大肠杆菌基因中密码对使用的规律

为了探讨基因组序列的非随机性对密码对使用的影响程度,揭示依赖上下文的密码对偏爱性(CDCB)可能存在的规律,本文主要对大肠杆菌基因组中密码子及其紧邻密码子(密码对)偏爱作了全面的统计分析。结果发现85%的密码子在其紧邻密码子位点有显著依赖上下文的密码对偏爱性,通过密码对与全序列六联体(三联体对)的相对丰度比较发现,大约35%的密码对偏好性不能用基因组的序列组分来解释。当密码子第二和第三位点核苷酸相同,且紧邻密码子相同时,它们的相对丰度有显著相关性。结果表明我们的数据支持依赖上下文的密码子偏好的主要原因是蛋白质合成精确性选择的假设,即本文结果揭示了依赖上下文的密码对偏好性可能存在的规律,从而为今后进一步研究大肠杆菌基因组中密码对使用偏好性提供参考。     

基于mRNA 5'端TIR区二级结构优化提高重组sTNFαRI在大肠杆菌中的表达水平

目的:通过优化PET11b-s TNFαRI 5'mRNA翻译起始区(TIR)二级结构从而提高可溶性肿瘤坏死因子I型受体(sTNFαRI)在大肠杆菌[E.coli BL21(DE3)]中的表达水平。方法:通过对PET11b-s TNFαRI mRNA 5'端TIR区二级结构的自由能及核苷酸位置熵分析,设计相应的引物对mRNA 5'翻译起始区(TIR)相应密码子进行突变,从而使核糖体结合位点(RBS)及起始密码子(AUG)暴露于发夹结构之外,此外将p ET11b核糖体结合位点由GAAGGAGA突变为GAAGAA,以利于翻译复合体的组装以及翻译起始。通过基因克隆的方法将5'端TIR区优化后的序列与s TNFαRI序列一起克隆到p ET11b载体中,并转化大肠杆菌BL21(DE3),阳性转化子经IPTG诱导表达,SDS-PAGE和Western blot检测。结果:通过对PET11b-s TNFαRI 5'TIR mRNA二级结构优化,经SDS-PAGE和Western blot分析表明重组s TNFαRI的表达水平较优化前提高50%~60%。结论:通过对重组载体翻译起始区(TIR)mRNA序列的二级结构优化可以有效提高目的蛋白的表达水平,对进一步工业化生产具有重要的应用价值。     

5’UTR中AUG的分布及其对翻译起始的影响

以细菌和古菌基因组5′ UTR序列作为研究对象,分析在5′ UTR 的3个不同阅读框架中三联体AUG的分布,发现无论是细菌还是古菌基因组都在阅读框1中有非常明显的AUG缺失(depletion)。AUG的缺失表明在起始密码子上游的AUG很可能会对基因的翻译起始产生影响。分析得知：绝大部分的AUG都是以uORF(upstream open reading frame)的形式出现的,uAUG(upstream AUG)的数量很少,特别是在阅读框1中,而且在细菌基因组的阅读框1中uAUG较多地出现在了含有SD序列的基因上游。比较发现,uAUG引导的序列在同义密码子使用上的偏好性较真正的编码序列差,这可能表明细菌和古菌在同义密码子使用上的偏好性也是决定基因准确地翻译起始的重要因素之一。     

鸡基因组差异表达基因翻译起始密码子上下游序列的比较研究

翻译起始调控是基因表达调控的一个关键步骤之一。本文以鸡为研究材料,比较研究了鸡基因组高表达基因和低表达基因翻译起始密码子上下游的碱基序列差异,旨在寻找影响鸡基因表达水平的特异性调控位点。全部3 020个单剪接基因完整的mRNA序列及有详细注释的5＇UTRs序列从Ensembl下载。编写计算机程序,读取每个基因mRNA起始密码子上下游各位点的碱基。研究发现,起始密码子上游-3、-2位点可能是鸡基因组基因表达起始密码子正确识别的关键位点。起始密码子上下游的碱基组成分析发现,高表达基因和低表达基因起始密码子的上游均倾向使用（G＋C）,高表达基因的使用偏倚尤为强烈。序列差异比较发现,高表达基因在-9、-6、-3、＋4位点显著偏向G,在-1、-2、-4、-5位点显著偏向C。低表达基因起始密码子上游使用A、U的频率显著高于低表达基因。在-19位点强烈偏向A,在＋1、＋11、＋14位点强烈偏向U。     

