百合属药用植物叶绿体基因组密码子偏好性及系统发育研究

目的 探究百合属Lilium药用植物叶绿体基因组密码子使用偏性及影响因素,为百合属药用植物育种提供理论参考。方法 使用CodonW1.4.2、CUSP、SPSS等软件分析9种百合属药用植物的密码子偏好性。结果 9种百合属植物密码子不同位点的GC含量均小于0.5,且GC1＞GC2＞GC3;其有效密码子数值均大于45。共筛选到21个最优密码子,其中有20个以A/U碱基结尾。PR2-plot分析、ENC-plot分析和中性绘图分析显示,百合属叶绿体基因组密码子偏好性主要受自然选择影响,同时也受突变因素影响。叶绿体蛋白编码序列的系统发育树和相对同义密码子使用度值的聚类分析结果,均支持渥丹Lilium concolor从钟花组独立归并到卷瓣组。结论 9种百合属植物叶绿体基因组密码子偏好性较弱,自然选择是影响密码子偏好性形成的主要因素,渥丹归入卷瓣组更合理。     

肉苁蓉属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的 明确肉苁蓉属药用植物叶绿体基因组密码子使用偏性及影响因素。方法 以肉苁蓉Cistanche deserticola、盐生肉苁蓉C. salsa、沙苁蓉C. sinensis和管花肉苁蓉C. tubulosa为研究材料，利用CUSP在线软件、CodonW 1.4.2、SPSS、Microsoft Excel等软件分析其基因密码子使用偏性参数。结果 4个肉苁蓉属植物叶绿体基因组的密码子使用模式相似，密码子均以第3位碱基A/T结尾且密码子使用更偏向A/T碱基；4个物种的有效密码子数值（effective number of codon,ENC）均大于35，说明肉苁蓉属物种叶绿体基因密码子偏好性较弱。中性绘图分析、有效密码字数（ENC-plot）分析、奇偶偏好性（PR2-plot）分析和对应性分析的结果均说明自然选择是影响肉苁蓉属叶绿体基因组密码子偏好性的主要因素。利用同义密码子的相对使用频率（relative synonymous codon usage,RSCU）值筛选出肉苁蓉属4个物种共同拥有4个最优密码子。结论 对肉苁蓉属4个物种叶绿体基因组密码子使用偏性进行分析，揭示了影响其密...     

枸杞叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的 探究枸杞密码子的使用模式及影响因素。方法 基于中国枸杞Lycium chinense、黄果枸杞L. barbarum和白果枸杞L. ruthenicum的叶绿体基因组,利用CodonW 1.4.2软件、Python软件和Excel软件等分析枸杞密码子使用偏性。结果 3个枸杞叶绿体基因组具有相似的密码子使用模式,密码子第3位碱基平均GC含量为25.68%～25.77%;3个枸杞的ENC值均在35以上,表明枸杞叶绿体基因组密码子偏性较弱。ENC-plot、PR2-plot和中性分析结果显示枸杞叶绿体基因组密码子偏性主要受自然选择影响。基于相对同义密码子分析,枸杞植物中共有最优密码子13个。结论 枸杞叶绿体基因组密码子第3位碱基主要以A/T结尾,且密码子偏性主要受自然选择的影响。通过对枸杞植物的聚类分析,揭示了枸杞植物的遗传关系以及枸杞植物密码子使用模式的影响因素,为后续探究枸杞植物的系统发育提供参考。     

忍冬属囊管组植物叶绿体基因组进化分析

目的 揭示忍冬属囊管组16种植物叶绿体基因组特征及系统发育关系。方法 以16种囊管组植物为研究材料,利用CodonW、EMBOSS、Excel等软件分析其叶绿体基因组密码子使用偏好性;利用IRscope、mVISTA、DNAsp进行叶绿体基因组比较分析;利用PhyloSuite基于最大似然法及贝叶斯法2种方法构建系统发育树。结果 结果显示ENC值为46.54～47.37,均大于35,密码子偏好性较弱。GC_all含量范围为38.92%～39.22%,均小于40%,具有明显的A/U偏好性,且GC₁＞GC₂＞GC₃,密码子第3位碱基以A/U为主。通过中性绘图、ENC-plot及PR2-plot分析,发现影响密码子使用偏好性的主要因素是自然选择。筛选出最优密码子7个,且密码子第3位均以A/U结尾。16种囊管组植物中均出现ycf1假基因。IR边界保守,差异较小。变异主要集中在非编码区,且单拷贝区域核苷酸多态性大于反向重复区域,存在更多的变异位点。系统发育分析结果显示,红花亚组与紫花亚组内物种系统发育位置与《中国植物志》存在差异。结论 揭示了影响忍冬属囊管组植物密码子偏好性的因素。结合叶绿体基因组比较分析,系统发育分析,有助于进一步理解忍冬属植物的进化和适应机制。     

