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多功能密码子分析优化平台的构建及应用研究

多功能密码子分析优化平台的构建及应用研究

作者：郑元庭浙江大学

学位级别：硕士

在生物世代遗传信息传递的过程中,对遗传信息进行有效的编码和解码十分重要。密码子指的是mRNA链上决定一个氨基酸的相邻的三个碱基,因此也叫做三联体密码子。密码子有很多特点,一直以来都是基础和合成生物学研究的热点。研究人员发现2... 详细信息

在生物世代遗传信息传递的过程中,对遗传信息进行有效的编码和解码十分重要。密码子指的是mRNA链上决定一个氨基酸的相邻的三个碱基,因此也叫做三联体密码子。密码子有很多特点,一直以来都是基础和合成生物学研究的热点。研究人员发现20种常用氨基酸对应了61种密码子,除了甲硫氨酸和色氨酸外,每一种氨基酸都对应多个密码子,这使得密码子具有简并性。然而科学家发现在不同物种中,同义密码子的使用并不是随机的,某些物种更偏向于使用某几种密码子,这就造成了密码子的使用偏好性。在系统发育和进化研究中,密码子偏好性经常被用作衡量种间差异性的一个指标。此外,在合成生物学研究中,利用密码子偏好性,对基因进行编码优化,使用宿主细胞偏好的密码子替换外源基因的密码子,可提高外源基因在宿主中的表达量。除了密码子优化,还有利用密码子弱化来制备减毒疫苗的成果案例。因为此类研究具有广阔的应用前景,近年来提出了很多密码子分析的量化指标,如相对同义密码子使用度（RSCU）、有效密码子数（ENC）、密码子适应指数（CAI）、ENC-GC3s绘图分析、PR2绘图分析、密码子对偏好系数（CPB）等等。但是,目前很多的指标都没有成熟的软件可以分析,有些指标需要用户自己编写程序,这对很多科研人员造成一定的困难,阻碍了研究的发展。基于以上的原因,本研究通过文献搜集,找出了目前学术界常用和最新提出的密码子分析指标和分析内容,使用python脚本实现了所有的分析内容,并基于Django这个框架搭建了一个密码子分析优化平台,供广大科研人员使用。该平台操作方便,功能齐全,并与时俱进地增加新的分析模块,为密码子分析提供便利。此外,本研究还开发了一种基于密码子对的优化算法,并将其整合入密码子优化模块中,为密码子优化提供新的思路。在本论文的最后,通过两个实例,来展示使用本密码子分析优化平台的优势。其中实例一展示了使用密码子分析功能可以快速完成对三种植物的全基因组密码子偏好性分析,并给出比较结果图。实例二展示了利用密码子优化平台的功能优化目标基因序列,提高其表达量,并发现本研究中实现的基于密码子对的优化相较传统的单密码子优化具有更大的优势。

关键词：密码子密码子对密码子偏好性密码子优化 Django

癌基因密码子间的距离和Y-内积表示及其应用

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江苏大学学报（自然科学版） 2011年第5期32卷 607-611页

作者：朱平闫艳艳孔娟娟江南大学理学院江苏无锡214122

为了深入研究正常基因变为癌基因时,氨基酸亲疏水性的变化趋势,在已经建立的代数结构的基础上给出了全新的距离及Y-内积的定义,通过计算得出GF(7)上36个本原多项式及其根,并得出了对应的生物意义的表示,利用所建立的理论数学模型分析了... 详细信息

为了深入研究正常基因变为癌基因时,氨基酸亲疏水性的变化趋势,在已经建立的代数结构的基础上给出了全新的距离及Y-内积的定义,通过计算得出GF(7)上36个本原多项式及其根,并得出了对应的生物意义的表示,利用所建立的理论数学模型分析了在胃癌,食道癌,肺癌以及B细胞淋巴癌中的p53错义突变过程中氨基酸亲疏水性的变化.结果表明:当正常的基因变为癌基因且密码子的第2位碱基发生变化时,密码子间的距离不小于1;特别是当第2位碱基由A变为G,C时,其Y-内积的值为负值;由T变为G,C,A时,Y-内积的值则大于4.

