菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析

作     者：杨祥燕 蔡元保 谭秦亮 覃旭 黄显雅 吴密 YANG Xiangyan;CAI Yuanbao;TAN Qinliang;QIN Xu;HUANG Xianya;WU Mi

作者机构：广西壮族自治区农业科学院/广西壮族自治区亚热带作物研究所广西南宁530001 

出 版 物：《热带作物学报》 (Chinese Journal of Tropical Crops)

年 卷 期：2022年第43卷第3期

页      面：439-446页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

基　　金：广西自然科学基金(No.2019GXNSFAA245010) 广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2020YM55,桂农科2021YT153) 

主　　题：菠萝 叶绿体基因组 密码子偏好性 最优密码子 

摘      要：叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义。为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性。密码子偏好性相关参数分析显示:(1)菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值为38.31%,密码子第1~3位的GC含量平均值分别为46.78%、39.61%、28.53%,密码子前两位的GC平均含量明显高于第3位;(2)有效密码子数(ENC)的取值范围为38.48~61.00,平均值为47.21,其密码子偏性较弱。相关性分析显示:(1)GC1与GC2显著相关,GCall与GC1、GC2、GC3都极显著正相关,GC3与GC1、GC2都不显著相关;(2)ENC与GC1不显著相关,但与GC2和GC3分别显著和极显著相关;(3)密码子数(N)只与GC3显著相关,说明密码子3个位置中第3位碱基组成主要影响着密码子数。RSCU分析显示,29个RSCU1的密码子中以A结尾有12个、以U结尾有16个、以G结尾有1个。中性绘图分析显示,GC12与GC3的相关系数和回归系数分别为0.065和0.085,二者不显著相关。ENC-plot绘图分析显示,大多数基因分布于标准曲线附近,多数ENC比值分布在–0.05~0.05区间。PR2-plot绘图分析显示,所有基因不均匀分布在平面图的4个区域内,密码子第3位嘧啶T/C的使用频率高于嘌呤A/G。这3种绘图分析综合表明,自然选择和突变作为主要因素,相对均衡地影响菠萝叶绿体基因组的密码子偏好性。最优密码子和RSCU分析显示,29个RSCU1的密码子及筛选的18个最优密码子绝大多数偏好以A或U结尾。这些研究结果可为外源基因的密码子优化及提高其表达效率提供科学依据。