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。     

思茅松叶绿体基因组密码子偏好性分析

密码子偏好性(codon usage bias)是指同义密码子的使用频率不同的现象,该现象广泛存在于植物中.本研究利用Codon W 1.4.2和CUSP软件分析思茅松(Pinus kesiya var.langbianensis)叶绿体基因组的45条CDS,结果显示思茅松叶绿体基因组密码子第三位碱基的GC含量为29.63％,偏好以AT碱基结尾;ENC值在37.66～60.30之间,且ENC值＞45的CDS有37个,占总参试基因的82.22％;GC1、GC2、GC3与GCall均为极显著相关,GC3与ENC呈显著相关.中性绘图分析显示GC12和GC3的相关系数为-0.1114,回归系数为-0.1111;ENC-plot软件分析显示大部分基因与标准曲线的距离较远;PR2-plot软件分析显示思茅松叶绿体基因组在密码子的碱基使用频率方面,T＞A,G＞C.这些说明思茅松叶绿体基因密码子偏好性的主要影响因素为选择,突变的作用较小.本研究为思茅松种源选择、系统发育等研究提供科学依据.     

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...     

马尾松叶绿体基因组密码子偏好性分析

密码子偏好性(codon usage bais, CUB)是指生物体中编码同一种氨基酸的同义密码子的非均衡使用现象。本研究以35对引物获得的马尾松叶绿体全基因组为研究对象,利用CodonW、CAT1.3、EMBOSS等软件对马尾松叶绿体基因组中45条编码序列(coding sequences, CDS)进行了CUB分析,并将之与火炬松、北美鹅掌楸、杉木、雪松以及拟南芥等的叶绿体基因组CUB进行比较分析。分析显示,参试物种的叶绿体基因组都偏好以AT碱基结尾的密码子,且不同物种的CUB的偏性程度不同;中性绘图分析、ENC-plot以及PR2-plot偏倚分析等均表明:马尾松叶绿体基因组CUB在密码子第三位点上A/G的使用频率较高,且受到了选择等因素的影响;利用叶绿体基因密码子RSCU值对参试物种进行聚类分析发现,亲缘关系较近的马尾松与火炬松、雪松聚为一类,三者具有类似的密码子使用模式,也说明叶绿体密码子偏好性与亲缘关系存在一定的相关性。因此,叶绿体基因组CUB研究可以为系统进化的相关研究提供相关依据。     

鸟王茶基因密码子偏好性分析

生物体中普遍存在密码子使用偏好性,这对基因的异源表达效率具有较大影响.本研究使用CodonW软件对鸟王茶(Camellia sinensis var.niaowangensis)转录本中1 856个编码氨基酸的基因密码子进行分析,计算其密码子相对使用度,确定了27个最优密码子,并发现最优密码子大多以A或U结尾.通过ENC-GC3关联分析及PR2-plot偏倚分析,发现鸟王茶密码子使用模式受到突变和选择等多种因素的影响.与其他物种对比发现,鸟王茶密码子偏好性与其他物种存在不同程度的差异,其中与杨树及烟草差异最小.由于密码子具有通用性,分析结果对通过重建密码子提高茶树基因在其他植物中的表达效率从而验证鸟王茶基因功能具有一定意义.     

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。     

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。     

圆红冬孢酵母的密码子用法分析

运用CodonW等软件,分析了圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides基因组中191个蛋白质编码基因的密码子使用模式,包括密码子3个位置上的GC含量、有效密码子数和密码子使用频率。圆红冬孢酵母有效密码子数ENc值为38.9,密码子GC含量为63%,密码子第三位GC含量为78.3%,且偏好使用G或C结尾的密码子,确定了圆红冬孢酵母R. toruloides的21个高表达优越密码子。研究发现,圆红冬孢酵母与毕赤酵母、酿酒酵母、大肠杆菌和拟南芥在密码子使用频率上有较大差异,而与解脂耶氏酵母和果蝇差异相对较小。研究结果对提高外源基因在圆红冬孢酵母中表达效率及相关代谢工程和合成生物学研究有一定意义。     

栽培大豆和野生大豆线粒体基因组密码子使用偏性的比较分析

为分析栽培大豆和野生大豆线粒体基因组的密码子使用特征差异,该文以其线粒体基因组编码序列为研究对象,比较其密码子偏性形成的影响因素和演化过程。结果表明:(1)栽培大豆和野生大豆线粒体基因组编码区的GC含量分别为44.56%和44.58%,说明栽培大豆和野生大豆线粒体编码基因均富含A/T碱基。(2)栽培大豆和野生大豆线粒体基因组密码子第1位、第2位GC含量平均值与第3位GC含量的相关性均呈极显著水平,说明突变在其密码子偏性形成中的作用不可忽略; PR2-plot分析显示,在同义密码子第3位碱基的使用频率上,嘌呤低于嘧啶; Nc-plot分析中Nc比值位于-0.1～0.2区间的基因数占总基因数的95%以上;突变和选择等多重因素共同作用影响了大豆线粒体基因组编码序列密码子使用偏性的形成。(3)有20、21个密码子分别被确定为栽培大豆和野生大豆线粒体基因组编码序列的最优密码子,其中除丝氨酸TCC密码子外均以A或T结尾。综上结果认为,栽培大豆线粒体密码子偏性的形成受选择的影响要高于野生大豆,这可能是栽培大豆由野生大豆经长期人工栽培驯化的结果。     

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。     

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。     

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...     

