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球孢白僵菌基因组密码子使用模式及其影响因素分析

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西南大学学报（自然科学版） 2018年第5期40卷 66-74页

作者：张瑞芝陈章宝陈德敏渠铮向恒西南大学药学院重庆400715 西南大学动物科技学院重庆400715

球孢白僵菌Beauveria bassiana是一类成功用于全球生物防治的重要病原真菌,这是由于其宿主范围广及毒力多样化特性决定的.利用球孢白僵菌已公布全基因组数据,开展密码子使用偏好分析,以理解其基因组特征和宿主适应性.尽管通过密码子指数... 详细信息

球孢白僵菌Beauveria bassiana是一类成功用于全球生物防治的重要病原真菌,这是由于其宿主范围广及毒力多样化特性决定的.利用球孢白僵菌已公布全基因组数据,开展密码子使用偏好分析,以理解其基因组特征和宿主适应性.尽管通过密码子指数CAI,CBI,ENc的计算,认为球孢白僵菌密码子使用偏性较弱.但根据RSCU值鉴定最优密码子,发现球孢白僵菌基因组强烈偏好使用第三位碱基G/C的密码子,尤其是C结尾的密码子.对密码子第三位碱基进行PR2分析,发现球孢白僵菌密码子偏好性还表现在倾向于使用嘧啶结尾密码子,即U使用频率高于A,C使用频率高于G.该偏好模式通过相关性分析,认为核苷酸组成是影响球孢白僵菌密码子偏好性的一个重要因素.而ENc图和对应分析则表明除核苷酸组成外,球孢白僵菌密码子使用偏好还受到基因功能及其他多种因素的影响.中性绘图分析认为,球孢白僵菌密码子使用偏好受到外界选择下的定向突变压力作用,并推测该选择来自于其宿主.而该定向突变压力也是加快球孢白僵菌自身基因组进化和毒力多样化的一种动力,使其能适应在700多种昆虫宿主中寄生.

关键词：球孢白僵菌密码子使用偏好定向突变压力核苷酸组成

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翻译延伸的顺式调控机理与生物学效应

遗传 2020年第7期42卷 613-631页

作者：肇涛澜张硕钱文峰中国科学院种子创新研究院中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

翻译延伸是核糖体将信使RNA(mRNA)蕴含的遗传信息解码为蛋白质的有序过程,是细胞维持基本代谢活动的核心步骤。多种人类疾病(如神经退行性疾病、癌症等)都与翻译延伸的异常有关。翻译延伸作为中心法则的关键步骤曾是现代分子生物学研究... 详细信息

翻译延伸是核糖体将信使RNA(mRNA)蕴含的遗传信息解码为蛋白质的有序过程,是细胞维持基本代谢活动的核心步骤。多种人类疾病(如神经退行性疾病、癌症等)都与翻译延伸的异常有关。翻译延伸作为中心法则的关键步骤曾是现代分子生物学研究的重点内容,然而方法学上的限制却阻碍了对其动态过程以及调控规律的进一步研究。近年来,对翻译延伸调控相关方法的突破让与其相关的生命科学研究获得了长足的发展,尤其是近10年来的研究揭示了翻译延伸的复杂调控机理和多种生物学效应,为理解蛋白表达调控和疾病发生的关联提供了新的理论视角。本文在总结翻译延伸研究方法的基础上,重点探讨了顺式调控元件(mRNA与新生肽链序列)对局部翻译延伸速率的调控作用,同时列举了翻译延伸调控对模板mRNA和蛋白质产物功能的影响,包括mRNA稳定性、蛋白质的合成与降解、蛋白质亚细胞定位以及蛋白质共翻译折叠等,以期吸引生命科学各领域的学者共同参与翻译延伸领域的研究。

关键词：翻译延伸核糖体核糖体印迹测序蛋白质共翻译折叠密码子使用偏好 RNA二级结构新生肽链

甘蓝S-位点基因SRK、SLG和SP11/SCR密码子偏好性分析

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作物学报 2022年第5期48卷 1152-1168页

作者：张以忠曾文艺邓琳琼张贺翠刘倩莹左同鸿谢琴琴胡燈科袁崇墨廉小平朱利泉西南大学农学与生物科技学院重庆400715 贵州工程应用技术学院生态工程学院贵州毕节551700

