三联体密码子在mRNA二级结构中的分布

对编码成熟肽的ｍＲＮＡ二级结构的分析显示,每个密码子在ｍＲＮＡ二级结构中的位置有一定的倾向性,这种倾向性似乎与相应氨基酸的构象性质相一致。大多数编码疏水氨基酸的密码子位于ｍＲＮＡ二级结构中较稳定的茎区;反之,大多数编码亲水氨基酸的密码子位于柔性的环区。这个结果支持了最近得到的关于ｍＲＮＡ与蛋白质之间存在丰三维结构信息传递的结论。     

不同结构的蛋白编码基因的密码子偏性研究

利用聚类分析方法,对两类具有不同三级结构的75个蛋白的编码基因的密码子使用偏性进行了分析。75个基因样本序列按照对应蛋白的三级结构被很清晰的分成了两类,从而发现密码子的使用与蛋白质的三级结构有很大的相关性。这一重要结果证实了DNA的一维信息中蕴含着蛋白质的三级结构信息。     

人β神经生长因子基因稀有密码子及mRNA二级结构对其在大肠杆菌中表达的影响

目的:研究人β神经生长因子(β-NGF)基因中稀有密码子及其mRNA二级结构对其在大肠杆菌中表达量的影响。方法:根据对人β-ngf中稀有密码子及其mRNA二级结构的研究,同义突变人β-ngf基因,通过PCR得到人β-ngf的5’端同义突变基因rh-β-ngfp32和全同义突变基因rh-β-ngfmu,将这2个序列克隆入载体pET3a中,得到重组质粒pET3a-ngfp32和pET3a-ngfmu,分别转化大肠杆菌BL21(DE3)感受态,IPTG诱导表达,收集菌体,SDS-PAGE检测其表达量的改变。结果:构建的pET3a-ngfp32和pET3a-ngfmu表达载体酶切和测序结果正确,SDS-PAGE结果显示,与在重组菌pET3a-NGF总蛋白中的表达量相比,目的蛋白rh-β-NGF在重组菌pET3a-NGFP32和pET3a-NGFmu中的表达量均明显增高,并且在重组菌pET3a-NGFmu中的表达量高于重组菌pET3a-NGFP32。结论:目的蛋白rh-β-NGF在重组菌pET3a-NGFP32和pET3a-NGFmu中表达量的增高,说明人β-ngf基因中稀有密码子和mRNA的二级结构对其在大肠杆菌中的表达有较为明显的影响,结果为构建rh-β-NGF的大肠杆菌工程菌株奠定了基础。     

同义密码子的反常蛋白质二级结构偏好性

统计分析了 119种人蛋白质和 92种大肠杆菌蛋白质的mRNA序列和蛋白质二级结构的关系 .从二肽频数出发 ,研究了同义密码子使用对蛋白质二级结构的影响 ,证明其影响在 10 %到 2 0 %的量级 .对于人和大肠杆菌 ,在 90 %置信水平上 ,4 0 0对二肽中分别有 79对和 6 0对 ,在 95 %置信水平上 ,分别有 4 5对和 36对二肽的相应密码子二联体具有不同于氨基酸的反常二级结构偏好性 ,并且这种反常不能归因于随机涨落     

