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药用真菌茯苓基因组密码子使用偏性分析

中国农业科技导报 2022年第1期24卷 83-90页

作者：韩利红贾欣楠陈仁欢刘潮曲靖师范学院生物资源与食品工程学院云南省高校特色果酒技术创新与应用工程研究中心云南曲靖655011

为了解药用真菌茯苓基因组密码子使用模式,探讨影响其密码子组成和编码特性的因素,以茯苓核基因组和线粒体基因组数据为研究对象,利用CodonW、Mega X和EMBOSS等软件对基因密码子使用偏性进行分析,根据中性绘图、奇偶偏性绘图、ENC-plot... 详细信息

为了解药用真菌茯苓基因组密码子使用模式,探讨影响其密码子组成和编码特性的因素,以茯苓核基因组和线粒体基因组数据为研究对象,利用CodonW、Mega X和EMBOSS等软件对基因密码子使用偏性进行分析,根据中性绘图、奇偶偏性绘图、ENC-plot和对应性分析推测茯苓基因组密码子偏性形成的影响因素。茯苓核基因平均GC含量为57.28%,同义密码子第3位偏好G/C碱基;茯苓核基因密码子偏性主要受选择作用影响,而线粒体基因除了受选择作用影响,还受到较强的碱基突变影响;茯苓核基因部分同义密码子间RSCU值差异较大,高频密码子和最优密码子均以G/C结尾。茯苓核基因密码子偏性较强,进化过程中受到较强的环境和寄主选择作用。与酵母相比,大肠杆菌基因密码子使用模式更接近于茯苓,大肠杆菌可能更适合作为茯苓基因异源表达宿主。上述结果可为茯苓的分子进化及外源基因的转基因研究提供参考。

关键词：茯苓密码子使用偏性最优密码子选择压力线粒体

滇黄精叶绿体全基因组序列及其密码子使用偏性分析

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热带亚热带植物学报 2022年第3期30卷 336-348页

作者：石乃星谢平选李立文国松云南农业大学农学与生物技术学院昆明650201 广东药科大学中药学院广州510006 西北大学生命科学学院西安710069

为探究滇黄精(Polygonatum kingianum)叶绿体全基因组特征和密码子使用偏性,利用第二代测序技术对滇黄精嫩叶进行测序,再经组装与注释后得到其叶绿体基因组全序列,通过MISA、EMBOSS和CodonW等软件对滇黄精叶绿体全基因组的SSR位点、系... 详细信息

为探究滇黄精(Polygonatum kingianum)叶绿体全基因组特征和密码子使用偏性,利用第二代测序技术对滇黄精嫩叶进行测序,再经组装与注释后得到其叶绿体基因组全序列,通过MISA、EMBOSS和CodonW等软件对滇黄精叶绿体全基因组的SSR位点、系统发育及密码子偏好性进行分析。结果表明,滇黄精完整叶绿体基因组长度为155852 bp,基因组平均GC含量为37.7%,其大、小单拷贝区(LSC)长度分别为84633和18525 bp,反向重复区长度为26347 bp,注释了132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个核糖rRNA基因。叶绿体基因组中共有69个SSR位点,绝大多数属于单碱基重复的A/T类型。系统发育分析表明滇黄精与格脉黄精(***)亲缘关系近,可能与分布地域有关。密码子偏好性分析表明,滇黄精叶绿体基因组密码子使用模式受到自然选择影响大于突变因素,最终确定9个最优密码子。因此,滇黄精叶绿体基因组遗传结构和系统发育位置及其密码子偏倚的分析,为叶绿体基因工程研究提供理论依据。

关键词：滇黄精叶绿体基因组密码子使用偏性最优密码子

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芝麻叶绿体基因组的密码子使用偏性及其影响因素

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分子植物育种 2023年第14期21卷 4535-4544页

作者：李路丽张萍曾强宗营杰陆瑞菊刘成洪王俊生陈志伟上海市农业科学院生物技术研究所上海市农业遗传育种重点实验室上海201106 上海海洋大学水产与生命学学院上海201306 上海市青浦区重固镇农业综合服务中心上海201706 上海光明长江现代农业有限公司上海202178 周口师范学院生命科学与农学学院周口466001

通过分析芝麻叶绿体基因组密码子的使用偏性,阐明其密码子的使用偏性特征,并探讨其影响因素。以芝麻叶绿体基因组的50个蛋白编码序列为研究对象,利用CodonW等软件对其密码子使用模式及影响因素进行了分析。结果发现,芝麻叶绿体基因的GC... 详细信息

