简并性还是多态性?——遗传密码子设定的进化特点的剖析(英文)

遗传密码子的设定表现出令人困惑的多态性特点 :不同氨基酸拥有的密码子的数目 ,除 5个外 ,从 1个到 6个都有 .这种特点显示出密码子无论在翻译行为还是进化轨迹上 ,都存在诸多的异质性 .因此 ,简并性一词的收敛含义 ,并不能表征这种多态性的进化内涵 .没有同义密码子的AUG(Met)和UGG (Trp)并无简并现象 .其余的密码子则可分为两大类 :一类是 ,4个同义密码子为 1组 ,具有相同的第 1、2位碱基 ,并遵循“3中读 2”的读出规则 .同组的 4个同义密码子 ,不过是来自同一个双字母原始密码子 (XYN)的孑遗物 ,从这个意义上讲 ,也不宜视为简并现象 ;另一类则主要是 ,2个同义密码子为一组 ,并遵循“3中读 3”读出规则 .它们是由编码 2个氨基酸的双义原始密码子 ,第 3位的未定碱基N进一步设定形成 .至于有 6个同义密码子的 ,特别令人困感不解的组别 ,实际上是 4 + 2个 ,这启示它们可能源于上述两大类 .遗传密码子多态性的起源 ,可能始于最初阶段 ,氨基酸同某类寡核苷酸的起始二联体的相互作用 ,而完成于所有的双义原始密码子的第 3位碱基的分化 .这种进化轨迹被传统的简并性一词所模糊 ,并导致鉴定各有关理论可信性的坚实依据和令不同观点取得共识的基础被掩盖起来 .这可能就是在遗传密码子起源领域里 ,长期存在着众     

拟南芥基因密码子偏爱性分析

密码子偏爱性对外源基因的表达强度有一定影响,特别是编码蛋白质N端7～8个氨基酸残基的密码子.通过对拟南芥染色体中26 827个蛋白质对应的基因密码子进行分析,得到了编码氨基酸的61种密码子在拟南芥中的使用频率,并与大肠杆菌和哺乳动物进行了比较,结果表明三者间的密码子偏爱性有较大差异.这一分析结果对于动物基因在植物中的表达,及植物基因在微生物中的表达具有一定指导意义.同时提供了一种直接以XML文档为数据源解析巨型XML格式染色体数据的方法.     

线粒体遗传密码及基因组遗传密码的对称分析

病毒、细菌和真核生物的氨基酸编码都使用相同的遗传密码,表明它们可能有共同的来源。但人和牛的线粒体的遗传密码和基因组的遗传密码相比,出现以下不同;（1）ATA编码甲硫氮酸M而不是异亮氨酸I。（2）TGA不再是终止密码子X而编码色氨酸W。（3）AGA和AGG不再是精氨酸R的密码子而变为终止密码子X。应用高维空间拓扑分析的方法,对线粒体遗传密码和基因组遗传密码的6维编码空间进行对称性分析,得到如下结果：（1）线粒体遗传密码的起始密码子是2个而不是1个。（2）线粒体遗传密码的终止密码子是4个而不是3个。（3）线粒体遗传密码空间只有2、4、6三种偶数简并度而没1、3两种奇数简并度,表明其对称度较高。（4）线粒体遗传密码空间除丝氨酸S分成两个平行的子空间之外,终止密码子X亦分成两个平行的子空间,表明其连通度较低。（5）线粒体遗传密码一基因组遗传密码相比,共有3个简并平面出现变异,即：1001λλ（M和I）,011λ1λ（W和X）,以及1011λλ（S和X或S和R）。（6）基因组遗传密码的1、3两种奇数简并度可能来源于线粒体遗传密码的1001λλ平面和011λ1λ平面的对称性破缺。对线粒体遗传密码变异的生物学意义及遗传密码的起源进行了分析和讨论。     

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。     

亚氨基酸编码方法及其应用

赋予氨基酸编码方法下除终止子之外的密码子突变为终止子时每一位发生的变化权值,利用矩阵来表示所有的突变方式和难易程度,综合亲水性与疏水性理化性质,提出亚氨基酸编码方法,并给出该编码方法下同义密码子的相对使用度fSubtypesRelativeSynonymousCodonUsage,SRSCU）．然后选取15条H5N1序列,使用MEGA4．0分析它们的同源性,并分别在氨基酸编码、拟氨基酸编码、亚氨基酸编码这三种环境下研究所选序列使用密码子的偏好性,对比结果验证,亚氨基酸编码方法具有相应的优越性．     

