禾本科叶绿体基因组密码子使用模式及紫茎泽兰叶绿体RNA编辑分析
葫芦巴叶绿体基因组密码子偏好性分析
葫芦巴叶绿体基因组密码子偏好性分析
杜明川;王伟;鲍海娟;格措;张蕊;王久利;刘晶
【期刊名称】《草地学报》
【年(卷),期】2024(32)2
【摘要】为探究葫芦巴(Trigonella foenum-graecum L.)叶绿体基因组密码子的使用偏好性,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP对筛选到的50条蛋白质编码序列密码子进行分析。
结果表明:葫芦巴叶绿体基因组密码子末位碱基以A/U为主,GC含量仅为26.25%。
ENC取值范围为35.05~53.66,且ENC值>45的有20个,说明葫芦巴大部分基因编码序列的密码子偏性较强。
RSCU≥1的密码子有30个,其中16个以U结尾、13个以A结尾。
中性绘图分析、ENC-plot分析及PR2-plot偏倚分析结果发现,葫芦巴叶绿体基因组密码子使用偏好性受到突变压力等多种因素的影响,主要因素为自然选择。
最终筛选出GCU,AGA,CGU等21个密码子为最优密码子。
【总页数】10页(P409-418)
【作者】杜明川;王伟;鲍海娟;格措;张蕊;王久利;刘晶
【作者单位】青海民族大学生态环境与资源学院;青海大学
【正文语种】中文
【中图分类】S681.9
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山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析
江苏农业学报(ＪｉａｎｇｓｕＪ.ｏｆＡｇｒ.Ｓｃｉ.)ꎬ２０２３ꎬ３９(２):５０４￣５１７ｈｔｔｐ://ｊｓｎｙｘｂ.ｊａａｓ.ａｃ.ｃｎ赵振宁ꎬ孙浩田ꎬ宋雨茹ꎬ等.山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析[Ｊ].江苏农业学报ꎬ２０２３ꎬ３９(２):５０４￣５１７.ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣４４４０.２０２３.０２.０２４山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析赵振宁１ꎬ㊀孙浩田２ꎬ㊀宋雨茹１ꎬ㊀余㊀潇３(１.西南林业大学林学院ꎬ云南昆明６５０２２４ꎻ２.西南林业大学生态与环境学院ꎬ云南昆明６５０２２４ꎻ３.湖北工程学院建筑学院ꎬ湖北孝感４３２０００)收稿日期:２０２２￣１０￣１７基金项目:云南省第二次国家重点保护野生植物资源调查项目(０９９３０￣２１６３０４)ꎻ２０２１年度云南省大学生创新创业国家级项目(２０２１１０６７７０４６)作者简介:赵振宁(２００３－)ꎬ男ꎬ山东泰安人ꎬ本科ꎬ主要从事植物生物信息学研究ꎮ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｚｚｎ１５２９３７０３９６＠１６３.ｃｏｍ通讯作者:余㊀潇ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｙｕｘｉａｏ１９９２０２１５＠１６３.ｃｏｍ㊀㊀摘要:㊀为明确山楂属植物叶绿体基因组结构与编码蛋白质的基因密码子偏好性特征ꎬ本研究利用第二代高通量测序技术对云南山楂[Ｃｒａｔａｅｇｕｓｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ(Ｆｒａｎｃｈ.)Ｒｅｈｄ.]的叶绿体基因组进行测序㊁组装和注释ꎬ并对山楂属１１个种植物的叶绿体基因组结构㊁遗传多样性以及密码子偏好性进行了分析ꎮ结果显示ꎬ山楂属植物的叶绿体基因组长度为１５９６０７~１５９８７５ｂｐꎬＧ＋Ｃ含量为３６.６％~３６ ７％ꎬ为标准的四分体结构ꎬＧ＋Ｃ含量和结构变异均保守ꎬ边界扩张收缩稳定ꎬ未发现基因组的倒置和重排现象ꎬ１１个种植物的简单重复序列和离散重复序列的种类和数量存在一定的差异ꎮ综合中性绘图分析㊁有效密码子数分析(ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ)㊁奇偶校验分析(ＰＲ２￣ｐｌｏｔ)和对应性(ＣＯＡ)分析的结果ꎬ发现山楂属植物叶绿体基因组密码子使用不但受到碱基突变的影响ꎬ还受到选择压力的深刻影响ꎮ对叶绿体基因组的最优密码子进行筛选ꎬ最优密码子数量为１７~２０个ꎬ其中Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａ㊁Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ的最优密码子数量最多ꎬＣ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ的最优密码子数量最少ꎬ分析它们的最优密码子数据发现ꎬ山楂属植物的最优密码子大多以Ａ或Ｕ作为第三位碱基ꎮ基于ＣＤＳ(蛋白质编码序列)和叶绿体全基因组构建的系统发育关系既具有一定的相似性ꎬ也存在一些差异ꎮ本研究结果为山楂属植物的系统发育研究和分子标记开发等工作提供了参考依据ꎮ关键词:㊀山楂属ꎻ叶绿体基因组ꎻ密码子偏好性ꎻ系统进化中图分类号:㊀Ｓ６６１.５㊀㊀㊀文献标识码:㊀Ａ㊀㊀㊀文章编号:㊀１０００￣４４４０(２０２３)０２￣０５０４￣１４ＣｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｏｄｏｎｕｓａｇｅｂｉａｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒａ￣ｔａｅｇｕｓＬ.