草菇基因组中的tRNA分析

草菇(V olvariella volvacea),又名中国蘑菇,是一种生长于中国和东南亚的重要经济食用菌。本文基于本实验室的草菇基因组测序结果,分析了草菇基因组中的tRNA情况。草菇基因组的302个框架中,共发现了177个tRNA基因,其中有7个可能的假基因,有2个携带硒代半胱氨酸,一个抑制性tRNA基因和一个未知的异型结构tRNA。除了上述11个特殊的tRNA基因外,166个tRNA可按反密码子类型分成47类。与其它5种担子菌的基因组tRNA比较,草菇的tRNA数量处于第4位,少于鬼伞、裂褶菌、灵芝,多于双孢蘑菇和平菇。通过比较分析草菇及这5种大型真菌的基因组tRNA编码情况,首次报道了几种食用菌tRNA遵守修正的摆动假说的情况。另外,草菇的同功受体tRNA非编码子序列也具有差异性,对tRNA的分析将有助于进一步研究草菇的进化。     

水稻基因组中的tRNA和rRNA基因

在最近完成测序的水稻籼稻和粳稻两个亚种基因组中,各找到564和519个较为可靠的tRNA基因,进一步证实了于2002年发表的基于基因组序列草图的分析结果。修正的摆动假设,即至少需要46种tRNA基因才能译出61种可能的反密码子,在这两个亚种中均准确成立。在这46种tRNA中,有些在籼稻和粳稻中的序列均全同。有18种水稻tRNA与拟南芥中的相应序列全同。在籼稻基因组序列中还发现了384个5S rRNA基因,一批17S和5．8S rRNA基因以及一个25S rRNA基因。这些rRNA基因的不完备是由于它们通常以串接阵列形式存在于异染色质区域,而后者在全基因组霰弹法测序中不易完整测出。在tRNA和rRNA基因序列之间发现了多处互补片段,这将有助于研究它们的进化和相互作用。     

樟树叶绿体基因组密码子偏好性分析

为分析樟树(Cinnamomum camphora)叶绿体基因组密码子偏好性使用模式,该研究利用CodonW、EMBOSS、R语言等软件和程序,对53条樟树叶绿体基因组密码子使用模式及偏好性进行了系统分析。结果表明:樟树叶绿体基因的有效密码子数(ENC)在36.82～59.30之间,表明密码子的偏好性较弱。相对同义密码子使用度(RSCU)分析发现RSCU>1的密码子有32个,其中28个以A、U结尾,表明第3位密码子偏好使用A和U碱基。中性绘图分析发现GC₃与GC₁₂的相关性不显著,回归曲线斜率为0.049,说明密码子偏好性主要受到自然选择的影响。ENC-plot分析发现大部分基因落在曲线的下方,同样表明选择是影响密码子偏好性的主要因素。该研究发现共有9个密码子(UUU、CUU、UCA、ACA、UAU、AAU、GAU、UGA、GGA)被鉴定为樟树叶绿体基因组的最优密码子。     

tRNA序列的进化网络研究

根据tRNA序列的反密码子,把3420 条tRNA 序列分成了21组,其中包括20 组氨基酸及1 组Stop。通过tRNA序列的相似度构建了1 组整体网络和21 组子网络,并计算了它们在不同相似度下的平均度、平均聚类系数以及平均最短路径。通过分析、比较和讨论网络中的三个重要参数,进一步说明点突变是tRNA序列进化的重要机制,并反映了它们的进化近似符合中性理论,且在同一组氨基酸和Stop 内的tRNA序列在进化历史上的同源关系更密切;同时表明了tRNA 序列在进化过程中具有自相似性。     

真核生物细胞质tRNA生物合成研究的进展

tRNA是蛋白质翻译机器中的必需成分,它对细胞的生长和增殖及器官的发育起着决定性作用.tRNA生物合成包括tRNA基因的转录、转录后的加工和修饰.对tRNA生物合成的研究还包括tRNA在细胞中的运输、tRNA生物合成的质量监控及其与其他重要细胞途径（如mRNA生物合成、DNA损伤应答和细胞周期）之间的相互作用,以及tRNA生物合成在生长发育和疾病中的作用.本文主要介绍了近年来真核生物细胞质tRNA生物合成研究的一些重要进展.     

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。     

巨枝叶绿体基因组密码子偏好性分析

该文针对巨桉叶绿体基因组序列,选取其中长于300 nt且以AUG为起始密码子的43个非重复基因作为研究对象,采用CodonW1.4.2软件分析巨桉叶绿体基因组的密码子使用偏好性。结果表明:第3位密码子的平均GC含量为27.97%; ENC的变化范围为39.49～61.00,平均为47.04; RSCU1的密码子有31个,其中29个以A/U结尾;中性分析显示,GC12与GC3无显著相关;回归分析未达到显著性水平; ENCplot分析发现,大部分基因落在曲线上或附近;对应分析表明第1轴的贡献率为17.68%,第2轴的贡献率为11.49%,第3轴、第4轴的贡献率分别为8.00%和5.76%,前4轴累计贡献率达42.93%,第1轴与GC、ENC、CAI达到极显著相关。上述分析结果表明,巨桉叶绿体基因组的密码子偏好较弱,密码子第3位偏好以A或U结尾,选择和突变在巨桉叶绿体基因组密码子偏好中起相对均衡的作用,最终确定UUG、CUU、GUU、UCC、UCA、ACA、UAU、UAA、CAU、AAU、AGA和GGA 12个高频高表达密码子为最优密码子。这为转化叶绿体基因密码子优化,提高表达效率和改良巨桉目标性状奠定了坚实基础。     