关键词：密码子距离 Y-内积癌基因氨基酸亲疏水性

高致病性冠状病毒密码子偏爱性分析及S蛋白真核表达重组质粒的构建

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高致病性冠状病毒密码子偏爱性分析及S蛋白真核表达重组质粒的构建

作者：田明明大理大学

学位级别：硕士

目的密码子偏爱性分析已成为多种学科研究的热点问题与前沿方向。在医学病毒学的研究领域里,密码子偏爱性分析常用来了解不同病毒株间进化关系,明确它们之间的遗传特性,进而为疾病的防控与疫苗的研制方面提供重要的理论基础。本课题分... 详细信息

目的密码子偏爱性分析已成为多种学科研究的热点问题与前沿方向。在医学病毒学的研究领域里,密码子偏爱性分析常用来了解不同病毒株间进化关系,明确它们之间的遗传特性,进而为疾病的防控与疫苗的研制方面提供重要的理论基础。本课题分析六种人冠状病毒(HCoV:SARS-CoV、MERS-CoV、HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-OC43、HCoV-HKU1)的密码子偏爱性,了解它们之间的进化关系;又分析不同宿主间高致病性冠状病毒(SARS-CoV、MERS-CoV)的密码子偏爱性及它们的进化关系,以明确高致病性冠状病毒的遗传特性,为其防控提供重要的理论依据。同时利用分子克隆技术构建高致病性冠状病毒不同长度的S蛋白(SARS-S、SARS-S1、SARS-RBD、MERS-S1、MERS-RBD)的真核表达重组质粒,为进一步S蛋白表达及功能研究奠定一定的理论基础。方法本研究,从NCBI下载了所需的冠状病毒基因编码序列(CDS),使用Lasergene子程序EditSeq保存截取的蛋白编码序列;使用EMBOSS子程序CUSP计算密码子Frequency值;CodonW计算密码子ENC、GC、GC3S、RSCU值。使用ENC、RSCU指标,衡量密码子偏好性;用ENC-Plot、中性绘图分析、PR2分析、聚类分析的方法,分析密码子偏爱性的影响因素,以及它们之间的进化关系。同时,我们利用分子克隆技术构建高致病性冠状病毒不同长度的S蛋白(SARS-S、SARS-S1、SARS-RBD、MERS-S1、MERS-RBD)的真核表达重组质粒。结果1.六种HCoV密码子偏爱性分析结果显示:各蛋白ENC平均值均接近61;通过RSCU平均值的分析,找出了六种HCoV各蛋白间的偏爱性密码子(RSCU>1)与非偏爱性密码子(RSCU密码子均以A、U结尾的密码子为主;ENC-Plot结果显示,六种HCoV各蛋白几乎落在了相似区域,且远离标准曲线;中性绘图分析结果显示,六种HCoV所有蛋白斜率(b)除HCoV-NL63斜率较大(0.7267),其他斜率均较小;奇偶规则分析结果显示,大部分基因落在了左下方。另外,基于结构蛋白S与非结构蛋白ORF1ab的密码子偏爱性聚类结果显示,在S蛋白上,HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-229E聚为一起;而HCoV-HKU1、SARS-CoV、MERS-CoV聚在了一起;ORF1ab结果显示,SARS-CoV、HCoV-NL63、HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-HKU1聚在了一起,MERS-CoV单独聚为一类。2.SARS-CoV与SARSr-CoV密码子偏爱性比较及聚类分析结果显示:两者各蛋白有效密码子数目(ENC)平均值均接近61;SARS-CoV编码的各蛋白偏爱的密码子(RSCU>1)个数在20-27之间,SARSr-CoV编码的各蛋白偏爱的密码子(RSCU>1)个数在17-30之间,并且两者皆以A、U结尾的密码子为主;其中,AUU、ACU为SARS-CoV的12种蛋白共有的偏爱密码子,而GGG、UGG、CUG、AUC、AUG为非偏性密码子。另,CUU为SARSr-CoV的12种蛋白共有的偏爱密码子,而GGG、UGG、AGC、CGG为非偏性密码子;ENC-Plot结果显示,两者几乎落在了相似区域,且远离标准曲线;中性绘图分析结果显示,SARS-CoV与SARSr-CoV的S、ORF1a两蛋白的斜率均较小;奇偶规则分析结果显示,大部分基因落在了左下方。基于密码子偏爱性的聚类分析结果显示,在S蛋白上,SARSr-CoV/RSYN2013/Yunnan、SARSr-CoV/RS/WIVI1/Yunnan/2013、SARSr-CoV/Rs/WIV16/Yunnan/2013三株与SARS-CoV进化关系最为密切。而RS7327、RS9401、RS4084、RS4231、RS4874这5株新报道的SARSr-CoV同样可与SARS-CoV聚为一类;而新近发现的RS4081、RS4255、AS6526、RS4237、RS4247、Rf4092这6株SARSr-CoV则与华南地区(香港、广西)发现的SARSr-CoV聚为一类;云南株YNLF1C、YNLF4C、RS3367与中国西南(贵州、广西)、华中(湖北)、华北(河北)、东北(吉林)发现的病毒株聚在了一起,同时,地域相邻的山西、陕西则单独聚为一类。而非结构蛋白ORF1a的聚类分析发现,云南蝙蝠中发现的SARSr-CoV均与可以感染人和果子狸的SARS-CoV聚在了一起,同时,该分支同时包括了来自于贵州、广西、湖北的毒株。而香港报道的SARSr-CoV毒株与SARS-CoV差异较大,与一株来自湖北的毒株共同聚为一类。中国中北部地区的山西、陕西、河北、湖北、吉林的SARSr-CoV则共同聚为一类。3.MERS-

