目的:研究拉沙病毒（Lassa virus，LASV）密码子使用偏性及其偏性形成的影响因素，比较LASV和几种表达系统密码子使用频率，为LASV重组亚单位疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗等基因工程疫苗的制备筛选出最优外源表达系统。方法:使用Excel 2007、EMBOSS、CondonW1.4.2、SigmaPlot 14.0、SPSS 22.0等软件分析LASV核心蛋白（nucleoprotein，N）、包膜糖蛋白（envelope glycoproteins，G）、锌结合蛋白（zinc-binding protein，Z）、RNA聚合酶（RNA polymerase，L）蛋白共446条基因序列的密码子偏性及其影响因素，并将LASV密码子使用模式与几种不同表达系统进行比较。结果:LASV的各蛋白编码序列的各位置GC含量存在较大差异，各蛋白平均GC3含量为42.29%~59.47%，ENC均值41.73~52.81，除Z蛋白密码子偏性较强外，N、G、L三种蛋白密码子偏性较弱。4种蛋白RSCU>1的密码子共108个，约占45.76%，其中以A/U结尾占63.9%，GUU、GUG、UCU、UCA、CCU、ACA、GCU、GCA、AGA、AGG为LASV多数蛋白的高频密码子，GCA、AGA为4种蛋白共有的高频密码子。ENC-Plot、中性分析、PR2绘图分析显示，LASV的各蛋白密码子使用偏性受到不同因素影响，其主要因素是自然选择，突变是次要原因。对比分析提示人和酵母菌是LASV较合适的外源表达系统。结论:LASV 4种蛋白偏向使用A/U结尾的密码子，目前自然选择是其偏性的主要影响因素，与常用表达系统密码子偏性比较分析提示人和酵母菌是LASV疫苗制备的最优外源表达。

川柿(Diospyros sutchuensis)为极小种群和国家重点保护野生植物,分布范围狭窄,种群数量极少.目前,川柿基因组信息缺乏,在柿属(Diospyros)中的系统亲缘关系不明确.该研究通过Illumina平台对川柿叶绿体基因组进行测序,应用Getorganellev1.7.3.4和PGA软件对基因组进行组装和注释,使用DnaSP6.12.03软件进行多序列对比分析,并使用REPuter、Tandem Reapeats Finder和MISA软件进行重复序列分析,使用CodonW1.4和EasyCodemL软件分别进行密码子偏好性和选择压力分析.同时,基于4个不同的叶绿体基因组序列数据集,使用IQtree软件分析川柿与11个柿属物种的系统发育关系.结果表明:(1)川柿叶绿体基因组全长157 917 bp,包含1对26 111 bp的反向重复区、大单拷贝区(87 303 bp)和小单拷贝区(18 392 bp),GC碱基含量为37.4％.(2)川柿叶绿体基因组共注释到113个基因,包括79个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因;共检测到49个长重复序列、27个串联重复序列和34个简单重复序列;蛋白编码基因中高频密码子31个,多数密码子末位碱基为A或U,编码亮氨酸的密码子使用最多;基因组编码区比非编码区更为保守,10个高变热点区域可作为潜在的分子标记;蛋白编码基因中有8个基因(ndhB、ndhG、ndhI、rbcL、rpoB、petB、petD、rps12)受到正选择压力.(3)系统发育分析显示,川柿与老鸦柿(D.rhombifolia)和乌柿(D.cathayensis)亲缘关系最为密切,它们与海南柿(D.hainanensis)共同形成一个单系分支.该研究结果既为川柿及柿属种质资源鉴定、遗传多样性保护以及种群恢复等提供了叶绿体基因组资源,也为阐明川柿的系统进化提供了重要的分子信息.

目的 解析怀玉山产三叶青Tetrastigma hemsleyanum叶绿体基因组信息序列特征和确定其在崖爬藤属的系统位置.方法 用Illumina高通量测序平台NovaSeq6000进行测序获得怀玉山产三叶青叶绿体基因组序列,借助GeSeq、tRNAscan-SE、MISA、VISTA tools、DNADnaSP6.0、JSHYCloud、CodonW1.4.2、Pasteur Galaxy、mafft 7.0、fasttree 2.1.10等生物信息学工具进行序列分析、密码子偏好分析、崖爬藤属基因组比较分析和系统发育研究.结果 怀玉山产三叶青Tetrastigma hemsleyanum叶绿体基因组为共价闭合双链环状分子,长160 165 bp,包含1个大单拷贝区(large single copy region,LSC)、1个反向重复区 a(inverted repeat region a,IRa)、1 个反向重复区 b(inverted repeat region b,IRb)和 1 个小单拷贝区(small single copy region,SSC);怀玉山产三叶青叶绿体基因组注释到光合作用基因、自我复制基因、其他基因和未知功能基因4类共133个基因,包括88个CDS基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;怀玉山产三叶青叶绿体基因组检测到63个SSR位点,其中单碱基重复56个,双碱基重复7个;怀玉山产三叶青叶绿体基因组核苷酸多样性的变化范围为0～0.234 18,基因间隔区trnS-GCU-trnG-UCC、rps16-trnG-UCC以及基因ycf1变异率最高.怀玉山产三叶青叶绿体基因组密码子偏好以A或U结尾,具有较强的偏好性.突变对密码子偏好性的影响较强,而其他因素如自然选择对密码子的偏好性影响较小.怀玉山产三叶青叶绿体基因组有31个高频密码子,16个以U结尾,13个以A结尾,2个以G结尾,其中13个为最优密码子.怀玉山产三叶青与福建产三叶青(MW375708)和广西产三叶青(MW375709)亲缘关系较近,与浙江产三叶青(MT827073)、浙江产三叶青(MW375707)、浙江产三叶青KT033563(NC_029339)、四川产三叶青(MW375710)和浙江产三叶青(MW375711)亲缘关系较远.结论 三叶青之间的亲缘关系与地理位置相关性不大.首次采用生物信息学分析方法对怀玉山产三叶青叶绿体基因组进行了全面、深度解析,结果将为崖爬藤属药用植物的遗传多样性分析以及新品系的遗传育种研究等提供理论依据.