桃儿七叶绿体比较基因组学分析

为探究桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)不同叶绿体基因组特征,本研究以桃儿七5个叶绿体基因组为研究对象,借助生物信息学工具进行基因组图谱构建、重复序列分析、密码子偏好分析、反向重复序列区(inverted repeat, IR)/单拷贝区(single-copy, SC)边界分析、基因组序列比较分析及系统发育分析。结果表明:桃儿七5个叶绿体基因组全长为157 203–157 940 bp,为典型的叶绿体四分体结构,共注释出133–137个基因,说明桃儿七叶绿体基因组具有多样性。桃儿七不同叶绿体基因组简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)位点不同,单核苷酸A/T占主要优势,散在重复序列包括正向重复、回文重复和反向重复3类。密码子偏好分析显示有效密码子(effective number of codon,ENc)值为51.14–51.17,密码子偏好性弱,GC与GC3s所占比例小于50%,密码子偏向使用A和U碱基并且以A和U碱基结尾。桃儿七5个叶绿体基因组IR/SC边界和基因组序列均比较保守。系统发育分析结果表明桃儿七和北美桃儿七亲...     

5'UTR中AUG的分布及其对翻译起始的影响

以细菌和古菌基因组5’UTR序列作为研究对象,分析在5’UTR的3个不同阅读框架中三联体AUG的分布,发现无论是细菌还是古菌基因组都在阅读框1中有非常明显的AUG缺失（depletion）。AUG的缺失表明在起始密码子上游的AUG很可能会对基因的翻译起始产生影响。分析得知：绝大部分的AUG都是以uORF（upstream open readingframe）的形式出现的,uAUG（upstreamAUG）的数量很少,特别是在阅读框1中,而且在细菌基因组的阅读框1中uAUG较多地出现在了含有SD序列的基因上游。比较发现,uAUG引导的序列在同义密码子使用上的偏好性较真正的编码序列差,这可能表明细菌和古菌在同义密码子使用上的偏好性也是决定基因准确地翻译起始的重要因素之一。     

原核表达中优化起始密码下游序列的软件设计与实现

在原核表达中影响外源基因表达效率的因素有很多,这其中翻译起始效率起了非常重要的作用。翻译起始效率又主要受SD序列、SD序列与起始密码子之间的间距、DB(DownstreamBox)序列、mRNA翻译起始区(TIR)的二级结构和稀有密码子等因素的影响。主要针对DB序列和5′端稀有密码子的优化设计了软件。通过计算机对序列进行分析比对后,按照匹配碱基数、匹配位置、密码子使用频率平均值的顺序进行排序,给出一些优化序列,并给出了软件算法。     

寿光鸡ADSL基因5′调控区的克隆、序列分析以及单核苷酸多态性的研究

腺苷酸琥珀酸裂解酶(ADSL)是双功能酶,催化嘌呤核苷酸的起始合成与嘌呤核苷酸的循环。通过对寿光鸡ADSL 5′调控区1035bp的序列进行克隆和测序分析,发现其具有典型的管家基因特征：没有真核基因明显的TATA盒和CAAT盒出现,并且位于起始密码子(ATG)前234个碱基具有非常高的GC含量达72．65％。在邻近起始密码子“ATG”处,5′调控区含有两个核呼吸因子-2(NRF-2),在相同位置上人类ADSL基因也具有与此类似的两个核呼吸因子-2结合位点,被认为在嘌呤核苷酸合成途径起到重要作用。值得一提的是位于寿光鸡5′侧翼调控区-27号碱基发生C→T突变,存在于所有研究的寿光鸡个体中,频率为1。该突变使得本来不是NRF-2(核呼吸因子2)结合位点的CTCC突变为NRF-2结合位点CTTC。而人类却恰恰与此相反第一个NRF-2结合位点发生了突变(CTTC→CTCC),并导致出现ADSL缺陷症状。     