S位点是芸薹属植物自交不亲和反应的关键位点,控制自交不亲和反应的识别与启动。为明确甘蓝S位点基因SRK和SLG的S域和SP11/SCR编码序列密码子的使用特性,利用Codon W、SPSS软件、Python程序和EMBOSS在线程序分析甘蓝41个SRK、36个SLG和1... 详细信息

S位点是芸薹属植物自交不亲和反应的关键位点,控制自交不亲和反应的识别与启动。为明确甘蓝S位点基因SRK和SLG的S域和SP11/SCR编码序列密码子的使用特性,利用Codon W、SPSS软件、Python程序和EMBOSS在线程序分析甘蓝41个SRK、36个SLG和11个SP11/SCR等位基因的偏好性,同时通过中性绘图、ENC-GC3绘图、PR2绘图及多元统计分析探讨基因密码子偏好性形成原因,并利用不同方法对其进行聚类分析。结果表明,甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR基因编码序列富含A/T,密码子偏好以A/T碱基结尾,偏好性较低。自然选择是影响密码子使用模式的主要因素,突变压力为次要因素,还受到二核苷酸丰度的影响。根据RSCU值发现,SRK和SLG基因高表现密码子有4个,SP11/SCR基因有11个。基于RSCU的聚类能够较准确地反应甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR等位基因间的关系,并与基于CDS核酸序列的聚类具有一致性和可靠性。根据密码子使用偏好性和聚类关系发现,SRK的S域和SP11/SCR编码序列在密码子偏好性上可能是协同进化的。这为更好理解甘蓝中密码子的分布机制和SRK、SLG和SP11/SCR基因的进化提供新内容。

关键词：甘蓝自交不亲和 S-位点基因密码子使用偏好聚类分析

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紫叶风箱果叶绿体基因组特征及绣线菊亚科系统发育分析

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草业学报 2024年第3期33卷 161-173页

作者：黄祥何梦瑶王子煊楚光明江萍石河子大学农学院新疆石河子832003 新疆生产建设兵团特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室新疆石河子832003

紫叶风箱果是我国近年来从北美引入的观赏性花灌木。为了明确紫叶风箱果叶绿体基因组结构特征,阐明紫叶风箱果在绣线菊亚科中的分类地位,使用Illumina NovaSeq 6000测序平台对其叶绿体基因组进行测序,并组装、注释到了其完整叶绿体基因... 详细信息

紫叶风箱果是我国近年来从北美引入的观赏性花灌木。为了明确紫叶风箱果叶绿体基因组结构特征,阐明紫叶风箱果在绣线菊亚科中的分类地位,使用Illumina NovaSeq 6000测序平台对其叶绿体基因组进行测序,并组装、注释到了其完整叶绿体基因组。结果表明:紫叶风箱果叶绿体基因组呈典型的双链环状四分体结构,全长为159131 bp,大单拷贝区(large single copy,LSC)长87582 bp、小单拷贝区(small single copy,SSC)长18829 bp、反向重复区a(inverted repeats a,IRa)和反向重复区b(inverted repeats b,IRb)长26360 bp;共注释到130个基因,包含83个蛋白编码基因,8个核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)基因,37个转运RNA(transfer RNA,tRNA)基因和2个假基因。共确定12个最优密码子(UUG、AUU、GUU、GUA、UAA、AAA、UCU、UCC、CCU、ACU、GCU、GGU);密码子使用偏好性主要受自然选择影响,突变等因素对其影响较弱。共有27对长序列重复,87个简单重复序列标记(simple sequence repeat,SSR)位点;psbZ、trnG(UCC)、trnfM(CAU)、trnH(GUG)、psbA、rbcL、rpl20、rps12是紫叶风箱果叶绿体基因组中高核苷酸多态性的基因。系统发育结果表明,风箱果属和绣线梅属的物种亲缘关系较近。

关键词：紫叶风箱果叶绿体基因组密码子使用偏好系统发育

两栖动物线粒体基因组tRNA基因重复、丢失及其影响

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应用与环境生物学报 2010年第6期16卷 822-827页