果蝇Drosophila杂种劣育(hybrid dysgenesis)指某些品系果蝇间杂交,子代出现诸如卵巢发育不全、分离比异常、雄性个体减数分裂出现重组、高突变率、高频率染色体畸变甚至不育等异常现象.该现象可由多种转座因子(transposable element,TE)频繁转座引起,包括:P因子、Ⅰ因子、hobo因子、Penelope因子、Paris因子和Helena因子等.其中P因子是首个确定DNA序列的真核生物转座子,也是研究得最为充分的动物TE之一,已被开发成基因工程工具,在果蝇转基因研究中发挥重要作用.基因组中携带P因子的果蝇为父系品系(paternal strain),即P品系,无P因子的果蝇为母系品系(maternal strain),即M品系.M雌xP雄杂交子代,在繁殖过程中出现杂种劣育现象,而P雌×M雄、M雌×M雄以及P雌xP雄交配组合的后代都是正常的.近20年来,P因子调控机制研究取得重大进展,在原有阻遏蛋白机制外,又发现了与PIWI蛋白相互作用的RNA[P-element-induced wimpy testis(PIWI)-interacting RNA,piRNA]机制.阻遏蛋白机制基于 P 因子转座酶4个外显子间的3个内含子转录后剪切方式:如果3个内含子均被剪切,则产生的mRNA包含4个外显子,翻译为87 kD的转座酶,促进P因子转座;如果仅前2个内含子被剪切,则产生的mRNA在第3个内含子区段所含终止密码子处提前终止翻译,产生66 kD的阻遏蛋白,阻止P因子转座.近年发现的piRNA机制是更为普遍的TE调控机制,该机制类似细菌中发现的CRISPR来源的RNA(CRISPR-derived RNA,crRNA)机制,编码piRNA的基因也成簇排列,称为piRNA基因簇.piRNA基因簇转录出单链RNA前体分子,剪切为23～32 nt的piRNA,随即与PIWI蛋白结合形成复合体,并通过两个途径发挥作用:一是降解与piRNA序列互补的靶mRNA,发挥转录后沉默作用;另一是进入细胞核,指导P因子或piRNA基因簇序列的表观遗传修饰,发挥对P因子的转录抑制作用,和对piRNA基因簇的转录激活作用.研究发现,阻遏蛋白机制和piRNA机制在P因子转座调控中均发挥作用.本文可为果蝇杂种劣育现象的教学和科研工作提供帮助.

为了利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶的重要经济性状,该研究以普通油茶叶绿体全基因组序列为材料,从中筛选出51条长度大于300 bp且以ATG起始的非重复CDS(Coding DNA Sequence)为对象,利用CodonW软件分析其密码子偏好性.结果表明:密码子第三位 GC 含量为27.55%,ENC 范围在35.23~56.67之间,平均值为46.09;RSCU值大于1.00的密码子数目为30个,其中29个第三位碱基以U或A结尾;中性绘图表明GC12与GC3的相关系数为0.143,相关性不显著,回归系数为0.0573;频数分布显示, 55%基因的ENC比值集中分布在0~0.1,25%基因的ENC比值分布在0.1~0.2之间;对应分析结果表明,第一向量轴占10.12%的差异,第二向量轴占9.36%的差异,其余两轴分别占7.97%和7.46%,前4轴累计差异为34.91%.中性绘图、ENC?plot和对应性分析均表明普通油茶叶绿体基因密码子偏好受突变作用,更多受选择的影响.最终取高表达优越密码子和高频密码子共有的 CUU、AUU、GUU、GUA、UAA、CAA、AAA、GAC、GAA、CCU、ACU、GCU、GCA、UGU、CGU、AGU、UUG、GGU等18个密码子作为最优密码子.该研究结果为利用叶绿体基因工程技术改良普通油茶重要经济性状奠定了基础.

