15种蔷薇属matK基因的密码子偏好性分析.pdf

收稿日期:修回日期:基金项目:江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目()江苏省林业科技创新与推广项目()中央财政林业改革发展资金项目(苏)苏州市科技计划(农业科技创新)面上项目()苏州农业职业技术学院博士提升计划科研启动基金项目()四川省自然科学基金项目()作者简介:黄长兵()男副研究员 研究方向:观赏植物新品种选育与抗性:.通信作者侯哲()男博士讲师 研究方向:园林植物抗逆性分子机制:.种蔷薇属 基因的密码子偏好性分析黄长兵 沈 萍 侯 哲(苏州农业职业技术学院江苏 苏州)摘要:基于 种蔷薇属叶绿体全基因组图谱筛选其 基因并对其密码子偏好性进行分析 结果表明:()、的平均值分别为.、.、.密码子第 位的 含量最高第 位的 含量最低具有显著差异性有效密码子数与第 位密码子的 含量显著相关()与 的相关性不显著且密码子的偏好性受自然选择的影响()基因的有效密码子数低于预期值位于标准曲线的下方说明 基因密码子的偏好性受到了选择的影响()共计 个密码子的同义密码子相对使用度()大于 其中有 个密码子均以/结尾仅有 个密码子以 结尾说明 基因的密开放科学(资源服务)标识码()码子偏好以 或者 结尾 较高的 个密码子为(.)、(.)、(.)关键词:基因 叶绿体基因组 密码子偏好性 选择与突变中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.(.).():.().()/.(.)(.)(.).:植物功能基因密码子的偏好性为理解物种进化提供了重要信息 密码子偏好性是决定某些基因转录表达的关键因子既可以显示植物起源、进化和突变的途径也可以影响蛋白的表达和基因功能因此了解密码子的偏好性对理解基因的表达调控分子机理及基因信息的传输具有重要作用 影响密码子偏好性的因素较多例如:漂变、突变、基因表达水平、自然选择及转运核糖核酸()丰度等 密码子偏好性对于物种基因组水平的研究也具有重要意义 分析引起蔷薇属植物叶绿体基因密码子偏好性的相关因子对了解其叶绿体基因组的形成与进化具有重要意义 基因是叶绿体基因组中非常保守的通用引物序列 大多数植物叶绿体具有自己独立的遗传物质即叶绿体基因组一般为母系遗传 叶绿体基因组长度一般 含有 个基因其编码区的基因比非编码区更为保守相比核基因与线粒体基因组叶绿体 基因的进化速率更低福建农林大学学报(自然科学版)第 卷 第 期 ()年 月因此结构更稳定近些年来广泛用于植物的群体进化、指纹图谱的构建和系统发育关系研究 基因密码子偏好性的研究具有重要价值一方面选取高契合度的叶绿体基因可以帮助目的基因快速转化提高转化效率及实现目的基因的高表达另一方面了解 基因的最优密码子可以有效构建叶绿体基因表达载体从而促进基因的表达蔷薇属植物广泛栽植于全国各地具有较高的观赏价值 蔷薇属植物在开花、抗逆等关键的园艺性状研究中起到了至关重要的作用 近年来蔷薇属植物的研究工作多集中在种质资源筛选、新品种选育、抗逆性与抗病性及生理生化方面而涉及分子生物学尤其是叶绿体基因组密码子偏好性的研究还未见报道 鉴于此本研究基于 个蔷薇属的叶绿体全基因组图谱筛选 基因并对其密码子偏好性进行分析为后续的蔷薇属植物的系统发育研究提供依据并丰富蔷薇属植物的分子生物学研究 材料与方法.基因序列获取从公共数据库 中下载刺蔷薇()、大花香水月季(.)、光叶蔷薇()、黄刺玫()、金樱子()、亮叶月季()、玫瑰()、木香花()、蔷薇()、伞花蔷薇()、腺叶蔷薇()、小果蔷薇()、绣球蔷薇()、月月粉月季()和中甸刺玫()等 个蔷薇属的叶绿体全基因组序列信息筛选出对应的 基因并对其整体的密码子偏好性进行分析.