研究湿地松转录组编码序列的密码子使用偏好性,明确密码子使用频率,探究湿地松异源表达受体的最佳选择,为湿地松分子育种奠定基础。以筛选到的13932条湿地松转录组编码序列(coding sequence,CDS)为研究对象,利用CodonW 1.4.2、EMBOSS在线分析程序、MEGA 7等软件进行湿地松密码子组成分析,计算同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)、不同位置GC含量和有效密码子数(effective number of codon,ENc)等指标,同时展开中性绘图分析和偏倚性分析等,系统地探究影响密码子偏好性的主导因素,从而筛选出最优密码子,并选择合适的遗传转化受体。研究结果表明,湿地松转录组密码子中的平均GC含量为43.72%,其中GC1含量最大,为50.78%,其次是GC2和GC3,含量分别为40.68%和39.71%,表明不同位置的碱基组成存在差异,第3位上是A/U碱基的概率更大;ENc值在25.94~61.00之间,平均值为53.58,CAI均值较低,为0.20,表明密码子整体偏好性较弱。中性绘图、PR2-plot绘图和ENc-GC3s关联分析结果均表明,自然选择是大多数湿地松基因密码子存在使用偏好性的主要原因;以高频率高表达的标准筛选出25个湿地松最优密码子,均以A/U结尾。通过将湿地松与大肠杆菌、拟南芥、烟草、酵母菌、水稻等5种生物的密码子使用频率进行对比分析得出,烟草、拟南芥是湿地松基因进行遗传转化功能验证的理想选择。综上所述,湿地松转录组密码子整体偏好性弱,第3位碱基偏好使用A/U,自然选择是其产生密码子偏好性的关键原因,烟草、拟南芥可作为湿地松基因异源表达的理想植物受体。结果有利于湿地松功能基因的异源表达,也为进一步研究湿地松遗传背景及高产脂分子机制提供科学依据。
为探究菘蓝(Isatis indigotica Fort.)叶绿体基因组密码子使用偏好性及其影响因素,本研究使用Codon W 1.4.2软件和在线软件CUSP对筛选到的52个蛋白质编码序列进行密码子使用模式分析。结果表明:菘蓝叶绿体基因组密码子总GC含量(Total GC content of codon,GC_(all))为37.59%,密码子第1位碱基GC含量(GC content of the first base of codon,GC_(1))>密码子第2位碱基GC含量(GC content of the second base of codon,GC_(2))>密码子第3位碱基GC含量(GC content of the third base of codon,GC_(3)),且均小于50%,说明密码子第3位碱基拥有较低的GC含量且密码子偏好使用A或U。有效密码子数(Effective number of codon,ENC)值为35.92~55.32,密码子适应指数(Codon adaptation index,CAI)值为0.10~0.31,密码子偏好指数(Codon bias index,CBI)值为-0.24~0.20,最优密码子使用频率(Frequency of optimal codons,FOP)值为0.24~0.54,说明密码子使用偏好性较弱;通过中性绘图分析、PR2-plot分析、ENC-plot分析和对应性分析,发现菘蓝叶绿体基因组密码子使用偏好性受选择压力和突变等因素的共同影响,主要因素为自然选择。最优密码子分析共筛选出14个最优密码子,且均以A或U结尾。以上研究可为菘蓝的系统进化、环境适应性和种质改良提供理论基础。
以栽培型向日葵‘龙赏葵1号’为供试材料,筛选出51条叶绿体基因组CDS,进行密码子使用特征分析。利用Codon W 1.4.2、SPSS和在线软件CUSP,进行中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析,并筛选最优密码子。结果显示‘:龙赏葵1号’向日葵叶绿体基因组密码子各位置GC含量为GC1(47.14%)>GC_(2)(39.44%)>GC_(3)(28.42%),密码子末位碱基以A/T为主;ENC取值范围为39.13~59.17,ENC>45的基因共有38个,密码子使用偏好性较弱;RSCU>1的密码子有30个,其余29个以A/U结尾,偏好性明显;相关分析发现,其密码子使用偏好主要受自然选择影响;高频和高表达相结合的方法确认12个密码子为最优密码子,分别为CUU、AUA、CCA、ACU、GCU、UAU、UAG、CAU、AAA、GAU、AGU、GGA。