普通野生稻线粒体蛋白质编码基因密码子使用偏好性的分析

以普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)线粒体基因组为对象,分析其蛋白质编码基因的密码子使用特征及与亚洲栽培稻(O. sativa L.)的差异,探讨其密码子偏性形成的影响因素和进化过程。结果显示:普通野生稻线粒体基因组编码序列第1、第2和第3位碱基的GC含量依次为49.18%、42.67%和40.86%;有效密码子数(Nc)分布于45.32～61.00之间,其密码子偏性较弱; Nc值仅与GC_3呈显著相关,密码子第3位的碱基组成对密码子偏性影响较大;第1向量轴上显示9.91%的差异,其与GC_3s、Nc、密码子偏好指数(CBI)和最优密码子使用频率(Fop)的相关性均达到显著水平;而GC_3和GC₁₂的相关性未达到显著水平。因此,普通野生稻线粒体基因组密码子的使用偏性主要受自然选择压力影响而形成。本研究确定了21个普通野生稻线粒体基因组的最优密码子,大多以A或T结尾,与叶绿体密码子具有趋同进化,但是与核基因组具有不同的偏好性。同义密码子相对使用度(RSCU)、PR2偏倚分析和中性绘图分析显示,普通野生稻线粒体基因功能和其密码子使用密切相关,且线粒体密码子使用在普通野生稻、粳稻(O. sativa L. subsp. japonica Kato)和籼稻(O. sativa L. subsp.indica Kato)内具有同质性。     

流感病毒基因的密码子偏好性及聚类分析

流行性感冒病毒是一种造成人类及动物患流行性感冒的RNA病毒,它造成急性上呼吸道感染,并由空气迅速传播,在世界各地常有周期性的大流行。根据该病毒的基因组CDS序列,探讨了基因组序列密码子的使用模式和特性,并进行了病毒间的聚类分析。结果表明:流感病毒的G+C含量均低于A+U含量,偏向使用以A、U结尾的密码子的程度比使用以G、C结尾的较高,CUG、UCA、AGU、AGC、AGA、AGG、GUG、CCA、ACA、GGA、GCA、AUU、UGA、CAU、CAA、AAU、AAA、GAA等18个密码子为流感病毒共有的偏好性密码子,且以A结尾的居多,尤其偏爱AGA、GGA。聚类结果表明首先亚洲流感病毒H2N2和香港流感病毒H2N2聚为一类,亚洲流感病毒H1N1和俄罗斯流感病毒H1N1聚为一类,1997年和2003年~2004年发生的人禽流感聚为一类,说明它们的密码子使用的偏好性相似;而2009年爆发的甲型H1N1流感和任何一个流感的距离都比较远,说明甲型H1N1流感病毒是一种新型的病毒,不同于以往任何一种流感病毒。     

普通野生稻线粒体蛋白质编码基因密码子使用偏好性的分析

以普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）线粒体基因组为对象,分析其蛋白质编码基因的密码子使用特征及与亚洲栽培稻（O.sativa L.）的差异,探讨其密码子偏性形成的影响因素和进化过程。结果显示：普通野生稻线粒体基因组编码序列第1、第2和第3位碱基的GC含量依次为49.18%、42.67%和40.86%;有效密码子数（Nc）分布于45.32~61.00之间,其密码子偏性较弱;Nc值仅与GC₃呈显著相关,密码子第3位的碱基组成对密码子偏性影响较大;第1向量轴上显示9.91%的差异,其与GC_3s、Nc、密码子偏好指数（CBI）和最优密码子使用频率（Fop）的相关性均达到显著水平;而GC₃和GC₁₂的相关性未达到显著水平。因此,普通野生稻线粒体基因组密码子的使用偏性主要受自然选择压力影响而形成。本研究确定了21个普通野生稻线粒体基因组的最优密码子,大多以A或T结尾,与叶绿体密码子具有趋同进化,但是与核基因组具有不同的偏好性。同义密码子相对使用度（RSCU）、PR2偏倚分析和中性绘图分析显示,普通野生稻线粒体基因功能和其密码子使用密切相关,且线粒体密码子使用在普通野生稻、粳稻（O.sativa L.subsp.japonica Kato）和籼稻（O.sativa L.subsp.indica Kato）内具有同质性。     

