关于遗传密码起源问题的几点看法

氨基酸与核苷酸之间的密码关系可能来自原始tRNA链（包括识别核苷酸及反密码子）与氨基酸的直接相互作用即原始tRNA识别或第二套遗传密码.     

遗传密码的高维空间对称性

对称性是由均衡比例产生的匀称美。对称性和对称破缺在自然界和生命现象中普遍存在。20种氨基酸和终止码共有64个遗传密码子,组成一个6维的编码空间。遗传密码空间以对称轴将空间分成对称的两大部分：嘌呤空间和嘧啶空间。遗传密码子的简并以对称轴为参考轴,呈平行排列。高简并度氨基酸（6,4,3,简并度）和低筒并度氨基酸（1,2简并度）的简并子空间近似呈周期性的双方错方式排列。遗传密码的简并与4种核苷酸的二进制数字编码,具有密切的关系。经过分析,可得出遗传密码的连通性λλ简并法则：“除丝氨酸的密码子分成两个与对称轴平行的,分离的子空间之外,其余氨基酸和终止密码的密码子,都通过与空间对称轴平行的λλ平面或λ边简并,组成独立的,单一的连通子空间。”并对氨基酸密码子的惯用率与编码空间的对称关系,以及数字生物学的意义进行了分析和讨论。     

与内含子相邻的核苷酸是tRNA内切酶的识别特征

含有内含子的tRNA前体必须经过剪接反应加工成熟.顺序比较指出与内含子顺序相邻的核苷酸有一定的特异性.用寡核苷酸定点突变技术改变这2个位点的核苷酸,确定这些tRNA前体的剪接效率.结果如下:当37位和38位都是嘌呤核苷酸时,tRNA内切酶能够有效地酶切酵母 tRNA~(phe)前体;如果其中的 1个位点变成嘧啶核苷酸,但另1个位点的核苷酸是野生型的嘌呤核苷酸,tRNA前体的酶切效率将降低.如果2个位点的核苷酸都发生变异,其中1个是嘧啶核苷酸,另1个是变异的嘌呤核苷酸,tRNA前体的酶切效率就会进一步降低.如果2个位点都是嘧啶核苷酸,tRNA前体就难以为tRNA内切酶酶切了.由此提出,与内含子相邻的核苷酸也是tRNA由切酶识别的结构特征.tRNA前体的37位和38位核苷酸的改变可能影响剪接位点之间的距离或它们的精细结构,从而影响tRNA内切酶酶切的效率.     

第二套遗传密码的发现

若把信使RNA(mRNA)为不同氨基酸的编码称为第一套遗传密码,或经典的遗传密码,这里把以氨酰转移RNA(tRNA)合成酶为媒介,使一种氨基酸与适当的tRNA分子偶联的遗传密码叫做第二套遗传密码。人们早就发现在tRNA分子中,识别氨基酸的位点不都取决于反密码子,但长期以来没有破译氨基酸与tRNA之间的密码关系。最近美国麻省理工学院的Hou,Y—M和Schimmel,P首次发现,大肠杆菌丙氨酸tRNA中的G_3U_(70)单一碱基对是决定接受丙氨酸的密码。但它并不像第一套遗传密码中的     

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。     

线粒体遗传密码及基因组遗传密码的对称分析

病毒、细菌和真核生物的氨基酸编码都使用相同的遗传密码,表明它们可能有共同的来源。但人和牛的线粒体的遗传密码和基因组的遗传密码相比,出现以下不同;（1）ATA编码甲硫氮酸M而不是异亮氨酸I。（2）TGA不再是终止密码子X而编码色氨酸W。（3）AGA和AGG不再是精氨酸R的密码子而变为终止密码子X。应用高维空间拓扑分析的方法,对线粒体遗传密码和基因组遗传密码的6维编码空间进行对称性分析,得到如下结果：（1）线粒体遗传密码的起始密码子是2个而不是1个。（2）线粒体遗传密码的终止密码子是4个而不是3个。（3）线粒体遗传密码空间只有2、4、6三种偶数简并度而没1、3两种奇数简并度,表明其对称度较高。（4）线粒体遗传密码空间除丝氨酸S分成两个平行的子空间之外,终止密码子X亦分成两个平行的子空间,表明其连通度较低。（5）线粒体遗传密码一基因组遗传密码相比,共有3个简并平面出现变异,即：1001λλ（M和I）,011λ1λ（W和X）,以及1011λλ（S和X或S和R）。（6）基因组遗传密码的1、3两种奇数简并度可能来源于线粒体遗传密码的1001λλ平面和011λ1λ平面的对称性破缺。对线粒体遗传密码变异的生物学意义及遗传密码的起源进行了分析和讨论。     