作者：夏云彭锐郑渝池曾晓茂中国科学院成都生物研究所成都610041 中国科学院研究生院北京100049 四川大学生命科学学院成都610064

在脊椎动物线粒体基因组中,偶有tRNA基因重复或丢失事件发生,这些事件因与相应氨基酸转运密切关联而凸显重要.两栖类中,这些重复或丢失相对多样,可为相关研究提供良好素材.为了解这些事件对氨基酸对应的密码子使用偏好是否产生影响,本... 详细信息

在脊椎动物线粒体基因组中,偶有tRNA基因重复或丢失事件发生,这些事件因与相应氨基酸转运密切关联而凸显重要.两栖类中,这些重复或丢失相对多样,可为相关研究提供良好素材.为了解这些事件对氨基酸对应的密码子使用偏好是否产生影响,本文引入统计方法,检测10种两栖类mtDNA蛋白编码基因相对的同义密码子使用度(RSCU),并特别设计将发生tRNA基因重复或丢失物种与其近缘群进行对比分析.结果显示,tRNA基因的重复对密码子使用偏好没有显著的影响,推测可能与突变积累的时限和mtDNA紧凑性有关.另外,tRNA基因丢失也未使相应氨基酸密码子使用偏好产生明显的改变.推测在两栖类中,"tRNA转入"和"tRNA反密码子摆动位点的超级摆动"可能是tRNA基因丢失的补偿方式.

关键词：两栖类线粒体基因组密码子使用偏好 tRNA基因重复 tRNA基因丢失

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水稻β-1,3-葡聚糖酶疏水簇特性的研究

四川大学学报（自然科学版） 2007年第3期44卷 715-720页

作者：周跃钢重庆工学院生物工程学院重庆400050

研究了41个水稻β-1,3-葡聚糖酶的疏水簇(HC)的结构特点、HC的疏水氨基酸的突变倾向、密码子使用类型与偏好、为同种氨基酸二连体组合编码的密码子二连体组合使用类型与偏好.研究结果显示,水稻β-1,3-葡聚糖酶至少有20个保守性较高的基... 详细信息

研究了41个水稻β-1,3-葡聚糖酶的疏水簇(HC)的结构特点、HC的疏水氨基酸的突变倾向、密码子使用类型与偏好、为同种氨基酸二连体组合编码的密码子二连体组合使用类型与偏好.研究结果显示,水稻β-1,3-葡聚糖酶至少有20个保守性较高的基本的HC,HC内至少含有≥1个疏水核心或有≥2个高度保守的疏水氨基酸位点.HC内似乎有I易向L、V、F突变,M易向I、V突变,W易向F突变,而反向突变较难的倾向.HC中的疏水氨基酸位点和为丙氨酸(A)编码的密码子使用频率与水稻基因组的统计数据出现明显偏差,为部分同种氨基酸二连体组合编码的正反两种密码子匹配组合方式,如GCCGCG和GCGGCC,的出现频率有明显差异.

关键词：水稻 β-1,3-葡聚糖酶 HCA 密码子使用偏好

18种苔藓植物rbcL基因的密码子偏性及聚类分析

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山西农业大学学报（自然科学版） 2020年第6期40卷 1-12页

作者：张家榕雷万钧山西农业大学生命科学学院山西太谷030801

[目的]以18种具有代表性的苔藓植物的叶绿体rbcL基因为研究对象,利用生物信息学方法探究其碱基组成及密码子使用特征,并用不同方法进行聚类分析。[方法]运用密码子偏性分析软件Codon W 1.4.2、碱基组成分析软件DNA star及EMBOSS的CUSP... 详细信息

[目的]以18种具有代表性的苔藓植物的叶绿体rbcL基因为研究对象,利用生物信息学方法探究其碱基组成及密码子使用特征,并用不同方法进行聚类分析。[方法]运用密码子偏性分析软件Codon W 1.4.2、碱基组成分析软件DNA star及EMBOSS的CUSP程序探究18种苔藓植物的密码子使用特征,用EBI的Clustal W模块和SPSS分别基于蛋白编码区(Codoning DNA sequence,CDS)核酸序列和同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)进行聚类分析。[结果]各物种rbcL基因AT含量较高;RSCU>1的密码子多以A/T结尾;18种苔藓植物之间氨基酸对密码子的选择具有较强的相似性;聚类分析中,基于CDS核酸序列的聚类基本反应真实的系统发育分类,而基于RSCU的聚类与其不一致。[结论]rbcL基因偏好使用以A/T结尾的密码子,本文分析的18种苔藓植物在进化上具有较近的进化关系,但基于CDS核酸序列的聚类和基于RSCU的聚类结果不一致,可能是由于进化过程中个别基因发生了突变。