密码子组成及 分析利用南京集思慧远生物云平台(:/.:/)分析 基因密码子的相关性参数:()密码子第 位各个碱基(、)的含量()密码子第 位的 含量()第 位的 含量()及第 位的 含量()()有效密码子数()及密码子数 各参数的相关性采用 软件(:/./)分析()同义密码子相对使用度()的计算与绘图.中性绘图分析以(、的平均值)为纵坐标为横坐标利用 软件进行中性绘图分析影响密码子偏好性的因素 若散点分布在对角线上则表明密码子偏好性受突变驱动反之则表明受到选择的影响.绘图分析通过 分析探讨 和 的分布关系其中标准曲线代表无选择压力存在时密码子偏好性完全由突变决定即完全由核酸序列组成决定密码子偏好性 通过南京集思慧远生物云平台(:/.:/)进行计算与绘图.绘图以/()为纵坐标以/()为横坐标通过 绘制散点图进行 分析判断 种蔷薇属植物 基因的密码子使用偏好性 结果与分析.基因序列 种蔷薇属植物 基因序列来源于 公共数据库(表)除光叶蔷薇外其他植物 基因在叶绿体基因组中的位置较接近.密码子相关参数对 种蔷薇属植物 基因的密码子第 位碱基组成、及 含量进行了分析(表)结果表明:密码子第 位碱基含量分别为(.)(.)(.)(.)其中/的含量 第 期黄长兵等:种蔷薇属 基因的密码子偏好性分析显著高于/含量说明 基因密码子偏好以/结尾 种 基因的 含量为.总体的 含量平均值为.说明 基因偏爱使用/碱基密码子第 位、第 位和第位的 含量为(.)(.)(.)相比密码子前 位第 位碱基偏爱以/结尾 为.表明 种蔷薇属植物 基因的 差异较小且偏好性较弱密码子数目均为 个表 种蔷薇属植物 基因信息 物种 登录号 位置/刺蔷薇 大花香水月季 .光叶蔷薇 黄刺玫 金樱子 亮叶月季 玫瑰 木香花 蔷薇 伞花蔷薇 腺叶蔷薇 小果蔷薇 绣球蔷薇 月月粉月季 中甸刺玫 表 种蔷薇属植物 基因的碱基类别及密码子使用参数 植物/密码子数个刺蔷薇.大花香水月季.光叶蔷薇.黄刺玫.金樱子.亮叶月季.玫瑰.木香花.蔷薇.伞花蔷薇.腺叶蔷薇.小果蔷薇.绣球蔷薇.月月粉月季.中甸刺玫.平均值.基因的 种蔷薇属植物的 基因共包含 个密码子(表)共编码 个氨基酸密码子数 个其中、均包含 个密码子而 密码子的含量最多总计个编码苯丙氨酸 种蔷薇属植物的 基因中氨基酸含量较丰富的是精氨酸()、亮氨酸()和丝氨酸()均由 个密码子编码(图)其中、编码精氨酸、编码亮氨酸、编码丝氨酸 而蛋氨酸()和色氨酸()仅由 个密码子编码即 编码蛋氨酸 编码色氨酸其余氨基酸分别由 个密码子编码福建农林大学学报(自然科学版)第 卷表 蔷薇属 基因 分析 氨基酸密码子密码子数/个氨基酸密码子密码子数/个.图 个蔷薇属 基因的 分析.第 期黄长兵等:种蔷薇属 基因的密码子偏好性分析 大于 说明密码子使用度较高共计 个密码子(、)的 均大于(图)其中有 个密码子均以/结尾仅有 个密码子以 结尾说明 基因的密码子偏好以 或者 结尾 较高的 个密码子为(.)、(.)、(.)颜色越深代表 越高颜色越浅代表 越低图 种蔷薇属植物 基因的.相关性分析对 种蔷薇属植物的 基因密码子的、(序列中总体的 含量)、及 进行了相关性分析(表)结果表明:与 的相关性系数为.相关性显著(.)与与 的相关性系数分别为.和.不具有相关性、与 的相关性系数分别为.和.相关性极显著(.)与 相关性系数为.相关性显著(.)、与 不具有相关性而 与 的相关性系数为.相关性显著(.)