通过分析芝麻叶绿体基因组密码子的使用偏性,阐明其密码子的使用偏性特征,并探讨其影响因素。以芝麻叶绿体基因组的50个蛋白编码序列为研究对象,利用CodonW等软件对其密码子使用模式及影响因素进行了分析。结果发现,芝麻叶绿体基因的GC含量平均为38.48%,密码子3个位置的GC含量平均值分别为47.22%、39.88%和28.33%(即GC_(1)>GC_(2)>GC_(3));GC_(1)和GC_(2)相关性显著,但它们与GC_(3)相关性都不显著;ENC值的范围为36.59~57.73,平均值为47.20,都高于35;密码子使用偏性受多种因素的影响,其中自然选择是主要影响因素;对应性分析发现,前4个轴为主要影响因素,总共代表了近70%的变异来源,但不同轴与密码子其他相关指标的相关性并不相同;通过高频密码子和最优密码子分析,共获得了32个高频密码子,16个最优密码子,这些密码子第3位碱基也都偏向于使用A或T(U)。本研究表明芝麻叶绿体基因组的密码子使用偏性较弱,其主要受到自然选择的影响,并且密码子第3位碱基多以A或T(U)结尾。

关键词：芝麻叶绿体基因组密码子使用偏性最优密码子

大蒜全基因组WOX家族基因鉴定及密码子使用偏性分析

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西南农业学报 2022年

作者：董新玉邓浪张亚春陈国发李树锋大理州农业科学推广研究院经济作物研究所云南农业职业技术学院

【目的】在大蒜（Allium sativum）全基因组中鉴定WOX家族基因，并进行密码子使用偏性分析，为进一步研究大蒜WOX家族基因的功能提供重要依据。【方法】利用生物信息学方法，鉴定分析大蒜WOX家族基因及其密码子使用偏性。基于GEO测序（R... 详细信息

【目的】在大蒜（Allium sativum）全基因组中鉴定WOX家族基因，并进行密码子使用偏性分析，为进一步研究大蒜WOX家族基因的功能提供重要依据。【方法】利用生物信息学方法，鉴定分析大蒜WOX家族基因及其密码子使用偏性。基于GEO测序（RNA-seq）数据，分析大蒜WOX家族基因在大蒜鳞茎不同发育时期及其他组织中的表达模式。【结果】从大蒜基因组中鉴定到16个大蒜WOX家族基因。系谱进化分析发现：大蒜WOX家族基因被划分为3个进化支，分别属于远古支、中间支和WUS支。保守结构域分析发现：它们均含有68个氨基酸组成的保守结构域。密码子使用偏性分析发现：该家族基因密码子使用偏性较弱并受GC3s的影响，同时，该家族基因存在27个高频密码子和14个最优密码子，且大多数偏向于A/U结尾。基于RSCU值和CDS序列聚类发现：基于CDS序列聚类能更加准确表达该家族基因之间的进化关系。ENC-Plot和PR2-plot分析发现：该家族基因密码子使用偏性主要受选择压力的影响。最佳外源表达系统发现：拟南芥更适合用于该家族基因的外源表达系统。表达谱分析发现：该家族基因在鳞茎发育不同时期、叶片、假茎和根中存在差异表达。【结论】本研究为进一步弄清大蒜WOX基因在大蒜生长发育过程中的作用提供了科学依据。

关键词：大蒜全基因组 WOX家族基因密码子使用偏性

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密码子使用偏性量化方法研究综述

基因组学与应用生物学 2013年第5期32卷 660-666页

作者：唐晓芬陈莉马玉韬西北大学信息科学与技术学院西安710127 宁夏大学数学计算机学院银川750021 宁夏大学物理电气信息学院银川750021

在基因组学水平上研究密码子使用偏性模式、成因并分析进化过程中的选择压力在基因组学研究中有重要意义。文章概述了目前提出的密码子使用偏性的量化方法及实现原理。目前研究发现:有些量化密码子偏性的方法受高表达基因参考数据集未... 详细信息

在基因组学水平上研究密码子使用偏性模式、成因并分析进化过程中的选择压力在基因组学研究中有重要意义。文章概述了目前提出的密码子使用偏性的量化方法及实现原理。目前研究发现:有些量化密码子偏性的方法受高表达基因参考数据集未完全注释的限制,不同密码子位置对变异和选择的影响不同,以及不同密码子位置处GC含量和嘌呤含量的贡献不同。由此展望密码子偏性量化方法发展方向为:需要设计不需要相关参考基因集合先验知识的密码子使用偏性量化方法;考虑不同位置处背景核苷酸组成的密码子使用偏性的量化方法;同时考虑基因表达水平的密码子使用偏性量化方法。最后,归纳了目前可用的密码子使用偏性的量化工具和数据库。