甘草属7种植物叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

目的 探究甘草属7种植物叶绿体基因组密码子使用模式及影响因素。方法 从NCBI获取国内已有的7种甘草属植物叶绿体全基因组,筛选得到49条共有蛋白编码序列,使用codon W1.44、EMBOSS、SPSS26.0等分析密码子偏好性相关参数。结果 7种甘草属物种叶绿体基因组密码子不同位置的GC含量均小于50%,共得到了29个高频密码子,其中有28个密码子第3位碱基为A/U,筛选得到的17个最优密码子第3位碱基均为A/U。7种甘草属植物叶绿体蛋白编码基因的ENC值均大于35,密码子偏好性较弱。PR2-plot分析、ENC-plot分析和中性绘图分析结果显示突变压力和自然选择均为这7种甘草属物种叶绿体基因组密码子偏好性形成的重要影响因素,但自然选择对密码子偏好性形成的贡献更大。基于叶绿体编码序列构建的系统发育树与基于RSCU的聚类分析结果具有一定的相似性,叶绿体基因组密码子偏好性与物种的系统发育关系存在一定的联系。结论 7种甘草属植物叶绿体基因组密码子第3位倾向于使用A/U碱基,自然选择是密码子偏好性形成的主要影响因素。     

豆蔻属药用植物叶绿体基因组密码子偏性分析

目的明确豆蔻属药用植物叶绿体基因组蛋白编码基因密码子使用模式及影响因素。方法以草果Amomum tsao-ko、阳春砂Amomum villosum、白豆蔻Amomum kravanh和爪哇白豆蔻Amomum compactum叶绿体基因组50个共有蛋白编码基因为材料,利用CodonW 1.4.2软件、CUSP在线程序和Excel软件等分析基因密码子使用偏性参数和核苷酸组成。结果 4个豆蔻属物种叶绿体基因组具有相似的密码子使用模式,密码子第3位碱基GC含量为37.22%～37.31%,偏向使用NNA和NNT型密码子;4个物种的有效密码子数值(ENC)均在35以上,表明豆蔻属叶绿体基因组密码子偏性较弱。综合中性分析、有效密码子数(ENC-plot)分析、奇偶偏好性(PR2-plot)分析和对应性分析的结果显示豆蔻属叶绿体基因组密码子偏性主要受选择影响,同时突变等其它因素也对密码子的偏性产生一定的作用。在草果、阳春砂、白豆蔻和爪哇白豆蔻中分别确定了18、16、16、18个最优密码子,其中共有最优密码子13个。结论豆蔻属植物叶绿体基因组密码子第3位碱基偏向使用A/T结尾,密码子偏性受选择影响最大,同时还受到诸如突变等其它因素的影响。     

牛茄子叶绿体全基因组特征及系统发育分析

目的 以牛茄子Solanum capsicoides新鲜叶片为材料,对叶绿体基因组序列进行组装、注释和分析,探究牛茄子的序列特征和同属其他物种的系统发育关系。方法 基于Illumina HiSeq高通量测序,获得牛茄子完整叶绿体基因组序列,利用生物信息学方法进一步对其功能及特征、密码子偏好性、IR区域边界、核苷酸多样性、系统发育关系进行分析。结果 牛茄子叶绿体基因组全长为155 465 bp,为典型的四分体结构,总GC含量为37.85%,其中大单拷贝区、小单拷贝区和反向重复序列的长度分别为88 265、18 462、24 369 bp;共编码131个基因,包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因。简单重复序列检测表明,叶绿体基因组包括51个SSR位点,其中以A和T组成的单核苷酸重复次数最多,占45.1%。密码子偏好性分析表明,亮氨酸是使用频率最高的氨基酸,AUU是使用次数最多的密码子,密码子偏向使用A/U结尾。属内叶绿体基因组比较分析显示,IR边界区域相对保守,但仍存在部分基因扩张和收缩等现象;核苷酸多样性分析获得了4个高突变热点：trnQ-psbK、psbF-psbE、clpP、ycf1,可作为物种鉴定和遗传多样性研究的潜在特征。系统发育分析显示牛茄子和喀西茄的亲缘关系更近,存在姐妹关系。结论 牛茄子叶绿体基因组的组装和系统发育分析,为茄属植物的分类和群体间遗传多样性的研究提供理论依据。     

