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。     

落叶松-杨栅锈菌基因组密码子使用偏好分析

为了解落叶松‐杨栅锈菌密码子使用模式,并探究影响其密码子偏好形成的因素,本研究利用CondonW对落叶松‐杨栅锈菌标准菌株98AG31基因组中14 650个基因进行分析,计算基因的有效密码子数,及64个密码子的相对使用度等偏好性参数。结果表明,落叶松‐杨栅锈菌全基因组水平的密码子偏好程度较低,只有少数基因呈现出高偏好性。落叶松‐杨栅锈菌的高频密码子多以A或T结尾,而最优密码子则倾向以G或C结尾。PR2-plot分析及ENC-plot曲线与中性绘图分析显示,落叶松‐杨栅锈菌基因密码子使用模式受到选择压力和突变压力等多重因素的影响,相较于选择压力,落叶松‐杨栅锈菌基因密码子的偏好更多地受到突变压力的影响。相关性分析表明,密码子碱基组成会对密码子偏好性产生影响,其他因素如序列长度等均不会影响密码子偏好性。     

樟树叶绿体基因组密码子偏好性分析

为分析樟树(Cinnamomum camphora)叶绿体基因组密码子偏好性使用模式,该研究利用CodonW、EMBOSS、R语言等软件和程序,对53条樟树叶绿体基因组密码子使用模式及偏好性进行了系统分析。结果表明:樟树叶绿体基因的有效密码子数(ENC)在36.82～59.30之间,表明密码子的偏好性较弱。相对同义密码子使用度(RSCU)分析发现RSCU>1的密码子有32个,其中28个以A、U结尾,表明第3位密码子偏好使用A和U碱基。中性绘图分析发现GC₃与GC₁₂的相关性不显著,回归曲线斜率为0.049,说明密码子偏好性主要受到自然选择的影响。ENC-plot分析发现大部分基因落在曲线的下方,同样表明选择是影响密码子偏好性的主要因素。该研究发现共有9个密码子(UUU、CUU、UCA、ACA、UAU、AAU、GAU、UGA、GGA)被鉴定为樟树叶绿体基因组的最优密码子。     

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。     

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。     

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...     

亚心型扁藻叶绿体psbA基因的克隆及序列分析

psbA基因是叶绿体基因组中一个重要的光调控基因,编码光和系统Ⅱ反应中心的D1蛋白。根据叶绿体基因组序列高度保守的特性,利用菜茵衣藻（Chlamydomonasreinhardtii）psbA基因的保守序列（基因登录号：HQ667991．1）设计引物,采用PCR步移的方法从亚心型扁藻（Platymonassubcordiformis）基因组DNA中克隆到psbA基因全长（基因登录号：KF528742）。序列分析表明,亚心型扁藻psbA基因全长1939bp,编码区长度为1062bp,推导编码353个氨基酸,包括4个赖氨酸残基。有效密码子数显示脚删基因具有明显的密码子偏好性,并且偏好使用以A／T结尾的密码子。相对同义密码子使用度表明25个密码子在编码使用时具有偏好性,其中20个密码子以A／T碱基结尾,占到80％。其终止密码子使用了TAG。     

金针菇高表达基因的密码子偏好性及特征分析

为探究金针菇的密码子偏好性,挖掘高表达基因的特征信息,以金针菇基因组及转录组数据为材料,分析金针菇的密码子偏好性及其影响因素,并对发育阶段高表达基因进行功能注释和顺式元件分析。分析表明,金针菇高表达基因表现出较强的密码子偏好性,且其偏好密码子多以胞嘧啶(C)结尾,此外在高表达基因中存在6种氨基酸的最优密码子较为保守。在进化过程中,金针菇高表达基因密码子偏好性受到自然选择压力的影响较大。功能注释分类表明,高表达基因多为核糖体通路相关的基因,与蛋白质翻译和生物合成相关。顺式元件分析表明,高表达基因启动子区域大多存在MeJA响应元件、ABA响应元件、光响应元件及MYB转录因子结合元件。研究结果可为提高金针菇异源表达效率和挖掘强启动子提供理论基础和思路。     

