integrifolia Maiden&Betche)叶绿体基因组密码子偏好性形成的主要影响因素,本研究通过其叶绿体基因组的51条蛋白编码序列,系统分析其密码子的使用模式及其特征.密码子偏好性参数分析结果显示,叶绿体基因密码子3位碱基的GC含量次序为GC1>GC2>GC3;有效...     

茶树CBF1基因密码子使用特性分析

转录因子CBF(C-repeat-binding factor)广泛存在于各种植物中, 是植物抗逆过程中一个重要的调节因子。文章运用CHIPS、CUSP和CodonW在线程序对茶树(Camellia sinensis)CBF1基因(CsCBF1)序列进行分析, 并与茶树基因、模式植物基因组和其他植物CBF基因进行比较, 对了解CsCBF1基因密码子使用特性, 并为其选择合适的表达系统具有重要意义。结果表明：CsCBF1基因与70个茶树基因对密码子的使用有明显的差异, CsCBF1基因偏好使用以G/C结尾的密码子, 而筛选的70个茶树基因偏好使用以A/T结尾的密码子。在密码子使用频率上, CsCBF1基因与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tobacum)的差异小于与小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)的差异; 因此, 拟南芥、烟草更适合作为CsCBF1基因的外源表达宿主。通过分析40种植物CBF基因编码特点可知大部分CBF基因偏好使用以G/C结尾的密码子, 这可能与基因的特殊功能有关。     

红松查尔酮合成酶基因CHS密码子偏好性分析

查尔酮合成酶(Chalcone synthase,CHS)广泛存在于植物体内,是花色素形成过程中一种重要的酶,可以进一步催化生成黄酮类化合物。本研究采用Codon W和EMBOSS在线软件对红松查尔酮合成酶基因CHS的密码子使用偏好性进行分析,并与北美乔松等其他24种植物的CHS基因以及模式植物基因组进行比较,对认识红松CHS基因的密码子使用偏好性,为选择适宜的表达系统奠定了一定的基础。研究结果表明:红松CHS基因编码区的有效密码子数(ENC)和GC含量分别为48.92和0.548,C+G含量高于A+T含量,密码子偏好以A/T结尾;多数植物CHS基因的G+C含量高于A+T含量,且密码子更偏好C/G结尾;聚类分析表明,红松与马尾松和赤松的密码子使用偏好性的相似性较高;密码子使用频率研究发现,红松CHS遗传转化与异源表达较优的受体可能是大肠杆菌和拟南芥。