不具有3-碱基周期性的编码序列初探

对120个较短编码序列(＜1 200 bp)的Fourier频谱进行分析表明,3-碱基周期性在短编码序列中并不是绝对存在的.统计分析提示,编码序列有无3-碱基周期性与序列的碱基组成和分布、所编码蛋白质氨基酸的选用和顺序以及同义密码子的使用都有一定的关系.一般地,非周期-3序列中A+U含量高于G+C含量,周期-3序列的情况则相反;非周期-3序列中碱基在密码子三个位点上的分布比周期-3序列中的分布均匀;非周期-3序列密码子和氨基酸的使用偏向没有周期-3序列的大.在利用Fourier分析方法预测DNA序列中的基因和外显子时,应充分考虑到这些现象.     

基于功率谱分析的基因编码序列单碱基突变研究

针对DNA序列单碱基的不同类型突变,利用数字信号处理方法,研究了单碱基替换突变、删除突变、插入突变对DNA序列三周期功率谱的影响。研究结果表明:对于不同长度的编码序列,替换突变对序列功率谱的影响较小,删除突变和插入突变对序列功率谱的影响较大;随着序列编码区长度的减小,替换、删除、插入突变对序列编码区的功率谱影响会越来越大。对于中等长度外显子,插入突变对序列三周期功率谱影响最大,对于短外显子,删除突变对序列三周期功率谱的影响最大。研究结果可为含突变基因编码区的识别与检测提供参考。     

62种细菌基因组中密码子碱基位置上碱基分布的差异性及相关性

应用生物信息学方法,对已完成测序的62种细菌基因组进行：1．同一密码子碱基位置上不同碱基分布频率的比较;2．不同密码子碱基位置上同一碱基分布频率的比较。结果显示：1．三个密码子碱基位置上及四种碱基的分布频率差异存在显著性;2．三个密码子碱基位置上的四种碱基的分布频率显著相关。结论提示,在细菌的进化过程中,任一密码子碱基位置上任一碱基的分布有可能受到所处密码子碱基位置及其他三种碱基分布的影响。     

陆生植物叶绿体RNA编辑进化分析

RNA编辑现象存在于除地钱外的所有陆生植物中。对非维管植物(角苔、苔藓)和维管植物(蕨类、双子叶植物)中1 514个C-U RNA编辑位点从氨基酸转移概率、密码子转移概率、编辑位点在密码子中的位置、编辑位点-1位置碱基出现频率以及编辑位点+1位置碱基出现频率5个方面进行分析发现,双子叶植物叶绿体RNA编辑在密码子转移方面与其他陆生植物类群存在显著差异。     

影响链球菌属肺炎球菌基因组密码子使用的因素分析

链球菌属肺炎球菌（Steptococcus pneumoniae)的完整基因组序列已经测定完毕并于近期发表,对肺炎球菌基因组序列进行了详细分析,研究了基因组密码子的使用模式和影响密码子使用的因素,高水平高达基因的密码子第三位碱基使用胞嘧啶（C）的频率比表达水平低的基因使用C有显著的提高,表达水平较低的基因在密码子的第三位碱基更趋向使用嘌呤）,基因的表达水平与对应分析的第一条向量轴呈显著相关（R＝0．86）,比较表达水平高,低的两组基因的密码子使用模式发现,基因的表达水平对于密码子使用有显著的影响,基因碱基G＋C的组成与基因的表达水平（R＝0．44）,对应分析的第一条向量轴（R＝0．5）有显著的相关,对基因的表达水平,密码子的使用有显著的影响,通过GC－skew,蛋白质的疏水性,基因的长度分析,发现不同长度的基因表达水平,GC含量,GC3s有差异,结果表明,在表达水平上的自然选择以及基因的碱基组成是影响肺炎球菌基因密码子使用的主要因素,基因的长度对密码子的使用有一定影响。     

3种鲤科鱼β珠蛋白基因的比较研究

根据 β珠蛋白的N末端和C末端氨基酸序列的保守性设计 2 0bp长的简并引物 ,用RT PCR方法扩增并克隆了鲤、草鱼、鲫的 β珠蛋白基因cDNA。结果显示克隆 3种鱼的 β珠蛋白基因cDNA全长为 4 4 1bp。对它们所编码的氨基酸序列的比较可以看出虽然它们都属于鲤科但氨基酸的组成却有较大的差异。根据所克隆的cDNA分别设计特异引物用PCR方法克隆了 3种鱼的基因组DNA全长 ;从起始密码子到终止密码子的长度分别为鲤 6 6 7bp、草鱼6 2 9bp、鲫 6 6 7bp。 3种鱼中均含有 3个外显子和 2个内含子且内含子的插入位置相同。内含子的碱基序列差异很大。鲫与鲤内含子 1和 2的长度完全相同 ,而与草鱼的内含子长度则相差较大。     