水稻线粒体coxⅡ基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑是指由RNA水平的核苷酸改变所引起的密码子发生变化的一种预定修饰,它的发现是近年来对分子生物学中心法则的重要补充。本文以红莲型(HL)水稻细胞质雄性不育系粤泰A,保持系粤泰B和杂种F_1(不育系A与恢复系71068的杂交一代)为材料,首次研究了线粒体基因coxⅡ转录本的编辑位点。coxⅡ基因的转录本有15个编辑位点,其中有14个发生在密码子的第一和第二位点。这14个位点的编辑可改变氨基酸的种类,并导致所编码蛋白的疏水性以及所编码蛋白在氨基酸序列上的保守性增加。     

密码子偏性的分析方法及相关研究进展

密码子偏性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的现象,由于这一现象与遗传信息的载体分子DNA和生物功能分子蛋白质相关联,所以具有重要的生物学意义;本文概述了密码子偏性研究方面的基本理论和常用分析方法,归纳了密码子使用分析的常用软件和提供在线分析网站,介绍了与密码子偏性相关的生物学领域及最新的研究进展,并对深入研究进行展望。     

水稻线粒体coxⅡ基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑是指由RNA水平的核苷酸改变所引起的密码子发生变化的一种预定修饰,它的发现是近年来对分子生物学中心法则的重要补充,本文以红莲型（HL）水稻细胞质雄性不育系粤泰A,保持系粤泰B和杂种F1（不育系A与恢复系71068的杂交一代）为材料,首次研究了线粒体基因coxⅡ转录本的编辑位点,coxⅡ基因的转录本有15个编辑位点,其中有14个发生在密码子的第一和第二位点,这14个位点的编辑可改变氨基酸的种类,并导致所编码蛋白的疏水性以及所编码蛋白在氨基酸序列上的保守性增加。     

基于密码子偏性的置换模型估计正向选择

由于遗传密码子的简并性特征,大多氨基酸由多于一种密码子编码.在蛋白质编码过程中,同义密码子间的使用有着较显著的偏差,即同义密码于使用频率不等.应用CUSP软件对数据集H3N2和MHC进行同义密码子使用偏性的分析,然后基于同义密码子的使用偏性建立新的密码子置换模型,并在此模型的基础上分析物种的正向选择性.分析结果表明新的密码子置换模型能更好地拟合数据,由此可得到更加可靠的参数估计值.     

水稻线粒体coxII基因转录本的编辑位点研究

RNA编辑是指由RNA水平的核苷酸改变所引起的密码子发生变化的一种预定修饰,它的发现是近年来对分子生物学中心法则的重要补充.本文以红莲型(HL)水稻细胞质雄性不育系粤泰A,保持系粤泰B和杂种F1(不育系A与恢复系71068的杂交一代)为材料,首次研究了线粒体基因coxII转录本的编辑位点.coxII基因的转录本有15个编辑位点,其中有14个发生在密码子的第一和第二位点.这14个位点的编辑可改变氨基酸的种类,并导致所编码蛋白的疏水性以及所编码蛋白在氨基酸序列上的保守性增加.     

五个鸡群中催乳素基因密码子使用频率与产蛋量的关系分析

通过鸡催乳素基因编码区基因扫描,发现3个SNP位点,分别是外显子2的C1607T、外显子5的C5749T和T5821C,3个SNP均没有改变氨基酸的编码.同时发现不同的单倍型间存在不同的密码子使用频率.对5个鸡群共370只鸡进行SSCP的基因型检测,共发现7种单倍型,结合44周龄产蛋量分析,发现不同单倍型的平均产蛋量存在显著性差异.结合密码子使用频率分析,发现使用高频密码子的单倍型个体产蛋量相对高.通过酶联免疫方法检测催乳素表达量,结果显示,使用高频密码子的个体,激素水平较高,其中使用2个高频密码子的单倍型个体和使用1.5个密码子的单倍型个体之间存在极显著差异.研究结果表明,密码子使用频率与产蛋量在一定的范围内呈现正相关趋势.     