关键词：同义密码子密码子使用偏性背景核苷酸 GC3 高表达基因

一种基于密码子使用偏性的检测型基因芯片设计方法

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东南大学学报（自然科学版） 2002年第4期32卷 581-585页

作者：马建民顾万君周童孙啸陆祖宏东南大学吴健雄实验室南京210096

首先预测特定蛋白密码子使用概率表 ,以确定序列中各氨基酸的编码密码子 ,这样可以将芯片表面探针的数量减少为原来的 4.47% .然后进一步考虑密码子在编码时的C G选择性分离原则、G T配对原则 ,以进一步将芯片表面探针的数量减少至 4.2 ... 详细信息

首先预测特定蛋白密码子使用概率表 ,以确定序列中各氨基酸的编码密码子 ,这样可以将芯片表面探针的数量减少为原来的 4.47% .然后进一步考虑密码子在编码时的C G选择性分离原则、G T配对原则 ,以进一步将芯片表面探针的数量减少至 4.2 5 % .在对探针特异性要求不高的情况下 ,可以采用最优密码子使用概率表 ,以求最大限度的降低探针的数目 ,这样芯片表面探针的数量可减少到原来的 0 .2 0 % .通过上述方法。

关键词：检测型基因芯片设计方法特定蛋白密码子使用偏性 C-G选择性分离原则 G-T配对原则探针优化遗传密码

密码子使用偏性分析算法的图形卡并行加速和应用

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密码子使用偏性分析算法的图形卡并行加速和应用

作者：荆晨阳西南大学

学位级别：硕士

随着第三代测序技术的普及,生物数据呈指数增长。各种生物数据库如NCBI、EBI、DDBJ等被建立和不断丰富,标志着生物数据也迈入了“大数据”时代。大量的生物数据对人们处理和操纵数据的能力提出了巨大挑战。在这些生物数据中最值得关注... 详细信息

随着第三代测序技术的普及,生物数据呈指数增长。各种生物数据库如NCBI、EBI、DDBJ等被建立和不断丰富,标志着生物数据也迈入了“大数据”时代。大量的生物数据对人们处理和操纵数据的能力提出了巨大挑战。在这些生物数据中最值得关注的就是生物序列,它不仅包括存储遗传信息的DNA序列、RNA序列,还有承担生命活动的蛋白质序列及基因表达过程中出现的密码子序列。现代技术的发展使得多核、多线程的并行高性能计算设备可以有效的应对大量数据和大量计算带来的挑战。其中,支持统一设备架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)的图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)在并行处理大量计算的任务中表现良好,被广泛应用于科学计算、生物计算、物理模拟、天文预测等多个领域。支持CUDA的GPU拥有数以千计的计算单元,可通过并行处理大量计算任务来节省可观的运算时间。CUDA的这个优势对于动辄数十小时甚至数天的生物计算任务来说,具有十分重要的实践意义。基于此优点,我们可利用支持CUDA的GPU来对生物信息学算法进行并行化改进,以此来降低算法的运算时间。之后,我们搭建了一个可集成并行化架构的生物信息学平台,通过使用平台集成的并行化工具和其他常用生物信息学软件可提高生物信息学研究的效率。本文所做的两项主要工作具体阐述如下:(1)本文提出并实现了基于支持CUDA的GPU的密码子偏差系数模型并行化方法。密码子使用偏性(Codon Usage Bias,CUB)是广泛存在于生物界的特性。对于密码子使用偏性有多个评价指数,现存的一些指数由于考察方面不同而存在不同的局限性,如依赖参考集、缺乏统计重要性估计或缺乏考虑有效背景核苷酸组分等。密码子偏差系数模型(Codon Deviation Coefficient,CDC)弥补了上述不足,但其在对大量的序列数据分析密码子使用偏性时耗时较长。本文在CDC的基础上将其进行并行化改进,通过对CDC算法流程分析将算法划分为各个子模块,并在子模块上进行数据依赖性分析、时间分析,筛选出适合并行的子模块对其进行并行化改进。同时,我们对原算法中使用的一些数据结构做相应修改,并使用了CURAND API来解决并行随机数问题,这些改进和措施很好的解决了并行化和串行化间的差异,使得算法使用的数据能被GPU更快速更容易的访问。之后,我们用CUDA-C语言实现了并行化的CDC算法。通过并行方法和串行方法的时间对比,我们观察到并行方法在不同数据量大小的数据上获得了约为3898倍的加速比,且在一定范围内数据量越大加速比越高。最后,通过加速比分析,验证了现有加速比的正确性。(2)支持并行化的生物信息学平台的搭建。当今生物信息处理软件和工具比比皆是,各种生物数据和生物信息数据库都可以轻松的借助于互联网访问。集成化的生物信息学平台可提高生物信息学研究效率。目前多数生物信息学平台都采用可视化的web界面来调用生物信息学工具,避免了工具复杂的命令行使用方式。但大多平台只集成了普通的串行化工具,且不具备中文界面,借助平台的生物信息学研究仍需花费大量时间,且这些平台不利于国内用户使用。因此,我们使用python和XML语言对开源项目galaxy进行修改和二次开发,搭建了一个开放易用的本地化的生物信息学平台,并将平台与并行化架构结合起来。通过改写源代码、编写配置文件等方式使生物信息学平台可以调用之前实现的并行化CDC算法程序和其他并行化工具,从而用户可以直接通过web界面来使用支持CUDA的GPU进行并行计算。使用平台的并行化工具可提升研究效率,用户也能方便的利用平台集成的各种工具如数据获取、格式转换、数据处理、结果分析等来构建自己的生物信息学处理流程。