遗传信息的编码原理—核苷酸三联体等长编码的必然性

理论物理与理论生物学家盖莫夫(G.Gamov)在1954年最先提出了遗传密码是核苷酸三联体的假说。1961年克里克(Crick)等人用T_4噬菌体码组位移突变做形式遗传学实验,证明遗传密码确实是以核苷酸三联体密码子代表20种标准氨基酸的。后来尼伦堡(Nirenberg)等人用人工合成的多聚核糖核苷酸作模板促进氨基酸参入的实验,解读了全部的遗传密码。     

从遗传密码表看遗传密码的特性

遗传密码是决定蛋白质中氨基酸顺序的核苷酸顺序,由三个连续的核苷酸组成的密码子所构成。本文通过遗传密码表,对遗传密码所具有的几个特性作了介绍。     

人类蛋白编码基因局部GC水平相关性分析

GC含量是基因组DNA序列碱基组成的重要特征, 蕴涵基因结构、功能和进化信息。文中通过从公共数据库提取7 992个非冗余的人类蛋白质编码基因DNA序列, 分析了基因序列不同区域的局部GC含量和相关性。结果表明: 基因局部GC含量呈现不均一性, 5′非翻译区GC水平最高, 为62.56%; 而3′非翻译区GC水平最低, 为43.97%。3′侧翼序列的GC含量能较好地代表基因所在区域DNA长片段的GC水平。虽然开放阅读框的GC含量比内含子、3′非翻译区和3′侧翼序列的GC含量高, 但4个区域的GC含量之间均存在较高的相关性。密码子第三位置的平均GC含量(GC3)为58.09%, 显著高于密码子第一位置和第二位置的GC含量, 且与开放阅读框的GC水平高度相关, 相关系数高达0.91。GC3与内含子、3′非翻译区、3′侧翼序列的GC水平相关性也较高, GC3对3′侧翼序列的GC含量的直线回归斜率为1.25。因此, GC3可作为基因所在区域GC水平变化的敏感性指标。而密码子第一位置和第二位置以及5′侧翼序列和5′非翻译区GC水平与基因其他区域的GC水平的相关性较弱。该研究结果提示: 基因蛋白编码区密码子第三位置、内含子、3′非翻译区和3′侧翼序列的碱基可能经历了相近的进化过程, 而蛋白编码区密码子第一位置和第二位置、5′侧翼序列和5′非翻译区由于功能的需要而经历了不同的突变和选择。     

中国野桑蚕线粒体基因组特征

中国野桑蚕（ChBm）线粒体全基因组序列为15688bp,由13个蛋白编码基因、2个rRNA基因、24个tRNA基因和AT富集区构成,比家蚕和日本野桑蚕（JaBm）线粒体基因组多2个tRNA基因．除COI基因外（含有一个TTAG假想起始密码子）,所有蛋白编码基因含有典型的ATN起始密码子;13个蛋白编码基因中,有11个使用TAA作为终止密码子．除tRNA^Ser（TGA）-like具有四茎环结构外,其他的tRNA具有典型的三叶草结构．ChBm的AT富集区为484bp,短于JaBm和家蚕．系统发育分析表明,ChBm与家蚕的亲缘关系较近,与JaBm的亲缘关系较远．ChBm与家蚕的分化时间约在（1．08±0．18）～（1．41±0．24）百万年前,家蚕和JaBm的分化时间约在（1．53±0．20）～（2．01±0．26）百万年前,ChBm和JaBm的分化时间约在（1．11±0．16）～（1．45±0．21）百万年前．     

太平洋鳕线粒体全基因组测序及结构特征分析

通过二代基因测序技术获得太平洋鳕(Gadus macrocephalus)线粒体基因组全序列, 对线粒体基因进行了注释, 对其序列结构进行了分析。研究结果表明, 太平洋鳕线粒体基因组全长16569 bp, 共编码13个蛋白质, 并且包含了22个tRNA, 2个rRNA以及1个D-Loop区。碱基组成存在明显的AT偏向和弱AT负偏斜现象。太平洋鳕线粒体在蛋白质编码基因中共有5种终止密码子, 包含哺乳动物线粒体常见终止密码子AGG与AGA。除tRNA-Ser(GCT)基因缺失二氢尿嘧啶臂(DHU臂)外, 其余tRNA均能形成典型的三叶草结构。D-Loop区只存在与终止结合序列区(Terminal associated sequences, TAS)和保守序列框(Conserved sequences blocks, CSB)功能类似的序列, 并且出现17 bp的嘧啶序列。非编码区含有一段保守的控制轻链复制起始的序列(O_L)及一段74 bp的基因间隔区。基于线粒体基因组全序列和Cytb基因, 分别构建了鳕形目下几种鳕的进化树, 结果为揭示太平洋鳕进化地位提供了重要依据。     