白花除虫菊叶绿体基因组特征及系统发育研究

白花除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)是全球唯一集约化种植的杀虫园艺作物,从其头状花序提取的天然除虫菊酯广泛应用于有机农业和家居害虫防控,具有极高的商业价值。本研究通过Illumina HiSeq 2500测序平台对白花除虫菊叶绿体基因组进行了测序,并对其结构特征及系统进化关系进行了分析。结果表明,白花除虫菊叶绿体基因组为典型的四分体结构,基因组大小为150 171 bp,包括84个蛋白质编码基因、 37个转运RNA基因和8个核糖体RNA基因;密码子偏好性分析发现其叶绿体基因组中密码子末端偏好以A和U结尾,其中亮氨酸的密码子是最常用的,其使用UUA密码子的频率最高,RSCU值为1.88。在其叶绿体基因组中鉴定到简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)位点共41个,包含37个单核苷酸重复序列、 4个复合型核苷酸重复序列;基于菊科(Asteraceae)39个叶绿体基因组序列构建的系统发育树表明,其叶绿体基因组高度保守,除近缘红花除虫菊(T.coccineum)外,除虫菊类与同为菊科的植物蒿子杆(Ismelia carinata)亲缘...     

基因表达与mRNA结构的关系

基因的转录调控和转录后水平的调控在基因表达过程中起着重要作用。mRNA的结构与基因表达调控的关系非常密切。目前对于mRNA结构对表达的影响因素,主要集中于起始密码子和S-D序列的结构和间隔长度、基因和基因间的间隔区序列和长度,5’末端与3’末端非翻译区、多聚（A）尾、内含子序列对翻译起始效率、发夹结构对mRNA的稳定性的影响和mRNA翻译起始区等对基因表达影响。     

羚牛线粒体基因组全序列测定与分析

利用长距离PCR扩增法对秦岭羚牛线粒体基因组进行测序、拼接、注释并对基因组特点和羚牛系统发育进行分析。结果表明,羚牛线粒体基因组全长为16662 bp,GenBank序列号:KU361169。该基因由13个蛋白编码基因、22个转运RNA基因、2个核糖体RNA基因和1个非编码控制区组成。基因组核苷酸组成为A:33.9%,T:27.0%,C:26.3%,G:12.8%,(A+T)含量(60.9%)高于(G+C)含量(39.1%),有一定的碱基偏好。ND2、ND3、ND5基因起始密码子为ATA,其余10个蛋白质编码基因起始密码子为ATG。ND2、ND3、ND4、COⅢ基因为不完全终止密码子T,其余蛋白质基因为完全终止密码子TAA和AGA。预测了22个t RNA二级结构,共有38处错配,以GU错配为主。基于14种有蹄类动物线粒体基因组构建的系统发生树,表明羚牛与山羊亲缘关系最近,应归为羊亚科。     

人端粒酶催化亚基hTERT基因启动子的克隆

为了确定人端粒酶催化亚基 h TERT基因的启动子结构特征 ,采用 Panhandle PCR技术 ,从正常人外周血单核细胞基因组 DNA中扩增 h TERT基因 5′端上游旁侧序列 ,结果获得了 h TERT基因翻译起始位点上游 2 0 90 bp的基因组 DNA序列。序列分析表明 h TERT基因的启动子区域缺少典型真核启动子的核心元件 ( TATA box和 CAAT box) ,但含有多个已知转录因子蛋白结合的核心序列 ,如 E box及 Sp1核心序列。提示 h TERT基因的表达可能受特殊的转录因子调控 ,这些转录因子的激活可能与癌变细胞中 h TERT重新组成型表达有关     

红锥叶绿体基因组特征及系统发育分析

为确定红锥(Castanopsis hystrix)叶绿体基因组的结构组成情况,判定其在锥属中的进化位置及与同锥属叶绿体基因组的区别,为锥属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供相关依据。使用Illumina HiSeq 2500测序平台对红锥叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学分析方法进行序列组装、注释和特征分析,并利用R、Python、MISA、CodonW和MEGA 6等生物信息学软件对其基因组结构和数目、密码子偏好性、序列重复、简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)位点和系统发育进行分析。结果表明红锥叶绿体基因组大小为153754 bp,呈现四分体结构;共拥有130个基因,包含85个编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;通过密码子偏好性分析,平均有效密码子数为55.5,说明其密码子随机性强、偏好性低;通过SSR及长重复片段分析,检测到45个重复序列及111个SSR位点;与近缘种比较,发现其叶绿体基因组序列高度保守,尤其蛋白质编码序列相似度极高;此外,系统发育分析发现红锥与海南锥聚为一支,关系密切。本研究得到了红锥的叶绿体基因组基本情况与系统发育位置,为红锥的物种辨别、天然种群遗传多样性与功能基因组学提供前期研究铺垫。     

