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镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性分析

刘江枫

刘江枫. 镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J]. 福建农业学报,2021,36(6):629−635 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.06.002
引用本文: 刘江枫. 镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J]. 福建农业学报,2021,36(6):629−635 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.06.002
LIU J F. Codon Usage Bias of Chloroplast Genome in Liparis bootanensis [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2021,36(6):629−635 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.06.002
Citation: LIU J F. Codon Usage Bias of Chloroplast Genome in Liparis bootanensis [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2021,36(6):629−635 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.06.002

镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性分析

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.06.002
基金项目: 国家自然科学基金项目(31700618);福建省自然科学基金项目(2016J01703)
详细信息
    作者简介:

    刘江枫(1977−),男,博士,高级工程师,研究方向:兰科植物保育与利用(E-mail:fengye1202@126.com

  • 中图分类号: S567.23+9

Codon Usage Bias of Chloroplast Genome in Liparis bootanensis

  • 摘要:   目的  分析镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性,并探讨影响密码子偏好性形成的主要因素。  方法  从镰翅羊耳蒜叶绿体基因组中筛选出47条编码序列,通过CodonW和CUSP软件计算不同基因的GC含量,分析密码子使用模式。  结果  GC3含量为27.99%,低于GC1(47.00%)和GC2(39.41%);ENC取值范围为40.85~56.80,平均值为47.27;ENC与GC1、GC2之间均无显著相关,与GC3呈极显著正相关;GC12与GC3的相关性不显著,相关系数为0.05;47%基因的ENC比值频数分布在−0.05~0.05区间,53%基因的ENC比值频数分布在−0.05~0.05区间之外;碱基的使用频率为A>T、G>C;17个密码子被确定为最优密码子。  结论  镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子对A或T碱基结尾有偏好性;密码子偏好性较弱;密码子偏好性主要受选择和突变作用共同影响,同时还受其他因素影响,是多因素综合影响的结果。
  • 图  1  中性绘图分析

    Figure  1.  Neutrality plot

    图  2  ENC-plot绘图分析

    Figure  2.  ENC-plot

    图  3  PR2-plot绘图分析

    Figure  3.  PR2 bias plot

    表  1  编码基因密码子不同位置GC含量

    Table  1.   GC content in various positions of codon in chloroplast gene

    基因 GeneGC1/%GC2/%GC3/%GCall/%ENC基因 GeneGC1/%GC2/%GC3/%GCall/%ENC
    rps12 52.42 47.58 25.00 41.67 43.84 petA 53.89 35.51 26.17 38.53 48.43
    psbA 49.44 43.22 32.20 41.62 43.05 rps18 37.25 45.1 30.39 37.58 43.24
    atpA 54.72 40.35 23.43 39.50 43.05 rpl20 36.67 44.17 29.17 36.67 54.03
    atpF 45.95 33.51 28.65 36.04 48.25 clpP 57.56 37.07 28.29 40.98 56.80
    atpI 48.39 36.69 24.60 36.56 45.27 psbB 53.83 46.17 31.04 43.68 48.68
    rps2 43.22 40.25 27.97 37.15 47.67 petB 47.69 41.2 30.09 39.66 43.21
    rpoC2 45.91 37.29 27.30 36.83 48.68 petD 50.61 37.8 24.39 37.60 43.52
    rpoC1 50.15 38.09 29.85 39.36 49.05 rpoA 45.00 34.71 26.47 35.39 48.64
    rpoB 49.30 38.38 28.10 38.59 48.53 rps11 53.24 51.8 23.74 42.93 43.04
    psbD 52.26 42.94 30.23 41.81 42.10 rps8 40.15 37.12 18.94 32.07 40.85
    psbC 53.38 45.99 33.97 44.44 45.89 rpl14 53.66 35.77 27.64 39.02 43.44
    rps14 43.56 46.53 27.72 39.27 41.37 rpl16 52.21 52.94 25.74 43.63 41.93
    psaA 52.06 43.41 32.22 42.57 49.71 rps3 44.29 33.79 22.83 33.64 45.82
    ycf3 47.34 39.05 24.85 37.08 53.43 rpl22 41.40 35.67 22.93 33.33 44.99
    rps4 48.02 38.12 30.20 38.78 51.44 ycf2 42.53 35.21 37.34 38.36 53.23
    ndhJ 47.17 37.74 30.82 38.57 53.38 ndhB 41.88 39.92 32.29 38.03 47.85
    ndhK 41.53 42.80 30.08 38.14 50.43 rps7 53.85 46.15 23.72 41.24 47.64
    ndhC 49.59 34.71 29.75 38.02 51.42 ccsA 34.37 38.08 29.10 33.85 47.69
    atpE 50.37 42.22 28.15 40.25 44.72 ndhE 43.14 33.33 30.39 35.62 54.50
    atpB 55.29 41.32 31.74 42.78 51.77 ndhG 40.11 36.16 25.42 33.9 45.14
    rbcL 57.69 42.31 28.54 42.85 47.79 ndhA 42.03 37.09 20.05 33.06 42.54
    accD 36.44 34.99 25.67 32.37 44.91 ndhH 48.22 35.79 27.66 37.23 47.50
    ycf4 43.78 41.08 31.89 38.92 48.68 ycf1 35.72 26.67 25.69 29.36 46.69
    cemA 41.74 26.52 33.04 33.77 47.70 平均值 AVG 47.00 39.41 27.99 38.13 47.27
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    表  2  编码基因密码子参数的相关性