寻找水稻DNA编码与非编码区边界方法的比较研究

在分析DNA序列复杂度、预测基因编码区和非编码的DNA边界识别等问题中,以熵为基础构造的离散量度量提供了一种强有力的工具。为改进寻找水稻基因编码与非编码区边界的效率,本文提出了两个新的离散量度量（α-KL离散量与α-Jensen-Shannon 离散量）,根据密码子的GC含量对氨基酸对应密码子构建了粗粒化向量。 比较了融合Jensen-Shannon 离散量、Jensen-Renyi 离散量、α-KL离散量和α-Jensen-Shannon 离散量等不同向量所获得的精度,结果表明,在对水稻基因编码区‘终止子’的识别效率上,构建的密码子粗粒化向量融合新引进的度量方法比Bernaola等人的方法(2000)提高了4~5倍。     

氨酰-tRNA合成酶专一性识别的进化

氨酰-tRNA合成酶(AARS)是一类在蛋白质合成过程中起着重要作用的酶,它通过与tRNA及其相应氨基酸的专一性识别作用,使得基因序列能够被精确地翻译成蛋白质序列.然而,氨酰-tRNA合成酶的这种识别作用既有专一性,也具有“兼容性”.氨酰-tRNA合成酶的这种双重性质不仅与其结构的进化有关,而且还与其所处的各类生物的不同进化阶段有关.AARS似乎经历了一个由“模糊专一性”（多重专一性）到“精确专一性”（单一专一性）的演变历程.     

广西华珊瑚蛇线粒体基因组全序列测定与分析

本研究对眼镜蛇科广西华珊瑚蛇（Sinomicrurus peinani）线粒体基因组序列进行测定与分析,并探究其与近缘种的系统发育关系。结果表明,广西华珊瑚蛇线粒体基因组是一条全长19 477 bp的环状DNA,基因组碱基构成为A（33.4%）、T（28.1%）、C（26.6%）和G（11.9%）。共编码38个基因,包含2个核糖体RNA（rRNA）基因、22个转移RNA（tRNA）基因、13个蛋白质编码基因及1个线粒体基因控制区（D-loop）。13个蛋白质编码基因均采用AUG作为起始密码子,UAA和UGA作为终止密码子;蛋白质编码基因编码频率较高的氨基酸分别为亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、苏氨酸（Thr）和丝氨酸（Ser）;相对密码子使用度（RSCU）频率最高的4个密码子依次是CGA、UGA、CUA和CCA。22个tRNA,除tRNASer（一臂两环）外其他均可形成典型三叶草结构。基于眼镜蛇科线粒体基因组系统发育分析结果表明,与广西华珊瑚蛇关系最密切的是中华珊瑚蛇（Sinomicrurus macclellandi）,其次是孟加拉眼镜蛇（Naja kaouthia）与眼镜王蛇（Ophiophagus hannah）。     

柳紫闪蛱蝶线粒体基因组全序列及与相关蛱蝶类的比较分析(英文)

该文对柳紫闪蛱蝶Apaturailia(鳞翅目:蛱蝶科)的线粒体基因组全序列进行了测定,同时结合其它已知蛱蝶类的相应序列进行了比较分析。结果显示:柳紫闪蛱蝶的线粒体基因组(GenBankaccessionno.:JF437925)是一个15242bp的环状DNA分子,包含13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因。13个蛋白编码基因中,除了COI基因的起始密码子是CGA外,其余12个蛋白编码基因都具有标准的ATN起始密码子;柳紫闪蛱蝶与其它已测的10种蛱蝶在基因定位和排列顺序方面几乎相同,只是在非编码序列上存在细微的差异,其核苷酸的构成及密码子使用频率都处于鳞翅目昆虫的范围之内。22个的tRNA基因中,除了tRNASer(AGN)缺少DHU臂,其余的tRNA基因都显示为典型的三叶草结构。基因组共存在9处基因间重叠区(总长度为33bp)以及12个基因间隔区(总长为155bp,最长间隔是49bp,最短的是1bp)。在ND6和Cytb间的间隔区中还发现有(TA)23似微卫星结构。与其他蛱蝶类相似,403bp的AT富集区包含有ATAGA,ATTTA二个保守模块(一个21bp的poly-T,一个10bp的poly-A),以及二个似微卫星的重复结构((TA)10和(TA)7)。     