普通油茶叶绿体基因组密码子偏好性分析

为了利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶的重要经济性状,该研究以普通油茶叶绿体全基因组序列为材料,从中筛选出51条长度大于300 bp且以ATG起始的非重复CDS(Coding DNA Sequence)为对象,利用CodonW软件分析其密码子偏好性。结果表明:密码子第三位GC含量为27.55%,ENC范围在35.23~56.67之间,平均值为46.09;RSCU值大于1.00的密码子数目为30个,其中29个第三位碱基以U或A结尾;中性绘图表明GC12与GC3的相关系数为0.143,相关性不显著,回归系数为0.0573;频数分布显示,55%基因的ENC比值集中分布在0~0.1,25%基因的ENC比值分布在0.1~0.2之间;对应分析结果表明,第一向量轴占10.12%的差异,第二向量轴占9.36%的差异,其余两轴分别占7.97%和7.46%,前4轴累计差异为34.91%。中性绘图、ENC-plot和对应性分析均表明普通油茶叶绿体基因密码子偏好受突变作用,更多受选择的影响。最终取高表达优越密码子和高频密码子共有的CUU、AUU、GUU、GUA、UAA、CAA、AAA、GAC、GAA、CCU、ACU、GCU、GCA、UGU、CGU、AGU、UUG、GGU等18个密码子作为最优密码子。该研究结果为利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶重要经济性状奠定了基础。     

伊犁郁金香叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的：明晰伊犁郁金香叶绿体基因组密码子偏好性的使用模式。方法：以伊犁郁金香53条蛋白编码序列(CDS)为研究对象,使用CodonW1.4.2、CUSP等软件对其进行密码子组成分析、偏性影响因素分析、最优密码子筛选。结果：伊犁郁金香叶绿体基因组密码子的GC₁、GC₂、GC₃含量不同,其中GC₃的平均含量最低为27.15%,说明GC₃偏好以A/U结尾。有效密码子(ENC)值均大于35,表明密码子使用偏性较弱;通过中性绘图、PR2-plot和ENC-plot的分析,伊犁郁金香叶绿体基因组密码子使用偏好性主要受到自然选择的影响,同时受突变因素的影响。结论：伊犁郁金香叶绿体基因组共筛选到18个最优密码子可为后续野生郁金香资源开发、优良性状的遗传改良、外源基因表达及叶绿体工程育种等提供技术支撑和理论依据。     

改善大肠杆菌胞内氨基酰tRNA池提高外源基因表达水平

大肠杆菌是研究和高效表达异源蛋白的常用宿主细胞。由于大肠杆菌和真核生物及大部分古细菌在同义密码子上的使用有很大的差异,来源于真核或古细菌的外源基因在大肠杆菌中表达时,常常由于其带有稀有密码子而带来翻译方面的问题,如产生移码突变和表达量下降等,从而改变异源蛋白的表达质量和表达水平。在研究常见嗜热菌tRNA结构和组成的基础上,以古细菌α淀粉酶基因为例,采用增加有argU、ileY和leuWtRNA基因的大肠杆菌DE3为表达宿主,改善了胞内氨基酰tRNA池的大肠杆菌表达异源蛋白,表达量提高约9倍。     

葡萄基因组密码子使用偏好模式研究

根据完整基因组序列,运用多元统计分析和对应分析的方法,探讨了葡萄全基因组序列密码子的使用模式和影响密码子使用的各种可能因素。结果显示:葡萄密码子偏好性主要受到碱基差异(r=0.925)和自然选择(r=0.193)共同作用的影响,突变压力占了主导因素,自然选择的作用较小。同时基因长度和蛋白质疏水性也对密码子的偏好性有所影响。确定了葡萄的20个最优密码子。     

微生物tRNA与密码子系统应用研究进展*

tRNA作为生命中心法则中翻译过程的重要参与分子,其种类、丰度都会对蛋白质的正常合成产生巨大影响。近年来通过对微生物tRNA的结构功能以及合成修饰过程的解析获得诸多启发,开展密码子扩展的研究,实现将非天然氨基酸引入特定位置从而获得新功能蛋白。同时,通过化学合成微生物基因组开展的密码子重编码工作将释放更多的密码子与tRNA用于更加广泛的密码子扩展研究。对微生物tRNA与密码子系统在合成生物学中的最新应用研究进展进行了综述,并讨论其未来的发展趋势。     

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".     