qa-3稀有密码子和mRNA结构改造及其在大肠杆菌中的高效表达

奎尼酸脱氢酶的高表达是奎尼酸生物合成的代谢工程研究的关键和基础。粗糙脉孢菌基因组中编码奎尼酸脱氢酶的基因qa-3在大肠杆菌中不表达,根据大肠杆菌密码子使用频率分析qa-3基因,发现有27个稀有密码子,其中编码Arg(R)的有8个,编码Gly(G)的有9个。编码精氨酸的AGG(AGA)两个稀有密码子紧密相连(R区),另外还有个相对比较集中的GGG密集区G区。进一步通过计算机分析其qa-3基因mRNA二级结构,发现改变5′和3′末端个别碱基对其二级结构的影响很大,可以使mRNA的自由能由野生型的-374.3kJ/mol降低到最小-80.5kJ/mol,从而大大减少mRNA两端二级结构的产生,而仅仅改变R区和G区的稀有密码子自由能变化很小。通过对该基因密码子改造和优化5′和3′末端对其mRNA二级结构的影响,在大肠杆菌中表达真菌的基因qa-3,并测到了奎尼酸脱氢酶活性,为构建产奎尼酸工程菌株奠定基础。     

大肠杆菌基因中密码子前后碱基的使用与蛋白质结构

对一组E.coli基因中编码蛋白质各类二级结构（α-螺旋、β－折叠片、无规卷曲和回折）的密码子前后碱基的使用情况进行统计分析和比较,发现一些密码子前后碱基的使用有偏向,而且这些偏向与蛋白质的二级结构有关联,这同时亦表明,E.coli基因中同义密码子的选用与蛋白质的二级结构有一些关联。模型对于蛋白质结构预测算法的改进以及基因工程的研究有辅助作用。     

A novel bicistronic vector for overexpressing Mycobacterium tuberculosis proteins in Escherichia coli

A putative DNA glycosylase encoded by the Rv3297 gene (MtuNei2) has been identified in Mycobacterium tuberculosis. Our efforts to express this gene in Escherichia coli either by supplementing tRNAs for rare codons or optimizing the gene with preferred codons for E. coli resulted in little or no expression. On the other hand, high-level expression was observed using a bicistronic expression vector in which the target gene was translationally coupled to an upstream leader sequence. Further comparison of the predicted mRNA secondary structures supported the hypothesis that mRNA secondary structure(s) surrounding the translation initiation region (TIR), rather than codon usage, played the dominant role in influencing translation efficiency, although manipulation of codon usage or tRNA supplementation did further enhance expression in the bicistronic vector. Addition of a cleavable N-terminal tag also facilitated gene expression in E. coli, possibly through a similar mechanism. However, since cleavage of N-terminal tags is determined by the amino acid at the P₁′ position downstream of the protease recognition sequence and results in the addition of an extra amino acid in front of the N-terminus of the protein, this strategy is not particularly amenable to Fpg/Nei family DNA glycosylases which carry the catalytic proline residue at the P₁′ position and require a free N-terminus. On the other hand, the bicistronic vector constructed here is potentially valuable particularly when expressing proteins from G/C rich organisms and when the proteins carry proline residues at the N-terminus in their native form. Thus the bicistronic expression system can be used to improve translation efficiency of mRNAs and achieve high-level expression of mycobacterial genes in E. coli.     

Influence of codon usage bias on FGLamide-allatostatin mRNA secondary structure

The FGLamide allatostatins (ASTs) are invertebrate neuropeptides which inhibit juvenile hormone biosynthesis in Dictyoptera and related orders. They also show myomodulatory activity. FGLamide AST nucleotide frequencies and codon bias were investigated with respect to possible effects on mRNA secondary structure. 367 putative FGLamide ASTs and their potential endoproteolytic cleavage sites were identified from 40 species of crustaceans, chelicerates and insects. Among these, 55% comprised only 11 amino acids. An FGLamide AST consensus was identified to be (X)_1→16Y(S/A/N/G)FGLGKR, with a strong bias for the codons UUU encoding for Phe and AAA for Lys, which can form strong Watson-Crick pairing in all peptides analyzed. The physical distance between these codons favor a loop structure from Ser/Ala-Phe to Lys-Arg. Other loop and hairpin loops were also inferred from the codon frequencies in the N-terminal motif, and the first amino acids from the C-terminal motif, or the dibasic potential endoproteolytic cleavage site. Our results indicate that nucleotide frequencies and codon usage bias in FGLamide ASTs tend to favor mRNA folds in the codon sequence in the C-terminal active peptide core and at the dibasic potential endoproteolytic cleavage site.     