关键词：高致病性冠状病毒密码子偏爱性重叠PCR 重组质粒

Lack of correlation between p53 codon 72 polymorphism and anal cancer risk

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World Journal of Gastroenterology 2009年第36期15卷 4566-4570页

作者： Simone S Contu Grasiela Agnes Andrea P Damin Paulo C Contu Mário A Rosito Claudio O Alexandre Daniel C Damin Department of Surgery Division of Coloproctology Clinicas Hospital of Porto Alegre and Federal University of Rio Grande do Sul90.035-930 Porto AlegreBrazil Laboratory of Molecular Biology and Department of Pathology Federal University of Health Science of Porto Alegre90.035-930 Porto AlegreBrazil

AIM:To investigate the potential role of p53 codon 72 polymorphism as a risk factor for development of anal cancer. METHODS:Thirty-two patients with invasive anal carcinoma and 103 healthy blood donors were included in the study.p53 codon 72 polymorphism was analyzed in blood samples through polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism and DNA sequencing. RESULTS:The relative frequency of each allele was 0.60 for Arg and 0.40 for Pro in patients with anal cancer, and 0.61 for Arg and 0.39 for Pro in normal controls. No significant differences in distribution of the codon 72 genotypes between patients and controls were found. CONCLUSION:These results do not support a role for the p53 codon 72 polymorphism in anal carcinogenesis.

关键词： p53基因多态性分析癌基因密码子肛门限制性片段长度多态性风险聚合酶链反应

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密码子与反密码子的本质与拓展

生物学通报 2020年第11期55卷 13-16页

作者：金志忠云南省安宁中学云南安宁650300

结合遗传密码的破译实验,举例阐述密码子的种类,反密码子阅读密码子的规律,以及遗传密码的简并性、变偶性、防错性和遗传密码的特殊识别机制,同时根据副密码子功能、无义抑制突变型tRNA的作用讨论进化与适应发展特性,为遗传信息表达过... 详细信息

结合遗传密码的破译实验,举例阐述密码子的种类,反密码子阅读密码子的规律,以及遗传密码的简并性、变偶性、防错性和遗传密码的特殊识别机制,同时根据副密码子功能、无义抑制突变型tRNA的作用讨论进化与适应发展特性,为遗传信息表达过程中密码子和反密码子的拓展研究提供论据。

关键词：密码子反密码子副密码子变偶性无义抑制突变

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密码子

生物学通报 1997年第4期32卷 15-17页

作者：钱留华江苏省泰兴中学 225400

遗传学上把决定氨基酸的不同碱基排列顺序，叫做遗传密码。而密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，即三联体密码予。1密码子的发现和破译最早提出遗传密码这一名词的是量子力学奠基人之一，奥地利物理学家施勒丁格（E．Schr... 详细信息

遗传学上把决定氨基酸的不同碱基排列顺序，叫做遗传密码。而密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，即三联体密码予。1密码子的发现和破译最早提出遗传密码这一名词的是量子力学奠基人之一，奥地利物理学家施勒丁格（E．Schrodinser，1944）。第一个提出遗传密码具体设想的是美国物理学家G．Gamov，他通过推算提出了三联体密码子的概念，并且进一步推论一种氨基酸可能不止有一个密码子。克里克（Crick）、布伦纳（S．Brenner）等人以T。噬菌体作为主要研究材料，证实了三联体密码子决定20种不同的氨基酸。第一个用实验破译密码子的是马太（Matthaei）和尼伦伯格（Nirenberg），1961年，他们在实验室内把大量的大肠杆菌磨碎制成无细胞提取液，其中含有蛋白质合成所必须的各种酶和氨基酸，然后装入试管，加入少量ATP和人工合成的聚尿呼陡核着酸，结果合成的肽链完全是由Phe连接起来的。这一实验说明，Phe的密码子一定是UUU。用同样的方法，得知Pro的密码子是CCC、Lys的密码子是AAA等。随着技术的改进，以后又人工合成了6种不同的mRNA多聚体，每个多聚体只含有2个碱基，用它们作模板进行蛋白质...