    Table  2.   Correlations among individual related parameters of genes

    项目 ItemsGC1GC2GC3GCallENCN
    GC1 1.000
    GC2 0.390** 1.000
    GC3 0.047 0.035 1.000
    GCall 0.802** 0.758** 0.396** 1.000
    ENC 0.022 −0.277 0.455** 0.029
    N −0.126 −0.286 0.296* −0.118 0.196 1.000
    注:*表示在0.05水平上显著相关;**表示在0.01水平上极显著相关。
    Note: * means significant correlation at 0.05 level; ** means extremely significant correlation at 0.01 level.
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    表  3  相对同义密码子使用度分析

    Table  3.   RSCU analysis on protein coding region

    氨基酸Amino acid密码子 Coden数量 NumberRSCU氨基酸 Amino acid密码子 Coden数量 NumberRSCU
    Phe UUU 649 1.37 Ser UCU 410 1.71
    UUC 359 0.63 UCC 231 0.98
    Leu UUA 584 2.09 UCA 283 1.25
    UUG 379 1.16 UCG 114 0.43
    CUU 384 1.31 Pro CCU 287 1.47
    CUC 127 0.38 CCC 172 0.89
    CUA 259 0.74 CCA 206 1.15
    CUG 126 0.32 CCG 75 0.31
    AUU 770 1.48 Thr ACU 379 1.69
    Ile AUC 312 0.57 ACC 154 0.68
    AUA 492 0.95 ACA 289 1.16
    Met AUG 432 1.00 ACG 103 0.47
    Val GUU 369 1.45 Ala GCU 444 1.82
    GUC 119 0.39 GCC 133 0.59
    GUA 377 1.44 GCA 309 1.23
    GUG 165 0.73 GCG 93 0.36
    Tyr UAU 527 1.68 Cys UGU 157 1.51
    UAC 130 0.32 UGC 53 0.36
    Ter UAA 22 1.40 Ter UGA 11 0.70
    UAG 14 0.89 Trp UGG 322 0.87
    His CAU 330 1.45 Arg CGU 260 1.60
    CAC 97 0.47 CGC 63 0.37
    Gln CAA 528 1.59 CGA 246 1.31
    CAG 162 0.41 CGG 83 0.43
    Asn AAU 695 1.50 AGA 359 1.71
    AAC 190 0.45 AGG 116 0.59
    Lys AAA 772 1.50 Ser AGU 292 1.31
    AAG 249 0.41 AGC 75 0.31
    Asp GAU 638 1.62 Gly GGU 405 1.30
    GAC 131 0.38 GGC 122 0.41
    Glu GAA 822 1.52 GGA 499 1.68
    GAG 271 0.48 GGG 206 0.62
    注:Phe:苯丙氨酸,Leu:亮氨酸,Ile:异亮氨酸,Met:蛋氨酸, Val:缬氨酸,Tyr:酪氨酸,His:组氨酸,Gln:谷氨酰胺, Asn:天冬酰胺,Lys:赖氨酸,Asp:天冬氨酸,Glu:谷氨酸,Ser:丝氨酸, Pro:脯氨酸,Thr:苏氨酸,Ala:丙氨酸,Cys:半胱氨酸,Trp:色氨酸,Arg:精氨酸,Gly:甘氨酸,Ter:终止密码子。表5同。
    Note: Phe: phenylalanine; Leu: leucine; Ile: isoleucine; Met: methionine; Val: valine; Tyr: tyrosine; His: histidine; Gln: glutamine; Asn: asparagine; Lys: lysine; Asp: aspartic acid; Glu: glutamic acid; Ser: serine; Pro: proline; Thr: threonine; Ala: alanine; Cys: cysteine; Trp: tryptophane; Arg: argnine; Gly: glycine; Ter: termination codon. Same for Table 5.
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    表  4  ENC比值频数分布

    Table  4.   Distribution of ENC ratios

    组限
    Class limits
    组中值
    Class mid value
    组数
    Frequency number
    组频
    Frequency
    −0.25~−0.15 −0.20 1 0.02
    −0.15~−0.05 −0.75 5 0.11
    −0.05~0.05 0.00 22 0.47
    0.05~0.15 0.10 19 0.40
    合计 total 47 1.00
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    表  5  最优密码子分析