关键词： rbcL基因苔藓植物密码子使用偏好聚类分析

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昆虫线粒体基因密码子的偏好性及其演化

昆虫线粒体基因密码子的偏好性及其演化

作者：桑丽琴陕西师范大学

学位级别：硕士

昆虫是地球上物种数目最多的动物类群。昆虫mtDNA是具有小分子量的共价闭合的双链环状分子。它通常包含37个紧密排列的基因,其中13个是蛋白质编码基因。线粒体DNA由于其母系遗传,保守的基因含量和较少的重组、突变率较快(与核DNA相比),... 详细信息

昆虫是地球上物种数目最多的动物类群。昆虫mtDNA是具有小分子量的共价闭合的双链环状分子。它通常包含37个紧密排列的基因,其中13个是蛋白质编码基因。线粒体DNA由于其母系遗传,保守的基因含量和较少的重组、突变率较快(与核DNA相比),且在不同谱系中几乎保持不变,已被广泛用作系统发育研究中的中性分子标记。但在某些鸟类等动物中发现了纯化的或适应性进化力。由于同义密码子的不均匀使用是复杂进化力的指标,我们对昆虫线粒体基因组中密码子使用的综合分析,目的是估计它们的进化特征。了解昆虫的各种进化历史将有助于理解昆虫的遗传和表型进化。基于生物信息学方法,本文研究了 29目,372科,2,842种昆虫完整的线粒体基因组,分析了所有已发表不同进化地位昆虫的mtDNA的密码子使用偏好模式及其异同。其次,结合相关演化指数分析揭示昆虫形成mtDNA密码子使用模式中贡献最大的进化力。基于mtDNA偏好的详细分析可以更好地理解昆虫之间的进化关系。具体研究结果和结论如下:1.基于线粒体基因组构建的昆虫系统发育分析本研究基于线粒体基因组所构建昆虫关系的系统树拓扑结构与以往形态学和分子分类的研究结果一致。昆虫系统发育树是研究昆虫系统发育演化进化的基础。基于此昆虫系统发育树,探究昆虫线粒体基因组密码子偏好模式及其形成原因,进一步分析不同进化地位昆虫的密码子偏好模式及其形成原因的异同。2.昆虫线粒体基因组密码子偏好模式分析在昆虫线粒体基因组CDS的62个同义密码子中(除去2个终止密码子),其中30个密码子的RSCU>1,密码子出现频率高,且均以A/U碱基结尾。不同进化地位昆虫中RSCU>1的密码子总数及种类基本相同,但从无翅亚纲到有翅亚纲,RSCU值总体呈上升趋势,即随着昆虫从原始类群到进化类群的演化,这些RSCU>1密码子的使用越来越频繁。2,842种昆虫线粒体基因组的ENC值变化范围为26.81-56.08,平均ENC值为37.0,CAI值波动范围为0.200-0.868,平均值为0.579。随着昆虫的进化,从无翅亚纲到有翅亚纲,ENC值呈缓慢下降趋势,同一目的不同物种间昆虫的ENC值变化范围减小;CAI值呈缓慢上升趋势,同一目的不同物种间昆虫的CAI值变化范围也减小。通过对昆虫mtDNA的蛋白编码基因密码子RSCU、ENC和CAI值的分析,发现:随着昆虫的进化,从无翅亚纲到有翅亚纲,在线粒体基因组的蛋白质基因编码中偏爱使用的密码子总数及种类基本相同,均偏好使用以A/U碱基结尾的密码子,避免使用以C/G碱基结尾的密码子;随着昆虫从原始类群到进化类群的演化,昆虫线粒体基因组CDS密码子偏好性变得越来越强,越来越避免使用以C或G碱基结尾的密码子,而以A或U碱基结尾的密码子使用越来越频繁,且同一目的不同物种间密码子使用偏好性越来越相似,差异越来越小,即物种亲缘关系越接近,其密码子的使用模式越相似。3.昆虫线粒体基因组密码子偏好模式形成原因分析昆虫线粒体基因组蛋白编码基因密码子偏好性的影响因素是突变压力和选择作用,其中选择作用是主导因素,且随着昆虫的进化,选择作用发挥的作用越来越大。突变压力中碱基组成是影响昆虫mtDNA密码子使用模式的主要因素。选择作用中影响昆虫mtDNA密码子使用模式的因素中,基因表达水平对密码子使用偏好的选择压力有重要影响,且在不同进化地位昆虫中的影响较为相似;蛋白质成分、氨基酸性质对密码子偏好性模式的形成在不同类群昆虫中影响均较小;昆虫线粒体基因组蛋白质长度基本相同,对昆虫密码子偏好性无影响。本论文分析六足总纲大部分类群昆虫的线粒体基因组数据,使用这些序列的组合数据集,可以检索足够的遗传信息来解决昆虫中mtDNA的性质。本研究不仅分析了昆虫整体上线粒体基因组密码子偏好性模式和形成原因,依据Bernhard等人的六足总纲系统发育关系图,还将所研究的29目昆虫分为五大类群,进行不同进化地位昆虫的线粒体基因组密码子偏好性模式和形成原因异同的分析。这些结论将为我们更好地理解昆虫各类群之间的进化提供新的启示。