遗传密码格式的组合编码数分析

用N个密码子对m个编码对象进行编码的编码格式是m元N维空间中的一个顶点。64个密码子对20种氨基酸和终止密码子进行编码格式的组合编码数是一个十分巨大的数字。对多元高维编码空间的拓扑特性进行了分析和研究 ,并由此推导出m -N空间的特性三角的排列方式以及给出特性三角公式的数学证明。指出 ,目前的遗传密码的编码格式是21元64维编码空间的一个顶点。应用组合数学分析的方法 ,计算了遗传密码格式的最大组合编码数CM =4.19×1084 ,基因组遗传密码的组合编码数CG =1.13×1080 以及线粒体遗传密码的组合编码数CT =1.38×1079 等。分析结果表明 ,遗传密码的指定是一个小概率事件 ,可能来源于λ简并后的偶数三联密码配对的组合编码的对称破缺     

A型流感病毒同义密码子的使用偏性对RNA二级结构的影响

以A型流感病毒为研究样本,分析了同义密码子使用偏性对RNA二级结构的影响,为进一步研究同义密码子存在的意义及A型流感病毒RNA特征提供一些理论依据。收集整理了NCBI中收录的全部A型流感病毒的核酸序列信息,计算了每一条核酸序列的RNA二级结构,计算出RNA环结构含量和茎结构含量及折叠自由能。在此基础上,计算了RNA二级结构的柔性。同时,计算了每一条核酸序列的相对同义密码子使用值。由此,建立了A型流感病毒RNA二级结构数据库。分析每条核酸序列的相对同义密码子使用值与RNA的环结构、茎结构及柔性之间的关系。分析结果表明,50%的氨基酸的相对同义密码子使用值与RNA茎结构含量和环结构含量显著相关;60%的氨基酸的相对同义密码子使用值与单位平均折叠自由能显著相关;50%的氨基酸的相对同义密码子使用值与RNA柔性显著相关。进一步分析发现,与茎结构含量和环结构含量都显著相关的密码子,它们的相对同义密码子使用值与两种结构含量的相关性截然相反,而且发现,在所选的参量中,RNA柔性与相对同义密码子使用值显示出更好的相关性。结果证实,对于A型流感病毒,同义密码子的使用偏性对RNA二级结构存在很大的影响。     

MDR1基因变体的不同密码子组成

相同的蛋白质研究者指出,基因序列中个别碱基的转换可以修饰该基因所编码的蛋白质,即使转换并未改变由哪一个氨基酸组成蛋白质.该发现搅乱了一个中心观点,即由相同的氨基酸制造的蛋白质是完全相同的.DNA含有称为核苷酸的组分,它由A、T、C、G四个字母符号表示.这些字母中的3个字母组成1个密码子,密码子中任何1个字母发生阻断时,便会向制造细胞蛋白质的机器发出信号,并加上1个特别的氨基酸来延长蛋白质的链.在20个氨基酸中,每个氨基酸都能由两个或两个以上的密码子编码.生物学家长期以来认为,一个密码子转换成另一个密码子时,不会改变最终蛋白质的结构,只要这两个密码子都是指导制造蛋白质的机器插入相同的氨基酸.然而,研究者的实验使他们怀疑这种沉默的突变会导致极大的差异.研究者研究了为什么某些癌对化疗不起反应.他们发现有一个小泵,称为P-糖蛋白,位于细胞表面,可以将药物从细胞中推出去.某些药物对癌无效是因为其具有某种形式的P-糖蛋白.研究者注意到个别癌症患者的泵有时表现出不同的功能,尽管这些泵的蛋白质由完全相同的氨基酸组合而成.为了研究沉默的突变是否起作用,研究者研究了称为MDR1的基因的不同变体,该基因制造P-糖蛋白.MDR基因的这些变体含有制造相同氨基酸的不同密码子,研究者将该变体插入人或猴的细胞后,正常时不会制造出该泵.研究者发现,特殊的密码子组合会影响细胞泵出不同癌症药物的速度.有一个突变体的密码子称为C3435T,似乎特别重要.该密码子制造异亮氨酸,正如其副本,即该泵的基因以大多数通常形式制造异亮氨酸一样.然而,细胞具有组合MDR1的两种突变的典型密码子,一种在有效的平均水平之上泵出某些药物,而另一种则在有效的平均水平之下泵出某些药物.研究者在即将出版的2006年12月21日的Science上报道,他们推测一个典型的密码子会影响该细胞装配P-糖蛋白的速度.改变了一种蛋白质的制造速度,便塑造了该蛋白质稍有差异的最终形态.有人指出,含有相同氨基酸的蛋白质的差异可能非常普遍,只是我们现在还未完全认识. (李潇摘译自C.Brownlee:Science News Doc 23.9.30,2006,Vol.170,p.     