密码子与反密码子的相互作用—从“摆动假说”到“三中读二”

除了一些个别情况,一般认为遗传密码对于各种 生物都是通用的。当密码子与反密码子相互作用时, 前两个碱基的识别严格根据标准的碱基配对原则,而 第三位碱基配对的情况则比较复杂。     

HLA-B*2736等位基因的序列分析

使用FLOW-SSO、PCR-SSP以及测序等分型技术, 发现一个与HLA-B*270401基因相关的未知基因。设计基因特异性引物单独扩增B*27基因的外显子2-5, 包括内含子2-4, 并进行双向测序, 分析与B*270401基因序列的差异。该基因的扩增产物为1 815 bp。与B*270401相比在外显子3和4共有10个碱基的改变, 从而使相应氨基酸发生错义或同义突变。碱基634 A→C (密码子130丝氨酸→精氨酸); 670 A→T (密码子142苏氨酸→丝氨酸); 683 G→T (密码子146色氨酸→亮氨酸); 698 A→T (密码子151谷氨酸→缬氨酸); 774 G→C (密码子176谷氨酸→天冬氨酸); 776 C→A (密码子177苏氨酸→赖氨酸); 781 C→G (密码子179谷氨酰胺→谷氨酸); 789 G→T (密码子181丙氨酸同义突变); 1 438 C→T (密码子206甘氨酸同义突变); 1 449 G→C (密码子210甘氨酸→丙氨酸)。在IMGT/HLA数据库中B*27组只有3个基因（B*270502 / 2706 / 2732）提交了内含子序列。该未知基因的内含子2序列与B*2706相同, 显示了与B*27组基因的同源性, 但其同源性在内含子3、4均未得到支持, 与B*27组基因相比, 内含子3的第106个碱基C→G, 碱基168缺失, 碱基179 G→A, 碱基536 G→A; 内含子4中碱基82 T→C。但其内含子3、4序列却与B*070201完全相同。该基因序列已提交GenBank, 编号为被DQ915176, 被WHO确认为HLA-B*2736等位基因。     

病毒-宿主密码子使用的若干统计特征及其协同进化

基于归1000密码子使用频次,从垂直和水平两个方向研究了不同进化阶层宿主-病毒密码子使用的若干统计特征及其协同进化规律。结果表明,病毒密码子和氨基酸多样性总体上高于相应宿主;细菌-噬菌体、真菌-真菌病毒、无脊椎动物-无脊椎动物病毒的密码子使用频次匹配较好,细菌-噬菌体、无脊椎动物-无脊椎动物病毒的氨基酸丰度匹配较好;病毒基因AU含量、AU3s含量总体上高于相应宿主;病毒和宿主密码子第一位碱基含量均GA>CU;密码子第二位碱基含量均A>U>C>G;病毒与宿主编码区碱基的相对分子量和相对π电子共振能总体上存在较明显的跟随现象。病毒和宿主基因在密码子使用频次等多个统计特征方面既呈现协同进化趋势,又有较明显的分化。     

大肠杆菌、酵母和果蝇基因保守位点的信息熵分析

对大量的大肠杆菌（Escherichia coli)、酵母（Yeast)和果蝇（Drosophila melanogaster）已知基因起始密码子和终止密码子上、下游各30个碱基序列,用重新定义单碱基信息冗余（记为D1(ι）,ι是位点）和紧邻碱基的信息冗余（记为D2（ι）,统计计算每个位点的D1（ι）和D2（ι）值。从结果看,双碱基比单碱基携带更多的信息;酵母和果蝇基因起始密码子上游－3位点D1（－3）和D2（－3）有一明显峰值;大肠杆菌基因起始密码子上游SD区域D1（ι）和D2（ι）有明显峰值,与他人结论相同。发现酵母基因起始密码子下游的＋4位点与＋5位点的紧邻碱基的D2（ι）有一峰值,其关联模式为TC（联合概率为0.211)。这说明用重新定义的信息冗余去确认DNA序列中存在的保守位点是完全可行的。     

tRNA上的反密码子到底怎样阅读

人教版必修2《遗传与进化》教材第66页在介绍tRNA的结构和功能时给出了下面一副插图: 显然这幅图是tRNA三叶草叶型的二级结构,此图在很多高校生化教材中很常见,且都是磷酸基团(-(P))位于左上端,羟基(-OH)位于右上端.图下端标有反密码子.那么代表反密码子的这3个碱基该怎么正确阅读呢?如果在此图中从左到右阅读,即P-3个连续碱基-OH,其实意味着反密码子是从tRNA的5 '端向3’端阅读的,即5’-3个连续碱基-3’.然而在教材同一页,接下来却出现了这样的文字叙述:"……如图所示(图4～6蛋白质合成示意图),反密码子为UAC的tRNA携带甲硫氨酸,通过与mRNA上的碱基AUG互补配对,进入位点1".     