    Table  5.   Analysis on preferred codon

    氨基酸
    Amino acid
    密码子
    Coden
    高表达基因
    High expressed gene
    低表达基因
    Low expressed gene
    ΔRSCU氨基酸
    Amino acid
    密码子
    Coden
    高表达基因
    High expressed gene
    低表达基因
    Low expressed gene
    ΔRSCU
    数量
    Number
    RSCU数量
    Number
    RSCU数量
    Number
    RSCU数量
    Number
    RSCU
    Phe UUU* 53 1.61 25 1.46 0.15 Ser UCU*** 28 1.86 11 1.15 0.71
    UUC 19 0.39 9 0.54 -0.15 UCC* 12 1.14 9 0.93 0.21
    Leu UUA 47 1.70 21 1.89 -0.19 UCA 16 1.07 14 1.55 −0.48
    UUG* 17 1.05 9 0.81 0.24 UCG 2 0.28 5 0.57 −0.29
    CUU* 26 1.76 18 1.48 0.28 Pro CCU*** 21 1.89 10 0.91 0.98
    CUC 6 0.43 5 0.37 0.06 CCC*** 10 1.03 3 0.29 0.74
    CUA 24 0.84 10 0.90 −0.06 CCA 11 0.93 9 0.90 0.03
    CUG 8 0.22 7 0.56 −0.34 CCG 2 0.15 3 0.29 −0.14
    Ile AUU* 47 1.36 28 1.22 0.14 Thr ACU* 23 1.53 13 1.36 0.17
    AUC 10 0.30 13 0.61 −0.31 ACC* 11 0.97 8 0.76 0.21
    AUA* 39 1.33 26 1.16 0.17 ACA* 18 1.37 9 1.14 0.23
    Met AUG 27 1.00 20 1.00 0.00 ACG 3 0.13 6 0.74 −0.61
    Val GUU*** 27 2.19 17 1.55 0.64 Ala GCU 37 1.69 27 2.08 −0.39
    GUC* 10 0.41 4 0.29 0.12 GCC 6 0.47 8 0.52 −0.05
    GUA 20 1.15 14 1.43 −0.28 GCA*** 26 1.50 14 0.93 0.57
    GUG 4 0.24 5 0.73 −0.49 GCG 6 0.34 6 0.47 −0.13
    Tyr UAU* 31 1.88 30 1.67 0.21 Cys UGU 10 1.73 5 1.73 0.00
    UAC 4 0.12 6 0.33 −0.21 UGC 2 0.27 2 0.27 0.00
    Ter UAA 3 1.80 3 1.80 0.00 Ter UGA 1 0.60 1 0.60 0.00
    UAG 1 0.60 1 0.60 0.00 Trp UGG 28 1.00 13 0.80 0.20
    His CAU 15 1.50 15 1.54 −0.04 Arg CGU** 21 1.60 12 1.21 0.39
    CAC 2 0.50 5 0.46 0.04 CGC 3 0.26 3 0.36 −0.10
    Gln CAA 28 1.61 24 1.75 −0.14 CGA* 21 1.64 13 1.38 0.26
    CAG* 7 0.39 4 0.25 0.14 CGG 1 0.08 7 0.79 −0.71
    Asn AAU 27 1.50 33 1.82 −0.32 AGA** 22 1.83 15 1.50 0.33
    AAC** 10 0.50 4 0.18 0.32 AGG 7 0.60 8 0.76 −0.16
    Lys AAA 34 1.61 23 1.61 0.00 Ser AGU** 17 1.37 12 1.21 0.16
    AAG 10 0.39 7 0.39 0.00 AGC 2 0.28 5 0.59 −0.16
    Asp GAU 18 0.97 31 1.92 −0.95 Gly GGU*** 35 1.31 7 0.68 0.63
    GAC* 8 0.24 2 0.08 0.16 GGC 13 0.44 8 0.60 −0.16
    Glu GAA*** 44 1.76 32 1.03 0.73 GGA 29 1.73 18 1.92 −0.19
    GAG 6 1.03 15 0.97 0.06 GGG 11 0.52 5 0.79 −0.27
    注:_表示RSCU 值大于1 的密码子; *表示△RSCU≥0.08; **表示ΔRSCU≥0.3; ***表示ΔRSCU≥0.5。
    Note: Underlining indicates RSCU>1; * means △RSCU≥0.08; ** means △RSCU≥0.3; *** means ΔRSCU≥0.5.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-20
  • 修回日期:  2021-04-22
  • 网络出版日期:  2021-05-17
  • 刊出日期:  2021-06-28

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