原核tRNA与tmRNA基因在遗传元件整合中的作用

越来越多的实验证据表明,tRNA基因与噬菌体及原核生物的整合位点密切相关。tRNA基因与tmRNA基因自身的独特结构使得其可被频繁的利用作为遗传元件的整合位点。本文对tRNA基因的结构特征、整合位点在tRNA基因中的亚定位情况、整合酶的系统进化与attB在tRNA基因中亚定位的关系、新整合位点使用的进化、tRNA基因整合位点的选择及识别的类属性假设等做了简要介绍。     

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。     

糜子叶绿体基因组密码子使用偏性的分析

密码子使用偏性（CUB）是生物体重要的进化特征,对研究物种进化、基因功能以及外源基因表达等具有重要科学意义。本研究利用糜子（Panicum miliaceum L.）叶绿体基因组中筛选出的53条蛋白编码序列,对其密码子使用模式及偏性进行了分析。结果表明,糜子叶绿体基因的有效密码子数（ENC）在37.14~61之间,多数密码子的偏性较弱。相对同义密码子使用度（RSCU）分析发现,RSCU > 1的密码子有32个,其中28个以A、U结尾,表明第3位密码子偏好使用A和U碱基。中性分析发现,GC₃与GC₁₂的相关性不显著,回归曲线斜率为0.2129,表明密码子偏性主要受到自然选择的影响;而ENC-plot分析发现大部分基因落在曲线的上方及周围,表明突变也影响了密码子偏性的形成。进一步的对应性分析发现,第1轴为主要影响因素,解释了17.92%的差异,其与ENC、GC_3S值的相关性均达到显著水平,但与CBI、GC_all不相关。最后,9个密码子被鉴定为糜子叶绿体基因组的最优密码子,糜子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。     

珍稀濒危植物越南小花金花茶的叶绿体基因组特征分析

越南小花金花茶(Camellia minima)是一种珍稀濒危的金花茶组植物,目前尚未有其叶绿体基因组的相关研究。该研究利用Illumina HiSeq 2000平台对越南小花金花茶进行了叶绿体基因组序列的测序、组装、注释和分析。结果表明：(1)越南小花金花茶叶绿体基因组全长156 961 bp,为典型的四分体结构,共注释到136个基因,其中包含87个蛋白编码基因、41个tRNA基因和8个rRNA基因。(2)分析鉴定出66个SSR位点和39个重复序列。(3)密码子偏好使用以A/U结尾的密码子,综合有效密码数(ENC)绘图、PR2-plot和中性分析推测自然选择是影响密码子使用模式的主导因素。(4)边界分析显示ycf1基因的长度和位置在不同金花茶组植物间存在差异。(5)对已发表的金花茶组植物叶绿体基因组的系统发育分析发现越南小花金花茶与小花金花茶聚为一支,亲缘关系最近。该研究结果为探索物种进化和提高外源基因表达提供了重要的参考信息,同时为后续的金花茶组植物的保护和利用提供了理论基础。     

滇楸叶绿体基因组密码子偏好性分析

为分析滇楸(Catalpa fargesii)叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究以滇楸叶绿体基因组密码子为研究对象,筛选出了38条蛋白编码序列,并利用CodonW和CUSP在线软件对其进行了中性绘图分析、ENC-plot和PR2-plot分析。结果表明：滇楸叶绿体基因组密码子平均GC含量为39.03%,不同位置上的GC含量依次是GC₁(47.51%)>GC₂ (40.80%)>GC₃(28.78%),说明叶绿体基因组密码子末位碱基偏好以A和U结尾;其有效密码子数(effective number of codons, ENC)的范围为34.93～55.78,平均值为46.61,有25个ENC值大于45,表明其密码子的偏好性较弱;同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage, RSCU)分析表明,RSCU>1的密码子中有30个以A或U作为结尾,说明其密码子偏好以A和U结尾;中性绘图分析显示,GC₁₂和GC₃的相关性不显著...     

秦巴山区三种人参属药用植物叶绿体基因组特征分析

为明确珠子参、羽叶三七和秀丽假人参3种药用植物叶绿体基因组特征与系统发育关系,该文以秦巴山区3种人参属药用植物为研究对象,运用生物信息学技术,分析其叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,并探讨三者之间的亲缘关系。结果表明:(1)3种人参属药用植物的叶绿体基因组为典型的四分体结构,序列全长为 156 071～156 104 bp,总 GC 含量为 38.10%,基因组大小相似度较高。(2)均注释到 133 个基因,包括 88 个蛋白编码基因、37 个tRNA基因和 8 个 rRNA 基因。(3)3种人参属药用植物叶绿体密码子使用偏好性相似,密码子第 3 位碱基以 A/U 结尾为主,密码子使用模式在受到突变影响的同时,主要受到自然选择的影响。(4)系统发育结果显示,3种人参属药用植物的亲缘关系较近,并且秀丽假人参同羽叶三七亲缘关系更近。综上认为,秀丽假人参与珠子参基源植物之间存在近缘关系,这项发现对于珠子参中药材的资源开发利用和分子鉴定,以及进一步研究人参属物种的分类、系统发育和进化机制提供了重要依据。