Does mRNA structure contain genetic information for regulating co-translational protein folding?

Currently many facets of genetic information are illdefined.In particular,how protein folding is genetically regulated has been a long-standing issue for genetics and protein biology.And a generic mechanistic model with supports of genomic data is still lacking.Recent technological advances have enabled much needed genome-wide experiments.While putting the effect of codon optimality on debate,these studies have supplied mounting evidence suggesting a role of mRNA structure in the regulation of protein folding by modulating translational elongation rate.In conjunctions with previous theories,this mechanistic model of protein folding guided by mRNA structure shall expand our understandings of genetic information and offer new insights into various biomedical puzzles.     

果蝇Drosophila saltans种亚组（双翅目：果蝇科）系统发育关系：形态学能否解决分子冲突？

正确的系统发生重建对于理解进化事件至关重要.尽管分子系统学对于解决此类问题取得了极大的成功,由于一些诸如密码子使用偏性等的内在约束,来源于DNA的信息可能仍然存在着局限.因为发生在祖先的替代性转换,果蝇Drosophila saltans 5个种亚组由不同基因构建的分子系统树之间存在着冲突(在以往发表的分子系统学研究中,这些种组的每一个种亚组全少有一个代表).本文用40个形态学特征重新分析了这些种组.不同于以前发表的大多数假说,本研究支序分类学的结果表明,果蝇sturtevanti种亚组是一个较早的分支,而剩下的4个亚组形成一个支持度较高的类群;后者又可以再分为两个姐妹群:一个包含cordata和elliptica亚组,另一个包含parasaltans和saltans亚来组.本研究结果修正了果蝇saltans种组的分子进化(密码子使用偏性),并强调形态学对于系统发生重建和理解分子进化现象的重要作用.     

果蝇Drosophila saltans种亚组(双翅目:果蝇科)系统发育关系:形态学能否解决分子冲突?(英文)

正确的系统发生重建对于理解进化事件至关重要。尽管分子系统学对于解决此类问题取得了极大的成功,由于一些诸如密码子使用偏性等的内在约束,来源于DNA的信息可能仍然存在着局限。因为发生在祖先的替代性转换,果蝇Drosophila saltans 5个种亚组由不同基因构建的分子系统树之间存在着冲突（在以往发表的分子系统学研究中,这些种组的每一个种亚组至少有一个代表）。本文用40个形态学特征重新分析了这些种组。不同于以前发表的大多数假说,本研究支序分类学的结果表明,果蝇sturtevanti种亚组是一个较早的分支, 而剩下的4个亚组形成一个支持度较高的类群;后者又可以再分为两个姐妹群：一个包含cordata 和elliptica 亚组,另一个包含parasaltans和saltans亚组。本研究结果修正了果蝇saltans种组的分子进化（密码子使用偏性）,并强调形态学对于系统发生重建和理解分子进化现象的重要作用。     

Causal signals between codon bias,mRNA structure,and the efficiency of translation and elongation

Ribosome profiling data report on the distribution of translating ribosomes, at steady‐state, with codon‐level resolution. We present a robust method to extract codon translation rates and protein synthesis rates from these data, and identify causal features associated with elongation and translation efficiency in physiological conditions in yeast. We show that neither elongation rate nor translational efficiency is improved by experimental manipulation of the abundance or body sequence of the rare AGG tRNA. Deletion of three of the four copies of the heavily used ACA tRNA shows a modest efficiency decrease that could be explained by other rate‐reducing signals at gene start. This suggests that correlation between codon bias and efficiency arises as selection for codons to utilize translation machinery efficiently in highly translated genes. We also show a correlation between efficiency and RNA structure calculated both computationally and from recent structure probing data, as well as the Kozak initiation motif, which may comprise a mechanism to regulate initiation.