Codon usage bias in human cytomegalovirus and its biological implication

Human cytomegalovirus (HCMV) infection, a worldwide contagion, causes a serious disorder in infected individuals. Analysis of codon usage can reveal much molecular information about this virus. The effective number of codon (ENC) values, relative synonymous codon usage (RSCU) values, codon adaptation index (CAI), and nucleotide contents was investigated in approximately 160 coding sequences (CDS) among 17 human cytomegalovirus genomes using the software CodonW. Linear regression analysis and logistic regression were performed to explore the preliminary data. The results showed that, overall, HCMV genomes had low codon usage bias (mean ENC = 47.619). However, the ENC of individual CDS varied widely and was distributed unevenly between host-related genes and viral-self-function genes (P = 0.002, odds ratio (OR) = 3.194), as did the GC content (P = 0.016, OR = 2.178). The ENC values correlated with CAI, GC content, and the nucleotide composing at the 3rd codon position (GC3s) (P < 0.001). There was a significant variation in the codon preference that depended on the RSCU data. The predicted ENC curve suggested that mutational pressure, rather than natural selection, was one of the main factors that determined the codon usage bias in HCMV. Among 123 genes with known function, the genes related to viral self-replication and viral–host interaction showed different ENC and CAI values, and GC and GC3s contents. In conclusion, the detailed codon usage bias theoretically revealed information concerning HCMV evolution and could be a valuable additional parameter for HCMV gene function research.     

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。     

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。     

Codon bias and gene expression of mitochondrial ND2 gene in chordates

Background: Mitochondrial ND gene, which encodes NADH dehydrogenase, is the first enzyme of the mitochondrial electron transport chain. Leigh syndrome, a neurodegenerative disease caused by mutation in the ND2 gene (T4681C), is associated with bilateral symmetric lesions in basal ganglia and subcortical brain regions. Therefore, it is of interest to analyze mitochondrial DNA to glean information for evolutionary relationship. This study highlights on the analysis of compositional dynamics and selection pressure in shaping the codon usage patterns in the coding sequence of MT-ND2 gene across pisces, aves and mammals by using bioinformatics tools like effective number of codons (ENC), codon adaptation index (CAI), relative synonymous codon usage (RSCU) etc. Results: We observed a low codon usage bias as reflected by high ENC values in MT-ND2 gene among pisces, aves and mammals. The most frequently used codons were ending with A/C at the 3^rd position of codon and the gene was AT rich in all the three classes. The codons TCA, CTA, CGA and TGA were over represented in all three classes. The F1 correspondence showed significant positive correlation with G, T3 and CAI while the F2 axis showed significant negative correlation with A and T but significant positive correlation with G, C, G3, C3, ENC, GC, GC1, GC2 and GC3. Conclusions: The codon usage bias in MTND2 gene is not associated with expression level. Mutation pressure and natural selection affect the codon usage pattern in MT-ND 2 gene.     

Analysis of synonymous codon usage patterns in different plant mitochondrial genomes

Codon usage in mitochondrial genome of the six different plants was analyzed to find general patterns of codon usage in plant mitochondrial genomes. The neutrality analysis indicated that the codon usage patterns of mitochondrial genes were more conserved in GC content and no correlation between GC12 and GC3. T and A ending codons were detected as the preferred codons in plant mitochondrial genomes. The Parity Rule 2 plot analysis showed that T was used more frequently than A. The EN_C-plot showed that although a majority of the points with low EN_C values were lying below the expected curve, a few genes lied on the expected curve. Correspondence analysis of relative synonymous codon usage yielded a first axis that explained only a partial amount of variation of codon usage. These findings suggest that natural selection is likely to be playing a large role in codon usage bias in plant mitochondrial genomes, but not only natural selection but also other several factors are likely to be involved in determining the selective constraints on codon bias in plant mitochondrial genomes. Meantime, 1 codon (P. patens), 6 codons (Z. mays), 9 codons (T. aestivum), 15 codons (A. thaliana), 15 codons (M. polymorpha) and 15 codons (N. tabacum) were defined as the preferred codons of the six plant mitochondrial genomes.     

香樟转录组基因密码子偏好性分析

为了解香樟基因密码子偏好性,该文以NCBI网站中香樟转录组数据为材料,利用生物信息学手段评价转录组数据质量,选取高质量数据的转录组,去除低质量序列,组装转录组,预测基因结构,再利用自编perl脚本提取以AUG开头的基因序列37 Mb序列34 931个基因,进一步利用CodonW分析基因密码子偏好性。结果表明:GC含量的变化范围为0.273～0.742,均值为0.452; ENC的范围为26.29～61.00,均值为52.76; CAI的范围为0.064～0.401,均值为0.199; RSCU值大于1的密码子数目为27个,其中以U或A结尾的有22个; 中性分析表明,小部分基因在对角线上,大多数基因偏离对角线; ENC-plot分析表明小部分基因在标准曲线上,大多数基因偏离标准曲线。上述研究结果表明,香樟基因的密码子偏好性比较弱,密码子常以A/U结尾; 突变和选择两者都在密码子偏好中起作用,而选择作用更大; 最终确定了GUU、CAG、GAA、UCU、GCU、GGU为最优密码子,通过对目标基因密码子的校正,提高表达效率,从而为利用基因工程技术改良香樟重要性状奠定了基础。     

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。