线粒体和核基因密码子的若干统计特征及其关联

基于归1000密码子使用频次,从垂直和水平两个方向比较研究了不同进化阶层生物线粒体基因和核基因密码子使用的若干统计特征及其关联．结果表明：线粒体基因密码子多样性、相对分子质量和相对π电子共振能低于相应核基因且变异较大;不同进化阶层生物线粒体基因和核基因归1000密码子的相对π电子共振能呈极显著负相关且两者之和接近定值：真菌-真菌线粒体、植物-植物线粒体、无脊椎动物-无脊椎动物线粒体的密码子使用频次匹配较好;线粒体基因AU含量、密码子第三位碱基AU3s含量高于相应核基因;给出了密码子各位点碱基含量随进化以及在线粒体一核间的变化规律．由于线粒体环境不如核环境稳定,线粒体基因密码子的多个统计特征较核基因在不同进化阶层生物间变异较大,但二者在归1000密码子相对π电子共振能等若干特征方面仍存在明显关联．     

中东呼吸综合征冠状病毒结构蛋白与附属蛋白编码基因密码子偏爱性分析

中东呼吸综合征冠状病毒是一类对人类危害极重的RNA病毒,为了解其密码子使用特点和主要影响因素,该文采用CHIPS、CUSP、CodonW和SPSS软件对MERS-CoV 9条基因序列进行了偏爱性分析和多元统计分析,获得了每个基因密码子3个位置的GC含量和ENC值以及所有基因序列的RSCU值,并与大肠杆菌、酵母、人的密码子使用频率进行了对比分析。结果显示GC3明显低于GC2、GC1且小于50%,ENC值为50.59,表明该病毒密码子偏爱性偏低且偏爱以A、T碱基结尾的密码子。中性绘图和ENC绘图分析表明密码子的偏爱性主要受到选择作用的影响。通过和其它三种生物密码子使用频率进行比较,发现其与酵母密码子使用频率相差最小。在此基础上确定了MERS-CoV的19个最优密码子。研究结果对MERS-CoV寻找最佳宿主进行体外表达,从而研发基因工程疫苗及治疗性抗体具有一定的意义。     

节肢动物线粒体基因组碱基组成特征分析

利用93个节肢动物线粒体基因组数据,分析了线粒体基因组的碱基组成,及对氨基酸组成的影响。研究表明:(1)节肢动物线粒体基因组GC含量较低,分布范围较窄(13.28%～39.64%)。基因组GC含量与密码子第三位置的GC含量间的相关性(r=0.9432,p<0.01)比密码子第一、二位置上的相关性强。(2)在密码子的三个不同位置上均可以观察到C<->T和A<->G相互取代的现象。(3)从NC.004529和NC.003979两个序列的对比研究中可以发现碱基组成变化会引起氨基酸组成的变化,这种变化不仅体现在不同的物种之间,而且也体现在同一基因组内部的不同基因之间,这些影响可能是相互的。表明节肢动物线粒体基因组中的碱基变化是受多种因素共同作用的结果。     

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。     

冬虫夏草菌3个细胞核蛋白编码基因的分子进化

【目的】分析3个细胞核蛋白编码基因(csp1、MAT1-1-1和MAT1-2-1)在不同冬虫夏草菌株间的分子进化。【方法】从125个冬虫夏草样品中分别扩增csp1、MAT1-1-1和MAT1-2-1基因序列,比较外显子和内含子间以及2个交配型基因间的序列变异程度,比较基于不同基因或基因区域所构建的系统发育树拓扑结构的差异,分析3个基因承受的选择压力和DNA重组情况。【结果】3个蛋白编码基因外显子区的长度在不同菌株间高度保守,具有4.5%?5.7%的变异位点;内含子区的长度在不同菌株间相同或不同,具有1.8%?22%的变异位点。对于2个交配型基因,MAT1-1-1的碱基变异率低于MAT1-2-1。基于外显子与内含子构建的系统发育树的拓扑结构,以及基于2个交配型基因外显子构建的系统发育树的拓扑结构都存在明显差异。3个蛋白编码基因都经历着净化选择作用。基因内部的不同DNA位点间有重组,但3个基因片段之间没有明显的重组发生。【结论】由于冬虫夏草菌不同基因以及基因的不同区域表现出进化上的差异,所以在开展冬虫夏草菌进化相关的研究时,应该联合使用多个不同的基因片段。     