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。     

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。     

普通油茶叶绿体基因组密码子偏好性分析

为了利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶的重要经济性状,该研究以普通油茶叶绿体全基因组序列为材料,从中筛选出51条长度大于300 bp且以ATG起始的非重复CDS(Coding DNA Sequence)为对象,利用CodonW软件分析其密码子偏好性。结果表明:密码子第三位GC含量为27.55%,ENC范围在35.23~56.67之间,平均值为46.09;RSCU值大于1.00的密码子数目为30个,其中29个第三位碱基以U或A结尾;中性绘图表明GC12与GC3的相关系数为0.143,相关性不显著,回归系数为0.0573;频数分布显示,55%基因的ENC比值集中分布在0~0.1,25%基因的ENC比值分布在0.1~0.2之间;对应分析结果表明,第一向量轴占10.12%的差异,第二向量轴占9.36%的差异,其余两轴分别占7.97%和7.46%,前4轴累计差异为34.91%。中性绘图、ENC-plot和对应性分析均表明普通油茶叶绿体基因密码子偏好受突变作用,更多受选择的影响。最终取高表达优越密码子和高频密码子共有的CUU、AUU、GUU、GUA、UAA、CAA、AAA、GAC、GAA、CCU、ACU、GCU、GCA、UGU、CGU、AGU、UUG、GGU等18个密码子作为最优密码子。该研究结果为利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶重要经济性状奠定了基础。     

槲蕨属叶绿体基因组密码子偏好性分析

叶绿体基因组密码子偏好性使用模式往往影响基因表达效率,为促进药用植物叶绿体基因工程的发展,提高槲蕨药用品质,该研究以川滇槲蕨、栎叶槲蕨和槲蕨三个近缘药用植物为材料,使用CodonW、CUSP和SPSS等软件分析其叶绿体基因组编码基因密码子使用偏好性,筛选出三个物种的最优密码子。结果表明:川滇槲蕨、栎叶槲蕨和槲蕨叶绿体基因组的有效密码子数(ENC)范围分别为40.10~61、40.33~61和40.15~61,其密码子偏好性较弱;ndhE、rpl22、rpl14、rpl20、ccsA、rps4和rpl16编码基因的ENC值差异较大,表明近缘物种中,部分基因的密码子偏好性存在一定差异;三个物种编码基因的ENC频数集中于-0.1~0.1之间,说明槲蕨属基因密码子偏好性主要受到突变的影响。川滇槲蕨12个最优密码子有6个和栎叶槲蕨相同,分别是UCU、ACU、GCU、CAA、AAA和GAU;栎叶槲蕨10个最优密码子有2个和槲蕨相同,分别是UUA和AUU,而川滇槲蕨与槲蕨无相同的最优密码子。该研究结果可为槲蕨属药用植物基因工程中外源基因的改良及其表达奠定基础。     

两种梧桐叶绿体基因组密码子使用偏性分析

为了分析美丽梧桐、云南梧桐叶绿体基因组密码子的使用偏性,该研究通过筛选美丽梧桐、云南梧桐叶绿体基因组中各52条蛋白编码序列,并利用CodonW、CUSP和SPSS软件对其密码子使用模式及偏性进行了分析。结果表明:(1)美丽梧桐、云南梧桐的GC含量分别为38.12%、38.05%,表明叶绿体基因组内富含A/T碱基。(2)有效密码子数(ENC)范围为36.91～56.46、36.55～58.04,表明多数密码子偏性较弱。(3)相对同义密码子(RSCU)分析显示,RSCU1的密码子各有29个,其中28个以A、U结尾。(4)中性绘图显示,GC_3与GC_(12)的相关性不显著,回归曲线斜率分别为0.195和0.304,说明密码子偏好性主要受到自然选择的影响。(5) ENC-plot分析中大部分基因分布于曲线的周围和下方,ENC比值多分布于-0.04～0.10之间,表明突变会影响密码子偏性的形成。此外,17、18个密码子分别被鉴定为美丽梧桐、云南梧桐的最优密码子。以上结果说明美丽梧桐、云南梧桐叶绿体基因组的密码子使用偏性可能受选择和突变共同作用,且使用模式较为相似,但具有一定的差异,可能与适应环境的进化机制有关。     

猴樟叶绿体基因组特征分析

猴樟(Cinnamomum bodinieri)枝叶含有丰富的精油,是重要的园林绿化树种和经济树种,但目前有关猴樟基因组学的研究报道不多。为揭示猴樟叶绿体基因组特征及系统发育关系,该文基于高通量测序平台进行测序,从头组装了完整的猴樟叶绿体基因组,并对其基因组结构、基因构成及序列重复、密码子使用偏好性以及系统发育进行分析,结合樟亚科主要属物种叶绿体基因组数据构建系统发育树。结果表明:(1)猴樟叶绿体基因组全长152 727 bp,包括一对20 132 bp的反向重复(IRs)区、93 605 bp的大单拷贝(LSC)区和18 858 bp的小单拷贝(SSC)区,总GC含量为39.13%。(2)该基因组共编码127个基因,包括83个蛋白质编码基因(PCGs)、36个转运RNA基因(tRNAs)和8个核糖体RNA基因(rRNAs); 共鉴定出92个SSR位点,其中大部分是A/T组成的单核苷酸重复序列; 密码子适应指数(CAI)为0.166,有效密码子数(ENc)为54.68; 猴樟与近缘种的叶绿体基因组主要在IR区和2个SC区边界上存在一定的差异。(3)24种樟亚科植物的系统发育树显示,猴樟与樟树亲缘关系最近,同时支持了樟属-甜樟属分支(Cinnamomum-Ocotea Clade)、月桂属-新木姜子属分支(Laurus-Neolitsea Clade)、润楠属-鳄梨属分支(Machilus-Persea Clade)的建立。该研究丰富了猴樟遗传资源信息,进一步确定了樟亚科主要属的系统发育地位。     

