瓜螺线粒体全基因组密码子偏好性分析

摘要

【目的】探究瓜螺(Melo melo)线粒体全基因组密码子使用偏好性,明确影响密码子偏好性的因素,为提高基因表达效率及了解瓜螺线粒体基因组的特性和进化方向提供科学依据。【方法】以瓜螺线粒体全基因组序列为研究对象,从中筛选出11条长度大于300 bp且以ATG为起始密码子的非重复基因序列,利用CodonW 1.4.2、Excel 2017及SPSS 22.0等软件进行瓜螺线粒体全基因组密码子偏好性分析。【结果】不同基因序列密码子位置所对应的G+C含量不同,其中,GC_(1)(密码子第1位所代表的G+C含量)、GC_(2)(密码子第2位所代表的G+C含量)、GC_(3)(密码子第3位所代表的G+C含量)的变化范围分别为35.20%~51.90%、16.40%~40.60%和13.10%~34.90%,对应平均值为41.15%、32.29%和23.71%,GC_(1)和GC_(2)明显高于GC_(3);密码子适应指数(CAI)在0.110~0.180,平均为0.137;密码子偏好性指数(CBI)在-0.272~-0.090,平均为-0.175;最优密码子使用频率(FOP)在0.216~0.339,平均为0.277;有效密码子数(ENC)在36.84~53.75,平均为45.59;总平均亲水性(GRAVY)在0.480~1.394,平均为0.968。有30个同义密码子的相对使用度(RSCU)大于1.00,且主要以A/U结尾。中性绘图分析发现,GC_(1)和GC_(2)平均值(GC_(1)2)与GC_(3)的相关系数为-0.438,相关性不显著(P>0.05,下同);ENC-plot绘图分析结果显示,各散点(基因)均位于标准曲线附近,其中,NAD4、COX2和NAD3基因位于标准曲线上方,COX1、ATP6、NAD1、NAD6、COB、NAD5、COX3及NAD2等8个基因位于标准曲线下方;在对应性分析中,第一、第二、第三、第四向量轴的贡献率分别23.12%、15.19%、13.17%和9.63%,前4轴累计差异为61.12%。综合高频密码子与高表达密码子,最终筛选出4个最优密码子(UUU、GUU、ACU和CAU),且均以U结尾。【结论】瓜螺线粒体全基因组密码子偏好以A/U结尾的形式,筛选出的4个最优密码子(UUU、GUU、ACU和CAU)均以U结尾。除了自然选择在瓜螺线粒体全基因组密码子偏好性形成中占主导地位外,突变压力和碱基组成也影响其密码子偏好。因此,可通过瓜螺目的基因密码子优化,有效提高外源基因表达且优化性状决定基因,从而加速瓜螺优良亲本培育的进程。