微卫星复杂结构对分型的影响：以熊UamD116 和UamB1 为例

目的:微卫星是基因组上的短串联重复序列,具有高度多态性,表现为核心序列中重复单位的重复次数的变化,这种变化造成不同等位基因核心序列的长度不同。因此,其基因型主要依靠PCR扩增片段长度来判定。在各类研究中,人们更倾向于使用4碱基重复的微卫星以减少2碱基微卫星的stutter等问题的影响。但是4碱基微卫星核心序列结构复杂时,就会对分型的正确性产生影响,从而影响到下游分析的正确性。在很多野生动物的研究中,这一问题常常被忽略。本文以亚洲黑熊(Ursus thibetanus)的2个四碱基微卫星位点UamD116和UamB1为例,揭示内部结构对分型的影响。方法:我们选用96份亚洲黑熊样品(包括血液、肌肉组织和毛发等样品)进行微卫星分型研究,通过荧光标记的PCR扩增和毛细管电泳分型,比较了基于扩增片段长度的分型和基于序列核心结构的分型效果的差异。结果:UamD116核心序列结构除了含有多种不同的重复单位外,还在重复单位之间有碱基插入,出现单碱基T、二碱基TC和三碱基AAG插入;并在一类等位基因下游侧翼序列有1个GA缺失。基于序列结构的分型中可以将不同的等位基因分开,而在基于片段长度的分型中,容易将不同的等位基因合并为1个等位基因。在位点UamB1共发现两种类型的等位基因,在一类等位基因中出现一个3bp的插入,使等位基因之间的差异不再是4bp,而是1bp。在仅依据片段长度分型时,相差1bp的等位基因被认定为1个。此外,还有不同等位基因核心序列不同,但是二者长度完全一致。依据片段长度分型共发现8个等位基因,而经过序列分型确定的等位基因数为12个,相应地基因频率及其他遗传学参数都发生相应的改变。结论:对于核心序列结构复杂的微卫星必须通过等位基因测序来矫正片段长度分型的结果,才能得到可靠的群体遗传学结论。     

Wistar大鼠Pdia3cDNA的克隆及原核表达

哺乳动物的精卵融合是一个多分子参与的复杂过程,目前只鉴定出几种影响精卵融合的蛋白因子,对其分子机制还知之甚少.其中位于精子上的Pdja3具有二硫键异构酶活性,可能催化其他精卵融合相关蛋白的二硫键变化而参与精卵膜融合.克隆了Wistar大鼠的Pdia3 cDNA片段,长度为1 620 bp,其中编码区为1 518 bp.测序结果显示,编码区内有两个碱基与GenBank公布的大鼠Pdia3cDNA不同,分别为第147个密码子GAG(Glu)的第1位碱基和第410个密码子AAG(Lys)的第3位碱基,前者造成氨基酸替换,后者仅为多态性.此外,还在大肠杆菌中成功地表达并纯化了GST-Pdia3融合蛋白,为下一步研究大鼠Pdia3在体外影响精卵融合和与其它蛋白的相互作用奠定了基础.     

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。     

影响耶尔森氏鼠疫杆菌基因组密码子使用的因素分析

基因组密码子使用的影响因素分析有助于发现影响密码子使用的进化动力学 ,对发现和预测进化的方向和模式有重要的作用。同时 ,分析完整的基因组可以发现特定基因组中密码子的使用模式 ,从而重新设计高效的PCR引物和外源导入基因 ,促进外源基因在特定生物体中的高效率表达。导致瘟疫等外源性感染疾病的耶尔森氏鼠疫杆菌完整基因组序列已经测序公布。为了对鼠疫杆菌的同义密码子使用的进化模式有更加深入的了解 ,详细的研究分析鼠疫杆菌的基因组密码子的使用模式和影响密码子使用的因素。结果发现 ,尽管鼠疫杆菌基因组序列中“G” “C”含量相对较低 (4 7.6 4 % ) ,高水平表达基因的密码子第三位碱基使用胞嘧啶 (C)的频率比表达水平低的基因使用胞嘧啶 (C)有显著的提高 ,表达水平较低的基因在密码子的第三位碱基更趋向使用鸟嘌呤 (G)。在表达水平高低的两组基因中 ,对密码子的第三位碱基使用腺嘌呤 (A)和胸腺嘧啶 (T)总体上趋于随机使用。基因的表达水平与对应分析的第一条向量轴呈高度相关 (R =0 .6 3,P <0 .0 0 0 1)。通过分析比较表达水平高低两组基因的密码子使用模式发现 ,基因的表达水平对于密码子使用有显著的影响。GC skew分析结果显示 ,复制转录阶段的选择对密码子使用有一定的影响。在不同长度