单位文秘网 2021-07-09 08:17:11 点击: 次
摘要:【目的】分析香蕉基因组的密码子组成及使用偏好性,探讨影响密码子偏好性形成的主要因素,为提高香蕉外源基因的表达水平及转基因抗病育种提供参考。【方法】以香蕉基因组的36242条高置信蛋白编码基因CDS序列为研究对象,运用CodonW 1.4.4统计分析香蕉基因组的密码子组成及使用参数,确定最优密码子,并分析密码子使用参数间相关性。【结果】从香蕉基因组数据中筛选获得36242个高置信蛋白编码基因CDS序列,平均长度为1035 bp,GC含量为3.0%~75.8%,其中低于20.0%的仅13个序列,全基因组中GC总含量为50.4%;同义密码子第3位出现G或C的频率为52.9%,比出现A或T的频率高。香蕉基因组的有效密码子数(ENC)介于20.0~61.0,平均为50.7;共有17个最优密码子,其中有15个密码子的第3位是G或C;基因编码区的长度和ENC存在正相关,随着基因编码区长度的增加,对以G或C结尾的密码子使用偏好性逐渐降低,且编码区长度为400~600 bp的基因具有较高的基因表达水平。【结论】香蕉基因组中多数基因的密码子使用偏好性较弱,但少部分基因具有强偏好性,偏好使用以G或C结尾的密码子,且偏好性受核苷酸组成、基因突变及自然选择等因素的影响。
关键词: 香蕉;基因组;密码子偏好性;最优密码子
中图分类号: S668.1 文献标志码:A 文章编号:2095-1191(2017)01-0014-06
Abstract:【Objective】In order to provide reference basis for improving expression level of exogenous genes in banana and breeding disease-resistant banana, codon composition and usage bias of banana genome were analyzed, and the factors affecting codon usage bias were studied. 【Method】A total of 36242 high-confidence protein sequences in banana genome were used as data source. Codon composition and usage parameters were analyzed to determine optimal codons using CodonW 1.4.4, then correlation between usage parameters were analyzed. 【Result】CDS sequences of 36242 high confidence protein coding genes were selected from Banana Genome Database, their average length was 1035 bp. GC content of these genes ranged from 3.0% to 75.8%, with the average of 50.4% for whole genome. But there were only 13 sequences with GC content being less than 20.0%. Occurrence frequency of G or C in the third position of synonymous codon was 52.9%, which was higher than that of A or T. The effective number of codon(ENC) of banana genome ranged from 20.0 to 61.0, with the average of 50.7. A total of 17 optimal codons were found from banana genome, 15 of which the third position of synonymous codon was G or C. Furthermore, length of gene coding regions was positively correlated with ENC. In other words, the longer gene coding region was, the weaker usage bias of codons ending with G or C was. And genes with length of 400-600 bp showed higher expression level. 【Conclusion】The codon usage bias for most of genes is weak in banana genome, but a few of genes show stronger codon usage bias, and prefer codons ending with G or C. Meanwhile, the codon usage bias of banana genome is affected by some factors like composition of nucleotides, mutations, natural selection etc.
Key words: banana; genome; codon usage bias; optimal codon
0 引言
【研究意義】香蕉是芭蕉科(Musaceae)芭蕉属(Musa)植物,生长于热带和亚热带地区,大多数国家和地区将其作为水果,少数落后地区亦作为主食。我国香蕉总产量位居世界前三(刘海清和方佳,2010)。由于绝大多数香蕉品种具有不育性和多倍性,很难通过传统的杂交育种方式进行品种改良,因此转基因技术是香蕉育种的有效手段。2012年,人类完成了小果野蕉(Musa acuminata)的全基因组测序工作,绘制了523 Mb的基因组图谱,并从中预测出36549个基因(D’Hont et al.,2012),为研究香蕉基因表达和密码子使用特点打下了基础。密码子是遗传信息从碱基序列到氨基酸序列传递的基本单位,是连接DNA和蛋白质的桥梁。编码同一种氨基酸的所有密码子称为同义密码子,因此密码子具有简并性,但编码不同生物蛋白质时简并密码子的使用也有一定规律性,称为密码子的使用偏好性(CUB),其中被优先使用的密码子称为最优密码子(Marashi and Najafabadi,2004)。根据密码子偏好性,对目的基因的密码子进行优化,使尽可能多的最优密码子参与外源基因的表达,也使转基因技术更易被操控,对利用转基因技术进行香蕉品种改良具有重要意义。【前人研究进展】近年来,通过优化密码子以提高外源基因在宿主细胞中表达水平的研究报道较多(Soohyun et al.,2012;Stephen et al.,2013;Zelasko et al.,2013;李丽莎等,2016),如通过密码子优化可提高苏云金芽胞杆菌(Bt)cry1Ah基因在转基因玉米(李圣彦等,2011;余桂容等,2015)和转基因水稻(周宗梁等,2012)中的表达量,也可提高蝎毒镇痛活性肽基因BmK AngM1在毕赤酵母(杨金玲等,2012)中的表达量。上述研究结果表明,从宿主细胞对密码子使用偏好性入手,通过使用最优密码子的方法可明显提高转基因的成功率。【本研究切入点】目前,香蕉品种选育已成为世界性的难题,虽然香蕉的遗传转化体系已成功建立(May et al.,1995;Acereto-Escoffié et al.,2005;吴静等,2007;Maziah et al.,2007;Tripathi et al.,2008),但转化率低且受品种基因型限制等问题仍未解决(Huang et al.,2007),鲜见有关香蕉密码子使用偏好性的文献报道。【拟解决的关键问题】以香蕉基因组的36242个高置信蛋白基因编码信息为研究对象,分析其密码子的使用情况,明确香蕉对密码子的使用偏好性,以期通过密码子优化提高外源基因尤其是抗病基因在香蕉中的表达水平,为香蕉转基因抗病育种和品质改良提供参考。
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-238-62467-1.html
下一篇:非洲猪瘟防控关键风险评估
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用