15种氨基酸随机肽库的小盒式DNA编码文库的构建

采用小盒式DNA编码文库的构建策略,选取在进化上可能起源较早的15种氨基酸,按照其简并密码子合成了一个为10个随机氨基酸编码的小盒式DNA模板,经过连续3轮的PCR扩增、酶切及连接的小盒式文库组装过程,成功构建了一个文库容量达1.31×10¹²/ml,随机编码区长达97个氨基酸的小盒式DNA编码文库。     

遗传密码及其演变

在线粒体的蛋白质合成系统中,tRNA只有20几种,是以“三中读二”的方式识别密码子的;而线粒体有自己的密码字典,如终止密码UGA,在那里却为色氨酸编码。tRNA也经历过改变,出现修饰碱基,专一性增强。这说明遗传密码有一个演变过程。     

遗传密码及其演变

在线粒体的蛋白质合成系统中,tRNA只有20几种,是以“三中读二”的方式识别密码子的;而线粒体有自己的密码字典,如终止密码UGA,在那里却为色氨酸编码。tRNA也经历过改变,出现修饰碱基,专一性增强。这说明遗传密码有一个演变过程。     

第24届国际生物学奥林匹克竞赛试题理论Ⅱ-1

正问题1一些细菌拥有特殊的调控机制,以调节有关色氨酸(Trp)生物合成有关的酶类的生成。色氨酸操纵子拥有位于实际基因trp A-E之前的前导序列trp L,编码一段前导肽。trp L含有2个相邻的色氨酸密码子。当存在大量的色氨酸时,核糖体通过翻译m RNA而合成前导肽并且停在终止密码子处,因此会遮盖m RNA的片段1,从而使片段2和3形     

SARS冠状病毒的密码子偏爱性分析

为了分析SARS(Severe Acute Respiratory Syndrome)冠状病毒的密码子偏爱性(codon preference),为SARS冠状病毒基因表达中宿主系统的选择提供参考。运用EMBOSS(The European Molecular Biology Open Software Suite)的CHIPS(Codon Hetemzygosity in a Protein-codingSequence)和CUSP(Create a eodon usege table)程序对SARS冠状病毒的6个编码蛋白的基因进行分析,并将这6个编码序列拼接在一起进行全基因组的密码子偏爱性分析。分析结果与大肠杆菌、酵母及人的密码子偏爱性进行比较。结果显示SARS冠状病毒的CHIPS分析Nc(effective number of codons)值为53．338,S、E、M、N蛋白、3CL水解酶、RNA聚合酶的Nc值分别为45．733,61．000,59．040,46．618,46．924,51．902。编码SARS冠状病毒A,P,R,S,T,L等氨基酸的不同密码子使用频率有较大差异。大肠杆菌有25个、酵母有12个、人有20个密码子与SARS冠状病毒密码子使用偏爱性差异较大．因此可以得出结论：编码SARS冠状病毒氨基酸的密码子出现的频率较均一。SARS冠状病毒的密码子偏爱性与真核生物较接近,与原核生物相差较远,其基因表达选择在酵母等真核系统可能更为合适。     

一种水稻蛋白酶抑制剂基因的克隆及其结构分析

参照水稻蛋白酶抑制剂部分氨基酸序列 ,利用水稻偏爱密码子设计引物 ,经 PCR扩增 ,从我国水稻 (Oryza sativa)品种“中花 8号”中克隆到一个长 40 8bp的基因。序列测定和分析表明 ,克隆到的是一个未见报道的新的水稻蛋白酶抑制剂基因 ,该基因编码了一个由 1 33个氨基酸组成 ,具有重复双功能结构域和以抑制胰蛋白酶为主的活性中心的包曼 -伯克 (Bowman- Birk)型蛋白酶抑制剂 ,该基因推导的氨基酸序列与大麦、小麦、豆类等的某些蛋白酶抑制剂的氨基酸序列具有较高的同源性 ,与该家族的水稻的一种胰蛋白酶抑制剂氨基酸全序列同源性高达 75%。