刺五加叶绿体基因组密码子的用法分析

目的:分析刺五加叶绿体基因组密码子的使用方式及其影响因素.方法:以刺五加叶绿体基因组的52条编码基因为材料,利用CodonW和SPSS软件进行多元统计分析和对应性分析.结果:刺五加叶绿体基因组密码子3个位置GC的量依次为46.46％,38.26％,29.88％,其中GC1与GC2呈极显著相关关系(P＜0.01),GC12与GC,的相关系数为0.205,未达到显著水平.同义密码子的相对使用频率(relative synonymous codon usage,RSCU)＞1的密码子共30个,其中29个以A或T碱基结尾.对应性分析的结果表明:第1轴显示了10.35％的差异,与有效密码子数(effective number of codons,ENC)和GC3显著相关,相关系数分别为-0.288,0.353;确定了刺五加叶绿体基因组的16个最优密码子.结论:刺五加叶绿体密码子第3位偏好以A或T碱基结尾,密码子使用模式受选择和突变及其他因素共同影响,其中选择的作用略大.     

2种药用獐牙菜叶绿体基因组密码子偏好性分析

目的研究川西獐牙菜Swertia mussotii Franch.和蒙自獐牙菜Swertia leducii Franch.叶绿体基因组密码子偏好性的使用模式。方法以川西獐牙菜、蒙自獐牙菜叶绿体基因组中各筛选到的52条蛋白质编码序列为研究对象,利用CodonW、CUSP、SPSS软件对其密码子的使用模式和偏好性进行分析。结果川西獐牙菜、蒙自獐牙菜的第3位密码子平均GC含量分别为29.02%、29.04%,表明叶绿体基因组内富含A/T碱基;有效密码子数(ENC)范围分别为35.75～55.75、37.65～55.78,表明多数密码子偏性较弱;相对同义密码子使用度(RSCU)分析显示,RSCU>1的密码子各有32个,其中29个以A、U结尾;中性绘图分析显示,GC3与GC12的相关性不显著,回归曲线斜率分别为-0.095 8、0.203 9,表明密码子偏好性主要受到自然选择的影响;ENC-plot分析发现,大部分基因落在曲线下方及周围,表明突变会影响密码子偏性的形成。此外,5个密码子被鉴定为川西獐牙菜和蒙自獐牙菜的最优密码子。结论川西獐牙菜、蒙自獐牙菜叶绿体基因组的密码子使用偏性可能受...     

桔梗叶绿体比较基因组学分析及系统发育研究

目的 以桔梗Platycodon grandiflorus为材料,分析其叶绿体基因组特征,探究不同地区桔梗叶绿体基因组的差异及桔梗科其他物种的系统发育关系。方法 利用Illumina NovaSeq测序平台对桔梗叶绿体全基因组进行测序,完成其组装、注释和特征分析,采用生物信息学方法对不同地区桔梗进行比较基因组分析和系统发育分析。结果 桔梗叶绿体基因组全长172 770 bp,呈现典型的环状四分体结构,总GC含量为38.10%,注释到139个基因,其中蛋白质编码基因95个,核糖体RNA 8个和转运RNA 36个。经序列分析鉴定出139个SSR位点,大部分重复由A和T组成。该叶绿体基因组密码子偏好性A/U大于G/C。边界分析表明,不同地区桔梗的JLA边界区域存在差异。对比不同地区桔梗叶绿体基因组序列发现21个变异区间,包括ycf1、psbC、rps18和rpoB等编码区以及rpl32-trnL、trnS-psbZ和trnN-ycf1等非编码区。基于最大似然法（maximum likelihood method,ML）对桔梗及其他17种桔梗科植物进行系统发育分析,发现桔梗科物种形成一个单系群,各属物种聚为一束,支持率达100%。结论 桔梗科物种聚为一支与传统相符合,不同地区桔梗叶绿体基因组序列存在显著差异,为后期开展分子鉴定及群体遗传学研究提供提供科学依据。     

Analysis of codon usage patterns in Bupleurum falcatum chloroplast genomeOA

Objective: In order to distinguish the traditional Chinese medicine Bupleurum falcatum and its adulterants effectively and develop a better understanding of the factors affecting synonymous codon usage, codon usage patterns of chloroplast genome, we determine the complete chloroplast(cp) genome of B. falcatum and clarify the main factors that influence codon usage patterns of 78 genes in B. falcatum chloroplast genome.Methods: The total genomic DNA of fresh leaves from a single individual of B. ...     