关键词：统一设备架构图形处理器并行加速密码子使用偏性生物信息学平台

SARS及其他几种冠状病毒密码子使用偏性的位点差异(英文)

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Journal of Southeast University(English Edition) 2005年第2期21卷 203-206页

作者：周童顾万君马建民孙啸陆祖宏东南大学分子与生物分子电子学教育部重点实验室南京210096

分析了SARS冠状病毒以及其他5种冠状病毒基因编码起始区与终止区的密码子使用偏性.结果表明,冠状病毒基因组的稀有密码子倾向于出现在编码起始区和终止区附近.起始区的这种倾向性对冠状病毒基因的表达具有负性调控作用,可以用稀有密码... 详细信息

分析了SARS冠状病毒以及其他5种冠状病毒基因编码起始区与终止区的密码子使用偏性.结果表明,冠状病毒基因组的稀有密码子倾向于出现在编码起始区和终止区附近.起始区的这种倾向性对冠状病毒基因的表达具有负性调控作用,可以用稀有密码子调控假说解释.终止区的这种倾向性表明,这些出现在终止区的稀有密码子对基因的表达也有负性调节作用.研究结果同时暗示了稀有密码子调控假说不仅适用于细菌,而且还适用于某些病毒基因组.

关键词：密码子使用偏性 SARS 冠状病毒基因表达位点差异

三种块菌(松露)全基因组密码子使用偏性及其影响因素

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浙江农业学报 2022年第7期34卷 1439-1448页

作者：韩利红田雪莲刘潮付小林王远献曲靖师范学院生物资源与食品工程学院云南省高校特色果酒技术创新与应用工程研究中心云南曲靖655011

块菌又称松露,为珍稀野生药食兼用的大型真菌,具有极高的营养保健价值。密码子使用偏性分析可为块菌的遗传进化与资源开发提供理论依据。基于黑孢块菌(Tuber melanosporum)、白块菌(***)和波氏块菌(***)的基因组数据,利用CodonW 1.4.2、... 详细信息

块菌又称松露,为珍稀野生药食兼用的大型真菌,具有极高的营养保健价值。密码子使用偏性分析可为块菌的遗传进化与资源开发提供理论依据。基于黑孢块菌(Tuber melanosporum)、白块菌(***)和波氏块菌(***)的基因组数据,利用CodonW 1.4.2、Mega X软件和EMBOSS在线网站,系统分析3种块菌基因组密码子使用特征及其影响因素。结果显示,3种块菌基因组密码子使用模式高度相似,密码子第3位偏好鸟嘌呤或胞嘧啶(G/C),有效密码子数值较高,其中,黑孢块菌与波氏块菌密码子使用性相似度最高,白块菌鸟嘌呤或胞嘧啶碱基相关参数均较高。3种块菌最优密码子中G/C结尾的分别占81.8%、78.9%和61.9%,三者共有的高频密码子24个,共有的最优密码子14个,均偏好鸟嘌呤或胞嘧啶或胸腺嘧啶结尾的密码子,但总体偏好性不强。奇偶偏性、ENC-GC3s关联、中性绘图和对应性分析显示,3种块菌密码子使用偏性形成受选择压力等多种因素影响,其中黑孢块菌主要受翻译选择压力影响,白块菌主要受翻译选择外的其他因素影响,波氏块菌受选择压力影响相对较弱。研究表明,3种块菌基因组密码子使用模式相似,偏性较弱,表达潜力较低,受多种因素影响,研究结果可为块菌的物种演化研究和遗传育种提供理论基础。

关键词：块菌基因组密码子使用偏性最优密码子选择压力

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