由此可见 与 具有密切相关密码子第 位碱基的含量与密码子的偏好性密切相关表 基因、及 的相关性分析)参数.):相关性显著(.):相关性极显著(.).中性绘图分析 以 基因的 为横坐标为纵坐标进行中性绘图分析(图)为.福建农林大学学报(自然科学版)第 卷图 基因中性绘图分析.为.与 的相关性系数为.不具有相关性回归系数为.且所有蔷薇属 基因均偏离了对角线说明 个蔷薇属植物的 基因的密码子受到了选择作用的影响而突变对其密码子偏好性影响较弱.分析通过 绘图也可以判断密码子偏好性的影响因素 种蔷薇属植物的 基因均位于预期曲线的下方(图)说明密码子的偏好性主要是由选择作用驱动的而突变的影响较弱.分析通过 绘图可以分析 基因密码子第 位碱基的偏倚程度 种蔷薇属植物的 基因第 位碱基的分布并不均匀(图)图中可以看出所有的 基因都分布于中心点的左上方表明密码子第 位碱基偏好以/结尾且碱基 的偏爱度更高这同样说明 基因密码子的偏爱度主要受到了选择的驱动而其他因素的影响非常小红圈的每个散点分别代表 个基因如果大部分散点位于曲线上方或接近曲线分布则说明密码子只受突变因素影响若散点位于曲线下方则说明密码子偏好性还受选择压力等因素影响图 与 关联分析.图 个 基因 分析.第 期黄长兵等:种蔷薇属 基因的密码子偏好性分析 讨论与结论、等核苷酸的分布对密码子的偏好性具有重要影响在 基因序列内部 与 含量是决定密码子使用偏好性的重要因子 本试验基于蔷薇属 个叶绿体基因组图谱筛选出 序列并用于密码子的偏好性分析结果表明绝大多数密码子以/结尾以 结尾的密码子偏少这与其他物种的密码子偏好性研究结果一致 比如在樟树()的密码子偏好性研究中密码子偏好以 或者 结尾 植物叶绿体基因组中密码子第 位通常比较保守选择压力对其影响较小所以 是密码子偏好性评估的一项重要指标 本试验结果表明不同基因的、含量存在显著差异、的平均含量分别为.、.、.含量最高而 含量最低且 与 显著相关而 与、均没有相关性说明蔷薇属 基因的密码子/含量高于/含量大部分密码子以/结尾极少数以/结尾 个蔷薇属 序列中 均高于 说明 基因偏好性较弱 及中性绘图均表明 基因的密码子偏好性被自然选择驱动这与巨桉的研究结果一致 分析也表明自然选择对 个蔷薇属 基因密码子偏好性具有十分重要的影响此结果与蒜头果()密码子的偏好性研究一致 综上所述 个蔷薇属 基因中密码子的偏好性虽然受到多个因子共同影响但是自然选择仍是最关键的影响因素参考文献 .():.钱留华.密码子.生物学通报():.吴学俊梁湘兰易子群等.湖北山楂叶绿体基因组密码子偏好性分析.分子植物育种():.任桂萍董璎莹党云琨.密码子偏好性与基因表达的精细调控.中国科学:生命科学():.原晓龙康洪梅王毅.云南蓝果树叶绿体基因组密码子偏好性分析.西北林学院学报():.冯瑞云梅超王慧杰等.籽粒苋叶绿体基因组密码子偏好性分析.中国草地学报():.李路丽张萍曾强等.芝麻叶绿体基因组的密码子使用偏性及其影响因素.分子植物育种():.杨家鑫.掌叶木和伞花木的叶绿体全基因组研究及其系统位置分析.贵阳:贵州大学.():.():.:.():.陈俊愉.中国花卉品种分类学.北京:中国林业出版社:.蒋昌华胡永红秦俊等.高温胁迫对月季品种部分生理指标的影响研究.种子():.车代弟王军虹刘慧民.丰花月季抗寒生理指标和抗寒性的关系.北方园艺():.():.秦政郑永杰桂丽静等.樟树叶绿体基因组密码子偏好性分析.广西植物():.王鹏良吴双成杨利平等.巨桉叶绿体基因组密码子偏好性分析.广西植物():.原晓龙刘音康洪梅等.蒜头果叶绿体基因组密码子偏好性分析.西南林业大学学报(自然科学版)():.(责任编辑:吴显达)福建农林大学学报(自然科学版)第 卷