刺五加功能基因密码子偏好性的分析

目的 分析刺五加功能基因密码子的使用方式及其影响因素.方法 以刺五加的17条功能基因为材料,利用CodonW和SPSS软件进行多元统计分析和对应性分析.结果 刺五加功能基因密码子3个位置的GC量依次为51.03％、41.23％和40.04％,三者均与整个编码区的GC量显著相关(P＜0.05),GC12与GC3的相关系数为0.262,未达到显著水平.同义密码子的相对使用频率大于1的密码子共27个,其中22个以A或T碱基结尾.对应性分析的结果表明,第1轴显示了22.78％的差异,与GC3、密码子适应指数和密码子偏好指数均极显著相关(P＜0.01),相关系数分别为0.786、0.686和0.617,与有效密码子数的相关性未达显著水平.第2轴显示了19.28％的差异,且仅与有效密码子数极显著相关(r=0.635).确定了刺五加功能基因的17个最优密码子.结论 刺五加的功能基因偏好使用以A或T碱基结尾的密码子,其使用模式受选择和突变的共同影响.     

川贝母转录组密码子使用偏好性分析

研究川贝母表达基因的密码子的使用模式,探讨其密码子使用偏好性特点,为运用基因工程技术实现贝母碱的异源生物合成提供理论依据。以川贝母转录组9 843条全长转录本序列为数据来源,使用Codon W软件对川贝母表达基因的密码子GC含量特点、有效密码子数和同义密码子相对使用频率各项参数进行计算、统计,分析发现,川贝母表达基因密码子偏好程度整体水平不高。该研究确定了15个密码子为川贝母最优密码子UUG,CUU,AUU,GUU,UCA,CCU,CCA,ACU,ACA,GCA,UAU,CAU,AAU,AGA和GGA,最优密码子偏好A/T结尾。计算结果显示26个川贝母生物碱合成相关基因中大肠杆菌和酿酒酵母稀有密码子所占比例较低。根据稀有密码子比例,逐个分析26个关键酶基因在大肠杆菌和酿酒酵母体系中表达时可采用的密码子优化方案。该研究为通过合成生物学手段异源合成川贝母生物碱奠定了前期研究基础。     

卵叶远志叶绿体基因组序列特征与系统发育分析

目的 解析卵叶远志Polygala sibirica叶绿体因组的序列特征和系统发育关系。方法 利用CTAB法提取卵叶远志叶片基因组DNA，通过IlluminaHi Seq平台测序，再用Get Cellelle组装叶绿体基因组，通过MEGA11构建邻接法（neighbor-joining,NJ法）系统发育树。结果 卵叶远志的叶绿体基因组全长165192bp,GC含量为36.70%，共编码124个基因，其中包含8个rRNA基因、42个tRNA基因和74个蛋白编码基因；相对同义密码子使用度显示，67.29%的密码子的使用度>1，密码子偏好A、T结尾；共检测到287个简单重复序列（simple sequence repeats,SSR），其中以单核苷酸重复次数最多，占80.61%，单核苷酸主要由A和T组成，这表明在碱基形成过程中A和T被频繁使用；边界分析显示，9种远志属植物叶绿体基因组边界较为稳定，卵叶远志、香港远志P. hongkongensis、远志P. tenuifolia、瓜子金P. japonica和合叶草P. subopposite基因结构存在相似性；变异分析显示，9种远志属...     

膜荚黄芪法呢基焦磷酸合酶基因密码子偏性分析

目的法呢基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase,FPS)是调控黄芪甲苷生物合成途径关键酶,为该基因外源表达选择合适的宿主,进而为提高黄芪甲苷产量提供理论依据。方法以长白山膜荚黄芪为植物材料,克隆了FPS基因的编码序列。运用EMBOSS及Codon W等在线软件分析了FPS基因的密码子偏好性,并将其与玉米、青蒿等7种植物FPS基因及大肠杆菌基因组密码子偏好性进行比较。结果膜荚黄芪FPS基因偏好于以A或T碱基结尾的密码子,与大肠杆菌Escherichia coli基因组共有22个密码子存在差异。结论进一步提高膜荚黄芪FPS基因在大肠杆菌中的表达水平,需对其密码子进行优化。