真核细胞中多重表达框mRNA的选择性翻译起始

扫描模型和遗漏扫描模型是真核生物mRNA翻译起始的两种主要机制,但其仍存在某些例外情况,如对具有多顺反子结构的mRNA,选择性翻译起始的发生机制目前仍不清楚.本研究基于GFP蛋白开放表达框(ORF)构建了一系列重组表达载体,用以转录在移码翻译顺序及同一翻译顺序下,AUG起始密码子处于不同序列背景,以及间隔不同距离的多顺反子结构mRNA.通过转染人Bel 7402细胞系,研究了这些多顺反子结构mRNA的翻译起始模式.结果表明,在移码翻译顺序下,多顺反子mRNA可翻译出对应的不同蛋白质,而在同一翻译顺序下,GFP蛋白表达框中的多个AUG密码子,仅有首位起始密码子可发挥作用,提示核糖体在从首位起始密码子开始翻译的同时,可能会有部分核糖体继续向下扫描并识别下游的起始密码子,而这种选择性的翻译起始效率,主要取决于密码子所处的序列背景及间隔距离等因素.     

鸢尾素与肌少症、骨质疏松症关系的研究进展

鸢尾素(Irisin)是2012年被Bruce Spiegelman教授团队发现并报导的一种新的肌肉因子,通过"PGC-1α→FNDC5/Irisin→UCP-1通路"增加机体能量消耗、调节能量代谢.本文整理Irisin及其与骨骼肌减少症、骨质疏松症的关系的最新研究.发现Irisin可能主要通过对骨骼肌细胞线粒体的作用...     

真核细胞中多重表达框mRNA的选择性翻译起始（英文）

扫描模型和遗漏扫描模型是真核生物m RNA翻译起始的两种主要机制,但其仍存在某些例外情况,如对具有多顺反子结构的m RNA,选择性翻译起始的发生机制目前仍不清楚.本研究基于GFP蛋白开放表达框(ORF)构建了一系列重组表达载体,用以转录在移码翻译顺序及同一翻译顺序下,AUG起始密码子处于不同序列背景,以及间隔不同距离的多顺反子结构m RNA.通过转染人Bel-7402细胞系,研究了这些多顺反子结构m RNA的翻译起始模式.结果表明,在移码翻译顺序下,多顺反子m RNA可翻译出对应的不同蛋白质,而在同一翻译顺序下,GFP蛋白表达框中的多个AUG密码子,仅有首位起始密码子可发挥作用,提示核糖体在从首位起始密码子开始翻译的同时,可能会有部分核糖体继续向下扫描并识别下游的起始密码子,而这种选择性的翻译起始效率,主要取决于密码子所处的序列背景及间隔距离等因素.     

新型水果空心泡叶绿体基因组特征及其系统发育分析北大核心CSCD

为探究空心泡(Rubus rosaefolius)叶绿体基因组特征,本研究以空心泡为试验材料,采用Illumina NovaSeq平台进行高通量测序,获得空心泡完整的叶绿体基因组序列,并进行空心泡叶绿体基因序列特征和系统发育分析。结果表明:空心泡的完整叶绿体基因组总长度为155650 bp,具有典型的四分体结构,包括2个反向重复序列(各25748 bp)、1个大拷贝区(85443 bp)、1个小拷贝区(18711 bp)。空心泡叶绿体全基因组共鉴定出131个基因,包括86个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因,全基因组的GC含量为36.9%。空心泡叶绿体基因组包含47个散在重复序列、72个简单重复序列(simple sequence repeating,SSR)位点,密码子偏好性为亮氨酸密码子,偏好使用A/U结尾的密码子。系统发育分析表明,空心泡与小叶悬钩子(Rubus taiwanicola)亲缘关系最近,其次是能高悬钩子(Rubus rubroangustifolius)和腺萼悬钩子(Rubus glandulosopunctatus)。空心泡的叶绿体基因组特征及其系统发育分析,为空心泡的遗传多样性研究和叶绿体开发利用提供理论依据。     