双孢蘑菇基因组密码子的偏好性分析

双孢蘑菇Agaricus bisporus是世界上最广泛栽培的食用菌之一。本研究通过分析双孢蘑菇基因组密码子使用偏性,探讨密码子偏性的影响因素及其对基因表达的影响。以双孢蘑菇基因组和转录组数据为依据,分析了双孢蘑菇基因组基因、高表达基因（high expression gene,HEG）和低表达基因（low expression gene,LEG）的密码子使用性。发现双孢蘑菇基因组编码基因平均GC含量为49.08%,T3s值（35.59%）最高,平均ENC值偏高,多数基因表达潜力较低。共鉴定出14个最优密码子,均以C或T结尾,并且遵循密码子中嘌呤和嘧啶使用的均衡性原则。高表达基因具有更强的密码子偏性,进化过程中受到基因突变和自然选择等多种因素影响。基因表达与G/C碱基含量和CAI值呈极显著正相关。高表达基因编码了多种与真菌生长发育相关的蛋白和酶类。研究结果明确了双孢蘑菇基因密码子的使用偏性,为双孢蘑菇转基因育种和品质改良提供了参考。     

紫九牛叶绿体基因组密码子偏好性分析

为确定瑶药紫九牛叶绿体基因组密码子的使用模式及其成因,该研究以紫九牛叶绿体基因组50条蛋白质编码序列为研究对象,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP和Chips分析其密码子偏好性。结果表明:(1)RSCU>1的密码子有29个,其中有28个以A/U结尾,说明叶绿体基因组的同义密码子中偏好以A/U结尾。(2)紫九牛叶绿体基因组密码子的GC含量GC₁(47.38%)>GC₂(39.81%)>GC₃(29.60%),ENC值大于45的有40个,说明紫九牛叶绿体基因组存在较弱的偏性。(3)中性绘图分析和ENC-plot分析说明了紫九牛叶绿体基因组密码子的偏好性既受到选择的作用,又受到突变因素的影响。(4)通过构建的高低基因表达库最终确定了15个最优密码子,分别为UUG、AUU、GUU、GUA、UCU、 CCU、ACU、ACA、GCU、CAA、AAC、GAA、UGU、CGU和GGU。该研究为紫九牛叶绿体基因组的确定以及遗传多样性分析提供了依据。     

Codon usages in different gene classes of the Escherichia coli genome

A new measure for assessing codon bias of one group of genes with respect to a second group of genes is introduced. In this formulation, codon bias correlations for Escherichia coli genes are evaluated for level of expression, for contrasts along genes, for genes in different 200 kb (or longer) contigs around the genome, for effects of gene size, for variation over different function classes, for codon bias in relation to possible lateral transfer and for dicodon bias for some gene classes. Among the function classes, codon biases of ribosomal proteins are the most deviant from the codon frequencies of the average E. coli gene. Other classes of ‘highly expressed genes’ (e.g. amino acyl tRNA synthetases, chaperonins, modification genes essential to translation activities) show less extreme codon biases. Consistently for genes with experimentally determined expression rates in the exponential growth phase, those of highest molar abundances are more deviant from the average gene codon frequencies and are more similar in codon frequencies to the average ribosomal protein gene. Independent of gene size, the codon biases in the 5′ third of genes deviate by more than a factor of two from those in the middle and 3′ thirds. In this context, there appear to be conflicting selection pressures imposed by the constraints of ribosomal binding, or more generally the early phase of protein synthesis (about the first 50 codons) may be more biased than the complete nascent polypeptide. In partitioning the E. coli genome into 10 equal lengths, pronounced differences in codon site 3 G+C frequencies accumulate. Genes near to oriC have 5% greater codon site 3 G+C frequencies than do genes from the ter region. This difference also is observed between small (100–300 codons) and large (>800 codons) genes. This result contrasts with that for eukaryotic genomes (including human, Caenorhabditis elegans and yeast) where long genes tend to have site 3 more AT rich than short genes. Many of the above results are special for E. coli genes and do not apply to genes of most bacterial genomes. A gene is defined as alien (possibly horizontally transferred) if its codon bias relative to the average gene exceeds a high threshold and the codon bias relative to ribosomal proteins is also appropriately high. These are identified, including four clusters (operons). The bulk of these genes have no known function.