芒果叶绿体基因组密码子使用偏好性分析（一）遗传密码又称密码子

2025-05-12 18:58:22 - 时尚

遗传密码又称密码子，芒果密码编码同种氨基酸的叶绿因组密码子称为同义密码。同义密码子提供了基因表达和蛋白质进化间的体基联系，维持着生物体遗传密码的使用功能完整性。密码子的偏好使用频率不同，有的性分析密码子使用频率高于其他同义密码子，形成了密码子偏好性。芒果密码不同物种密码子偏性不同，叶绿因组但同一种物种或者亲缘关系相近的体基物种间却使用了相似的偏好性。密码子偏好性的使用使用在基因表达水平、共翻译蛋白质折叠、偏好mRNA的性分析稳定性等，反映了翻译优化中突变偏好与自然选择的芒果密码平衡，因此研究物种密码子偏好性，叶绿因组为探究物种的体基进化模式与其在系统发育史上的地位提供依据。

叶绿体是植物特有的细胞器，具有高度的保守性及较低的进化率，是研究植物条形码最有潜力的基因序列，在植物系统进化、物种鉴定等方面广泛应用。完整的叶绿体基因组为认识进化和自然选择提供机理性的启示。不同基因组有其特有的密码子使用模式，密码子使用模式的分析有助于理解生物体适应性及其在系统发育进化史的地位，有益于基因表达水平的调控与基因的改造。

芒果是著名的热带水果，享有“热带水果之王”之美称。外观秀丽、果香四溢，含有丰富的维生素、蛋白质、胡萝卜素等，营养价值极高，深受大众的喜爱，是南方热区果农增值创收的主要水果之一。目前为止尚未发现芒果密码子使用偏好性相关方面的研究报道，本研究通过对芒果叶绿体基因组密码子组成及相关参数进行分析，首次阐明芒果密码子使用偏好性的特点，确定芒果叶绿体基因组的最优密码子及密码子偏好性发生的因素，为芒果资源保护、性状改良及叶绿体基因组的应用和研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 基因序列

芒果叶绿体基因组共60个基因序列。为保证结果的准确性，剔除重复且长度小于300bp的编码序列，选择以ATG为起始密码子，以TAA、TAG、TGA为终止密码子的序列，最终选出55条序列进行分析。

1.2 中性绘图分析

统计密码子3个位置上的GC含量，以GC12为纵坐标，GC3为横坐标绘制散点图进行相关性分析。

1.3 相对同义密码子使用度分析

利用CodonW软件对相对同义密码子使用度进行分析。RSCU表示一个密码子的实际使用频率与无偏好性时理论使用频率间的比值。RSCU1时，表示该密码子的使用频率高于其他同义密码子；当RSCU=1时表示该密码子没有偏好性。

1.4 ENC-plot绘图分析

以有效密码子ENC为纵坐标，GC3s为横坐标，绘制散点图，计算公式：ENC=2+GC3s+29/[GC3s²+（1-GC3s）²]。结合ENC比值频率对差异进行量化分析。

1.5 PR2-plot绘图分析

计算各密码子第3位上的A、T、C、G的含量，以A3/（A3+T3）为纵坐标，以G3/（G3+C3）为横坐标进行PR2的偏倚分析。

1.6 最优密码子分析

最优密码子以芒果ENC值为偏性参考标准，选择最低和最高10%的基因构建高低偏性库，分别计算两组的RSCU值与△RSCU值，将RSCU＞1的密码子确定为高频率密码子，△RSCU＞0.08的密码子定义为高表达密码子。同时满足上述2种条件的密码子定义为最优密码子。

2 结果与分析

2.1 密码子使用的总体特征

对55条芒果叶绿体基因组的密码序列的碱基组成进行分析（表1），叶绿体基因组密码子3个位置上的GC平均含量为37.94%。从密码子不同位置的碱基组成来看，GC在密码子的分布不均匀，GC1、GC2、GC3含量分别为47.14%、39.73%和29.35%，第3位上的GC含量低于前两位，分布趋势为GC1＞GC2＞GC3。GC3s的含量26.29%，表明密码子中的第3位碱基以A/T结尾为主。

ENC表示偏性的强弱，其理论取值范围为21～61，其值越小表示同义密码子的偏性越强，反之同义密码子的偏性越弱。当ENC值为20时，表示同义密码子完全偏倚；当ENC值为60时，表示同义密码子不偏倚。芒果叶绿体基因组编码序列的ENC值均（48.14）值大于40，分布于35.38～56.56之间，由此可以判断芒果叶绿体基因组密码子的偏性不强。
芒果叶绿体基因密码子参数的相关分析显示GCall和GC1、GC2、GC3极显著相关（表2）。GC1和GC2、GC3显著相关，说明芒果叶绿体基因密码子3个位置上的碱基组成相似。ENC值与GC2显著负相关，与GC3极显著相关，表明第2、3位上的碱基组成，特别是第3位对密码子的偏好性影响较大。