斑翅草螽线粒体基因组序列测定与分析

已经测定的昆虫线粒体基因组中, 直翅目草螽亚科的疑钩额螽Ruspolia dubia线粒体控制区长度最短, 仅70 bp。为此, 本研究采用L-PCR结合二次PCR扩增策略对另一种草螽亚科昆虫斑翅草螽Conocephalus maculates线粒体基因组序列进行了测定。序列注释发现: 斑翅草螽线粒体基因组序列全长15 898 bp, A+T含量为72.05%, 基因排列与典型的节肢动物线粒体基因组一致。全部蛋白质编码基因以典型的ATN作为起始密码子, 9个蛋白质编码基因具有完整的终止密码子, 其余4个以不完整的T作为终止信号。除trnS^AGN外, 其余21个tRNAs均可折叠形成典型的三叶草结构, 依照Steinberg等(1997)线粒体特殊tRNA结构类型-9, trnS^AGN的DHU臂形成一个7 nt环, 反密码子臂则长达9 bp, 含1个突起碱基, 而不是正常的5 bp。斑翅草螽与其他直翅目昆虫线粒体基因组的主要区别在于, 在trnS^UCN和nad1, nad1和trnL^CUN基因间各存在一段罕见的、大段的基因间隔序列, 长度分别为78 bp和360 bp。其中, 位于nad1和trnL^CUN之间的基因间隔序列N链可形成一个包含完整起始、终止密码子(ATT/TAA)、编码103个氨基酸的未知开放阅读框。同义密码子使用偏好与线粒体基因组编码的tRNA反密码子匹配情况无关, 但与密码子第3位点的碱基组成紧密相关; 相对密码子使用频率(relative synonymous codon usage, RSCU)大于1的密码子, 其第3位点全部是A或T。在已经测定的直翅目昆虫线粒体基因组tRNAs中, 均存在一定数量的碱基错配, 且以G-U弱配对为主, 表明G-U配对在线粒体基因组中可能是一种正常的碱基配对形式。本研究测定的斑翅草螽线粒体基因组序列, 和先前已经测定的直翅目线粒体基因组序列一起, 可以为重建直翅目的进化历史提供数据资源。     

滇黄精叶绿体全基因组序列及其密码子使用偏性分析

为探究滇黄精(Polygonatum kingianum)叶绿体全基因组特征和密码子使用偏性,利用第二代测序技术对滇黄精嫩叶进行测序,再经组装与注释后得到其叶绿体基因组全序列,通过MISA、EMBOSS和CodonW等软件对滇黄精叶绿体全基因组的SSR位点、系统发育及密码子偏好性进行分析。结果表明,滇黄精完整叶绿体基因组长度为155 852 bp,基因组平均GC含量为37.7%,其大、小单拷贝区(LSC)长度分别为84 633和185 25 bp,反向重复区长度为26 347 bp,注释了132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个核糖rRNA基因。叶绿体基因组中共有69个SSR位点,绝大多数属于单碱基重复的A/T类型。系统发育分析表明滇黄精与格脉黄精(P. tessellatum)亲缘关系近,可能与分布地域有关。密码子偏好性分析表明,滇黄精叶绿体基因组密码子使用模式受到自然选择影响大于突变因素,最终确定9个最优密码子。因此, 滇黄精叶绿体基因组遗传结构和系统发育位置及其密码子偏倚的分析,为叶绿体基因工程研究提供理论依据。     

大肠杆菌mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性的关系

从GenBank获得大肠杆菌K-12MG1655株的全基因组序列,计算了与基因密码子偏好性相关的多个参数(Nc、CAI、GC、GC3s),对其mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性之间的关系进行了统计学分析,发现虽然翻译效率(包括翻译速度和翻译精度)是制约大肠杆菌高表达基因的密码子偏好性的主要因素,同时,mRNA编码区长度及其形成二级结构的倾向也是形成这种偏好性的不可忽略的原因,而且对偏好性有一定程度的削弱。另外对mRNA编码区形成二级结构倾向的生物学意义进行了讨论分析。