研究密码子偏好性有利于提高两种茶树外源基因表达水平及探讨遗传进化规律.该研究综合运用CodonW 1.4.2、SPSS 22.0软件以及Perl、Python语言,系统分析两种茶树基因组CDS序列,从而得出密码子偏好模式和高频密码子,明确密码子使用的变异来源.结果表明:两种茶树基因组的密码子偏好性主要受突变压力影响,在一定程度上也受到自然选择等因素的影响;两种茶树基因组倾向于使用以A/T结尾的密码子,且它们在密码子使用模式上具有较高的相似性;“云抗10号”(Camellia sinensis var.assamica,CSA)茶树基因的异源表达受体优先选择拟南芥、毛果杨和烟草,“舒茶早”(Camellia sinensis var.assmica,CSS)茶树基因的异源表达受体首选毛果杨.上述结果为分析两种茶树的进化规律、提高它们基因组中的基因异源表达效率提供了重要依据.

为了解落叶松-杨栅锈菌密码子使用模式,并探究影响其密码子偏好形成的因素,本研究利用CondonW对落叶松-杨栅锈菌标准菌株98AG31基因组中14 650个基因进行分析,计算基因的有效密码子数,及64个密码子的相对使用度等偏好性参数.结果 表明,落叶松-杨栅锈菌全基因组水平的密码子偏好程度较低,只有少数基因呈现出高偏好性.落叶松-杨栅锈菌的高频密码子多以A或T结尾,而最优密码子则倾向以G或C结尾.PR2-plot分析及ENC-plot曲线与中性绘图分析显示,落叶松-杨栅锈菌基因密码子使用模式受到选择压力和突变压力等多重因素的影响,相较于选择压力,落叶松-杨栅锈菌基因密码子的偏好更多地受到突变压力的影响.相关性分析表明,密码子碱基组成会对密码子偏好性产生影响,其他因素如序列长度等均不会影响密码子偏好性.

该文针对巨桉叶绿体基因组序列,选取其中长于300 nt且以AUG为起始密码子的43个非重复基因作为研究对象,采用CodonW1.4.2软件分析巨桉叶绿体基因组的密码子使用偏好性.结果 表明:第3位密码子的平均GC含量为27.97％;ENC的变化范围为39.49～61.00,平均为47.04;RSCU＞1的密码子有31个,其中29个以A/U结尾;中性分析显示,GC12与GC3无显著相关;回归分析未达到显著性水平;ENC-plot分析发现,大部分基因落在曲线上或附近;对应分析表明第1轴的贡献率为17.68％,第2轴的贡献率为11.49％,第3轴、第4轴的贡献率分别为8.00％和5.76％,前4轴累计贡献率达42.93％,第1轴与GC、ENC、CAI达到极显著相关.上述分析结果表明,巨桉叶绿体基因组的密码子偏好较弱,密码子第3位偏好以A或U结尾,选择和突变在巨桉叶绿体基因组密码子偏好中起相对均衡的作用,最终确定UUG、CUU、GUU、UCC、UCA、ACA、UAU、UAA、CAU、AAU、AGA和GGA 12个高频高表达密码子为最优密码子.这为转化叶绿体基因密码子优化,提高表达效率和改良巨桉目标性状奠定了坚实基础.

为揭示忍冬(Lonicerajaponica)ICE1基因密码子使用特性,运用CodonW软件、EMBOSS在线程序分析了其密码子的使用偏好性,与山茶等8种植物的ICEl基因的密码子偏好性进行比较,并进行中性绘图、ENc分析和奇偶偏好偏差分析.结果表明:忍冬/CEl基因密码子偏好以A/T结尾,且密码子使用偏好性较弱;RSCU值分析确定忍冬ICE1基因中有27个高频密码子;系统聚类发现,基于CDS的系统聚类比基于RSCU值的系统聚类更加准确;碱基成分和相关性分析发现ICE1密码子除突变影响外,选择效应也产生了一定的影响;密码子使用频率分析发现,拟南芥和烟草均可作为忍冬ICE1基因的遗传转化受体,酵母菌表达系统较大肠杆菌更适合忍冬ICE1基因的异源表达.忍冬ICE1基因密码子偏好性分析及瞬时表达验证,能够为该基因的异源表达和分子遗传研究提供一定的基础.

条斑紫菜是一种具有重要经济价值的藻类植物,广泛应用于医学、纺织和食品等领域.本研究通过Python、OGDRAW、CodonW、CUSP、DNAstar及SPSS20等软件进行多元统计和密码子偏爱性分析,并获得了56个条斑紫菜叶绿体基因序列的GC1、GC2、GC3、ENC值和RSCU值,同时获得了条斑紫菜叶绿体基因组结构图和密码子使用热图.结果 显示,条斑紫菜叶绿体基因的AT碱基含量高于GC碱基含量,说明其密码子偏爱于A/T碱基结尾.中性绘图分析、ENC绘图分析和PR2-plot分析结果表明影响条斑紫菜叶绿体基因密码子偏爱性的主要影响因素是自然选择.将高频密码子和高表达优越密码子结合,最终获得了9个条斑紫菜叶绿体基因的最优密码子,如UUU、UCA和CCU,均偏爱于A/U碱基结尾.研究结果为条斑紫菜的资源开发和培育利用,以及外源基因的稳定表达提供了重要的科学依据.