关键词：遗传密码密码子

乙型肝炎病毒表面抗原终止密码子的偏嗜性选择

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北京大学学报（医学版） 2008年第3期40卷 270-272页

作者：李俊强田敬华刘峰杜绍财北京大学人民医院北京大学肝病研究所北京100044 北京地坛医院

目的:探究乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)终止密码子的存在状况及偏嗜性。方法:从GenBank中选取各基因型的参考序列共174例;使用生物软件BioEdit进行序列比对,应用RNAdraw构建并分析其RNA二级结构。结果:(1)在174例参考序列中,HBsAg的终... 详细信息

目的:探究乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)终止密码子的存在状况及偏嗜性。方法:从GenBank中选取各基因型的参考序列共174例;使用生物软件BioEdit进行序列比对,应用RNAdraw构建并分析其RNA二级结构。结果:(1)在174例参考序列中,HBsAg的终止密码子共有TAA和TGA两种形式。其中TAA形式的有124例,占71.26%;TGA形式的有50例,占28.74%。(2)终止密码子的使用存在偏嗜性,并影响RNA的二级结构和蛋白质的编码氨基酸序列。结论:HBsAg终止密码子的使用偏嗜性客观存在,可能与进化过程中RNA结构和蛋白质功能的保守性相关。

关键词：肝炎病毒乙型密码子终止序列分析

口蹄疫病毒密码子使用偏性的位点差异(英文)

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华北农学报 2013年第2期28卷 32-37页

作者：马晓霞冯玉萍赵永清陈莉刘俊林郭鹏辉陈红杨具田卢建雄陈世恩马忠仁西北民族大学生命科学与工程学院甘肃兰州730010

分析了FMDV各血清型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,FMDV各血清型中的稀有密码子倾向出现于编码起始区,而终止区附近稀有密码子出现的倾向较弱。这一有趣的现象,可利用"稀有密码子调控假说"来解释为FMDV起始编... 详细信息

分析了FMDV各血清型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,FMDV各血清型中的稀有密码子倾向出现于编码起始区,而终止区附近稀有密码子出现的倾向较弱。这一有趣的现象,可利用"稀有密码子调控假说"来解释为FMDV起始编码区的稀有密码子的使用对其编码区表达具有负调控作用。而终止区附近的这种较弱的倾向性表明,终止区密码子的使用对编码区基因表达的影响可能没有起始区那样强烈。同时说明,"稀有密码子调控假说"不仅适用于细菌,而且也适用于一些病毒基因组。

关键词： FMDV 血清型密码子调控

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杜仲转录组基因密码子使用偏好性分析

北方园艺 2016年第13期 85-89页

作者：刘慧敏乌云塔娜杜红岩中国林业科学研究院经济林研究开发中心河南郑州450003 国家林业局杜仲工程技术研究中心河南郑州450003

以杜仲转录组数据为试材,采用CodonW和SPSS软件相结合的方法,研究了杜仲基因密码子组成和长度对基因表达量的影响,以期为将来改造外源基因及利用基因工程技术改良杜仲提供理论基础。结果表明:杜仲转录组中基因的表达量与G3s、C3s、G+C和... 详细信息

以杜仲转录组数据为试材,采用CodonW和SPSS软件相结合的方法,研究了杜仲基因密码子组成和长度对基因表达量的影响,以期为将来改造外源基因及利用基因工程技术改良杜仲提供理论基础。结果表明:杜仲转录组中基因的表达量与G3s、C3s、G+C和GC3s含量均呈极显著正相关(P密码子数(L_aa)和有效密码子数ENC均呈极显著负相关(P密码子使用偏好性较强,且偏好于使用以G/C结尾的密码子;ENC与C3s、G3s、G+C和GC3含量均呈极显著负相关(P密码子,分别为AAC、AAG、ACC、AGG、AUC、CAC、CAG、CCG、CUC、CUG、GCC、GGC、GUC、UAC和UCC。果实和叶片特异表达基因在氨基酸Leu、Ile、Ser、Pro、Thr、Asn、Glu和Cys密码子的使用上存在差异。

关键词：杜仲转录组密码子偏好性