SARS-CoV-2刺突蛋白基因密码子偏好性与进化分析

摘要

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)属于冠状病毒家族新成员,其刺突蛋白(spike protein,S-蛋白)是侵染人体并决定其入侵宿主的亲和能力及组织特异性的包膜蛋白,研究S-蛋白基因的密码子偏好性不仅有利于重组表达,也利于分析其进化规律。利用Codon W和SPSS等在线服务器及软件,首先分析SARS-CoV-2等冠状病毒的S-蛋白基因的密码子偏好性,随后以SARS-CoV-2的S-蛋白基因为重点,比较其与大肠埃希菌、酵母和λ噬菌体等模式生物的密码子使用频率。结果显示,冠状病毒S-蛋白基因密码子的总GC和GC3s含量均小于0.4,更偏向以A/T编码,ENc为44.15,密码子偏好性整体较弱。28个密码子的偏好性较强(RSCU>1),3个密码子的偏好性极强(RSCU>2),UAA为最优密码子。ENc-plot结果显示,大部分基因的ENc距ENc期望值较近,表明冠状病毒密码子偏好性主要受到碱基突变的影响。相较于CDS序列,基于RSCU值的聚类更适合于冠状病毒的系统发育研究。综合ENc比值与聚类结果,SARS-CoV-2与SARS的亲缘关系最近,可能起源于同一祖先冠状病毒。酿酒酵母是SARS-CoV-2较好的外源表达系统,但仍需密码子优化。根据密码子优化结果,成功实现了S-蛋白RBD区域的原核表达。以上研究结果为S-蛋白基因的优化改造,提高其表达效率提供参考。