粘虫核型多角体病毒多角体蛋白基因结构和序列的研究

测定了粘虫核型多角体病毒（Ｌｅｕｃａｎｉａｓｅｐａｒａｔａｎｕｃｌｅａｒｐｏｌｙｈｅｄｒｏｓｉｓｖｉｒｕｓ,ＬｓＮＰＶ）两个ＥｃｏＲＶ片段的共１２０１ｂｐ序列,发现了一个７１４ｂｐ的开放阅读框（ＯＲＦ）,根据其与多种ＮＰＶ多角体蛋白基因（ｏｃｕ）同源性的比较和５＇端典型的１４ｂｐ保守序列,说明此ＯＲＦ即为ＬｓＮＰＶ的ｏｃｕ基因。根据核苷酸序列预测的多角体蛋白有２４６个氨基酸,其中酸性和碱性氨基酸数相等,疏水氨基酸含量很高,氨基酸组成中以谷氨酸（Ｇｌｕ）含量最高,谷氨酰胺和半胱氨酸含量最低。编码区碱基同源性与ＭｂＮＰＶ最高,为９７．０％;氨基酸同源性与ＭｂＮＰＶ最高,为９７．５％。密码子偏爱选用以第三个碱基为嘧啶的密码子。二级结构分析表明,α－螺旋（Ｈ）和β－折叠（Ｓ）相等,β－转角含量是Ｈ和Ｓ含量之和。     

15种氨基酸随机肽库的小盒式DNA编码文库的构建

采用小盒式DNA编码文库的构建策略,选取在进化上可能起源较早的15种氨基酸,按照其简并密码子合成了一个为10个随机氨基酸编码的小盒式DNA模板,经过连续3轮的PCR扩增、酶切及连接的小盒式文库组装过程,成功构建了一个文库容量达1.31×10¹²/ml,随机编码区长达97个氨基酸的小盒式DNA编码文库。     

loop序列对双分子三螺旋DNA稳定性的影响

运用分子力学方法研究了 2 0个双分子三螺旋DNA ,其嘧啶链序列是 5′- dTTCTTTTC- L1TTTL5 -CTTTTCTT -3′,划线的 5个核苷酸组成loop环 ,L1和L5可以是任意的核苷酸 ;嘌呤链的序列是 5′- GAAAAGAA 3′和 5′- AAGAAAAG -3′ ;2条链方向相反 .对 2 0个不同loop序列双分子三螺旋DNA稳定性的研究结果表明 ,5′- loop三螺旋比相应的 3′- loop三螺旋更稳定 ,嘌呤比嘧啶与相邻碱基的堆积作用大 .2 0个三螺旋DNA的相对稳定性主要是由loop环上L1和L5碱基组成不同决定的     

人类基因同义密码子偏好的特征以及与基因GC含量的关系

对人类的728个基因,按其编码区中GC的含量分成四组(从GC＜0.43到GC＞0.58),分别考察了这四组样本对同义密码子偏好的特征,发现在全部样本中都呈现NTG(N代表四种碱基中的任一种)特受偏爱和NCG尽量避免的特征.基因环境中GC含量与C3/G3含量(密码子第三位C和G的含量)的相关分析,以及四组样本对密码子的偏好都支持以C结尾的密码子在编码中有特殊的优势,这种优势有利于保证翻译的准确性.还考察了各种氨基酸含量随编码区GC含量不同而变化的趋势.     

浑球红细菌谷氨酰胺合成酶基因(glnA)及PⅡ蛋白基因(glnB)的序列分析

测定了浑球红细菌的glnA和／glnB基因DNA序列,共2707nt。其中glnA基因编码区为1401nt,编码467个氨基酸;glnB基因编码区为336nt,编码112个氨基醚。DNA序列的G＋C百分含量为65％,它们的密码子第三位GC利用率高达89．1％。在氨基酸序列上,GS酶和PⅡ蛋白与其它不同属的细菌间有较好的同源性,尤其是固氮类细菌间同源性较高。