关键词：昆虫线粒体基因组突变选择作用密码子使用偏好进化

SARS-CoV-2的突变频谱及密码子适应性进化研究

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SARS-CoV-2的突变频谱及密码子适应性进化研究

作者：孙蘇里广州大学

学位级别：硕士

2019年新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)爆发对世界人民造成了不可忽视的影响。更全面地了解SARS-CoV-2基因组变化特征将有助于针对该病毒进行预防、诊断和治疗。本研究基于单碱基替换的突变频谱,与多个数据库中... 详细信息

2019年新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)爆发对世界人民造成了不可忽视的影响。更全面地了解SARS-CoV-2基因组变化特征将有助于针对该病毒进行预防、诊断和治疗。本研究基于单碱基替换的突变频谱,与多个数据库中积累的SARS-CoV-2及其相关基因序列数据,对突变积累的人体影响机制和与感染人体过程相关的关键突变位点进行研究,主要内容包括:(1)使用超过五百万株SARS-CoV-2的编码区域(Coding Sequence,CDS)突变信息,从三个方面探究宿主t RNA丰度与SARS-CoV-2密码子偏倚的联系:1.把SARS-CoV-2相较于宿主t RNA丰度的同义突变积累,按照优势突变与劣势突变分型,探究两种类型突变的频率分布;2.计算SARS-CoV-2感染周期内与宿主Si D(Similarity Index)值,探究两者物种差异值随时间的变化;3.使用SARS-CoV-2去冗余的突变频谱与模拟突变频谱,探究自然选择下SARS-CoV-2的突变偏好性。结果发现SARS-CoV-2相较于宿主t RNA丰度适应性进化的存在,主要驱动力由A>C、A>T、G>A和T>C相关突变提供。且SARS-CoV-2密码子使用偏好存在对抗宿主免疫的同时靠近宿主密码子使用模式的趋势,而功能重要的蛋白更偏向于积极的适应性进化。(2)使用SARS-CoV-2的SBS特征突变谱(Signatures of single nucleotide substitution)与人类癌症数据库进行关联分析,结果拓展SARS-CoV-2突变积累的诱因如下,1.免疫诱因导致病毒RNA胞嘧啶的失活;2.活性基团致使核苷酸失活;***剪切酶或者RNA干扰作用使得RNA断裂;4.缺少修复酶使得错配突变积累。(3)对SARS-CoV-2及其相关序列编码区域,使用最大似然法,分别构建高保真进化树,得到SARS-CoV-2侵染人类前的先祖序列。之后,在预估到的SARS-CoV-2先祖跳跃到人类的非同义突变中,以后续突变为背景,筛选出5个侵染人体的关键位点M＿4、N＿267、ORF1ab＿1＿3443、S＿519以及NS8＿10,和2个可能的适应人体的过渡位点ORF1ab＿1＿901与S＿346。以上结果将为研究SARS-CoV-2的进化模式,以及防治SARS-CoV-2疫情和未来潜在冠状病毒疫情提供理论支持。

关键词： SARS-CoV-2 CDS 密码子使用偏好 SBS特征突变谱