基于相对密码子频率的芜菁花叶病毒基因序列的进化分析

摘要

密码子水平的生物信息学分析是研究基因组进化、蛋白质功能以及遗传和环境相互作用等课题中一个的重要环节。密码子的使用频率并不是完全随机的,而是有一定的偏好性,即有的密码子比起其他同义密码子来说使用频率更高,这种现象在原核、真核生物中都广泛存在。研究不同基因组中密码子使用模式以及影响这种模式形成的内在因素,对于了解基因组特征和分子进化历史事件具有重要的启示作用。密码子使用频率的研究多集中在自养生物中,对于寄生生物如病毒的研究相对较少。近些年的研究表明某些病毒基因的密码子使用频率和宿主细胞不完全匹配,密码子使用在病毒和宿主的相互作用中起了重要的作用。而关于植物病毒基因密码子使用频率的研究却较少有报道。本文对芜菁花叶病毒密码子使用频率的特点、影响病毒密码子使用频率的因素进行了分析,探索TuMV在适应宿主的进化过程中密码子频率偏性对病毒基因序列进化的影响。
　　 芜菁花叶病毒(Turnip mosaic virus,TuMV)是马铃薯Y病毒属(Potyvirus)的一个重要成员。马铃薯Y病毒属(Potyvirus)是植物病毒中最大的属。现有92株芜菁花叶病毒(TuMV)的全基因组序列已在GenBank报道,本文从编码芜菁花叶病毒CP和P1蛋白的基因作为研究对象入手,用系统发育学和统计学方法分别对其基因序列和相对密码子频率进行分析。得出92株芜菁花叶病毒株的CP和P1基因密码子偏性聚类树与其系统进化树的一致度很低,进而分析92株芜菁花叶病毒株的全基因序列。另据分析报道,92株芜菁花叶病毒株中有58株不含重组序列。利用系统聚类法对92株TuMV的全基因组序列和58株TuMV全基因组序列的相对密码子频率RSC[J值进行聚类分析。同时利用系统发育分析方法分析了这92株和58株TuMV全基因组序列。比较两种分析方法的结果发现,92株芜菁花叶病毒株的密码子偏性聚类树与其系统进化树的一致度很低；而不含重组序列的58株芜菁花叶病毒株的密码子偏性聚类树与其系统进化树的一致度却非常高,且与寄生宿主类型基本对应。这些分析表明在不存在重组的情况下,TuMV密码子频率的偏性可能是宿主内的一种选择压力,影响TuMV基因组的点突变进化方向,促使TuMV适应宿主内环境。
　　 将芜菁花叶病毒与其它马铃薯Y属病毒的密码子频率进行物种间的横向比较,计算其Nc,GC3s,并绘制Nc—plot图。结果表明同一马铃薯Y属病毒中不同物种的密码子用法差异显著,并具备物种特异性。