ＺＨＡＯＺｈｅｎ￣ｎｉｎｇ１ꎬ㊀ＳＵＮＨａｏ￣ｔｉａｎ２ꎬ㊀ＳＯＮＧＹｕ￣ｒｕ１ꎬ㊀ＹＵＸｉａｏ３(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙꎬＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０２２４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０２２４ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＨｕｂｅｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉａｏｇａｎ４３２０００ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｄｏｎｕｓａｇｅｂｉａｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓꎬｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｄｔｈｅｎｅｘｔ￣ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｔｏｓｅｑｕｅｎｃｅꎬａｓｓｅｍｂｌｅａｎｄａｎｎｏｔａｔｅｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ(Ｆｒａｎｃｈ.)Ｒｅ￣ｈｄ.ꎬａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｇｅｎｅｔｉｃｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｃｏｄｏｎｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｆ１１ｓｐｅｃｉｅｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓ.Ｔｈｅｒｅ￣ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｗａｓｂｅｔｗｅｅｎ１５９６０７ｂｐａｎｄ１５９８７５ｂｐꎬｔｈｅＧ＋ＣｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅꎬｔｈｅＧ＋Ｃｃｏｎｔｅｎｔｗａｓｂｅｔｗｅｅｎ３６ ６％ａｎｄ３６ ７％ꎬｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔａｂｌｅꎬｎｏｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｇｅｎｏｍｅｗｅｒｅｆｏｕｎｄꎬａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｔｙｐｅａｎｄｎｕｍｂｅｒｏｆｓｉｍｐｌｅｓｅｑｕｅｎｃｅｒｅｐｅａｔｓａｎｄｉｎｔｅｒ￣ｓｐｅｒｓｅｄｒｅｐｅａｔｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｅｕｔｒａｌ￣ｉｔｙｐｌｏｔａｎａｌｙｓｉｓꎬＥＮＣ￣ｐｌｏｔꎬＰＲ２￣ｐｌｏｔａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓꎬｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｃｏｄｏｎｕｓ￣４０５ａｇｅｉｎＣｒａｔａｅｇｕｓｗａｓｎｏｔｏｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｂａｓｅｍｕｔａｔｉｏｎꎬｂｕｔａｌｓｏｂｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｓｏｆｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｗｅｒｅｓｃｒｅｅｎｅｄꎬａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｄｏｎｓｗａｓｂｅｔｗｅｅｎ１７ａｎｄ２０.Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓꎬＣ.ｏｒｅｓｂｉａꎬａｎｄＣ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉ￣ｄａｈａｄｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｎｕｍｂｅｒｏｆｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｓꎬａｎｄＣ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉｈａｄｔｈｅｌｅａｓｔｎｕｍｂｅｒｏｆｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｓ.ＴｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｄａｔａｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｍｏｓｔｌｙｕｓｅｄＡｏｒＵａｓｔｈｅｔｈｉｒｄｂａｓｅ.Ｔｈｅｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｒｅｌａ￣ｔｉｏｎｓｈｉｐｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｔｅｉｎｃｏｄｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｈａｄｃｅｒｔａｉｎｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒ￣ｅｎｃｅｓ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ＣｒａｔａｅｇｕｓＬ.ꎻｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅꎻｃｏｄｏｎｕｓａｇｅｂｉａｓꎻｓｙｓｔｅｍｅｖｏｌｕｔｉｏｎ㊀㊀山楂属(ＣｒａｔａｅｇｕｓＬ.)为蔷薇科中起源相对古老的属ꎬ多为小乔木或落叶灌木ꎬ主要分布于温带地区ꎮ山楂属植物有着非常高的经济价值ꎬ研究结果表明ꎬ山楂作为果树在中国的种植历史可追溯至汉代[１]ꎮ山楂的果实含有丰富的营养物质ꎬ具有健胃消食㊁抗菌消炎等功效ꎬ是一种优良的水果[２]ꎮ除了作为经济果树ꎬ山楂还是一类出色的园林景观植物和街道绿化树种ꎮ通常认为ꎬ山楂属中有１８个种原产于中国ꎬ山楂属植物中广泛存在的无融合生殖和种间杂交现象使其外形特征发生了高度变异[３]ꎬ进而为山楂属植物的传统分类学鉴定造成困难ꎮ叶绿体是植物细胞中重要的细胞器之一ꎬ对于研究植物体的光合作用和生长发育具有非常重要的意义ꎮ叶绿体基因组是独立于核基因组的母系遗传ꎬ其核苷酸置换率与核基因组及线粒体基因组相比更适宜应用于多层次的系统发育研究[４]ꎮ随着第二代高通量测序技术的不断完善ꎬ针对叶绿体基因组的报道也逐渐增多ꎬ目前的研究结果表明ꎬ陆地高等植物的叶绿体基因组长度一般介于１２０~２００ｋｂꎬ包含大单拷贝区(ＬＳＣ)㊁小单拷贝区(ＳＳＣ)㊁反向重复区ａ(ＩＲａ)和反向重复区ｂ(ＩＲｂ)ꎮ密码子偏好性是指编码相同氨基酸的同义密码子频率存在差异[５]ꎬ这种现象普遍出现在所有原核生物和真核生物中[６]ꎮ一般来说ꎬ密码子使用模式能够反映基因组的起源和进化模式ꎬ不同的基因组有其独特的密码子使用偏好性ꎬ这也使得解释这种偏好性目前还存在一定的困难[７￣８]ꎮ山楂属植物具有出色的经济价值和科研价值ꎬ目前已有许多针对山楂属植物的相关研究ꎮ例如ꎬ有许多学者围绕山楂属植物的营养价值进行了相关研究ꎬ均发现其有着良好的营养价值和抗氧化活性[９￣１２]ꎬ在分子层面ꎬ张枭等[１３]利用ＳＳＲ分子标记构建了部分山楂属植物的分子条形码ꎬ为山楂属植物的资源鉴定提供了分子层面的手段ꎬＬｉｓｔｏｎ等[３]基于叶绿体基因组和２５７个核基因组对山楂属植物亚属间的杂交状况进行了评估ꎬ证实了杂交在山楂进化中的重要作用ꎮ具体到叶绿体基因组层面ꎬ近年来ꎬ针对山楂属植物叶绿体基因组的研究正逐渐被重视ꎬ部分山楂属植物的叶绿体基因组数据相继被发表在国家生物技术信息中心(ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＮＣＢＩ)公共数据库中ꎬ也有学者对其叶绿体基因组进行了属内的比较分析[１４￣１５]ꎮ然而ꎬ目前针对山楂属植物叶绿体基因组特征和密码子偏好性的综合分析相对较少ꎮ本研究拟通过对云南山楂叶绿体基因组的测序㊁组装和注释ꎬ综合分析山楂属１１个种的植物叶绿体基因组特征㊁密码子偏好性㊁最优密码子和系统发育关系ꎬ深入研究山楂属植物的叶绿体基因组特征ꎬ弥补目前对于山楂属植物密码子特征和偏好性研究的空白ꎮ本研究旨在为山楂属植物的叶绿体基因组特征㊁系统发育关系和密码子偏好性研究提供新的参考依据ꎬ以期为山楂属植物的育种和分子标记研究提供参考ꎮ１㊀材料与方法１.１㊀试验材料本研究所使用的新鲜植物叶片采集于云南省大理白族自治州洱源县罗平山(９９ʎ５２ᶄ１９ １５ᵡＥꎬ２５ʎ５９ᶄ５３ ３４ᵡＮꎬ海拔２１０５ｍ)ꎬ经西南林业大学标本馆树木学教研室李双智副教授鉴定为蔷薇科山楂属植物云南山楂[Ｃｒａｔａｅｇｕｓｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ(Ｆｒａｎｃｈ.)Ｒｅｈｄ.]ꎮ使用改良过的ＣＴＡＢ(十六烷基三甲基溴化铵)法[１６]从使用硅胶干燥的叶片中提取ＤＮＡꎬ提取后的ＤＮＡ送至天津诺禾致源生物科技有限公司进行叶绿体基因组测序ꎬ使用ＧｅｔＯｒｇａｎｅｌｌｅ软件[１７]组装得到完整的叶绿体基因组ꎬ并使用拼接路径可视化软件Ｂａｎｄａｇｅ[１８]验证其成环性ꎮ以山楂[Ｃｒａｔａｅｇｕｓｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ(ＮＣ＿０６５４８６)]叶绿体基因组为参考ꎬ使５０５赵振宁等:山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析用ＣＰＧＡＶＡＳ２在线工具(ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｈｅｒｂａｌｇｅｎｏｍ￣ｉｃｓ.ｏｒｇ/ｃｐｇａｖａｓ/)[１９]对云南山楂叶绿体基因组进行注释ꎬ并使用ＧｅｎｅｉｏｕｓＰｒｉｍｅ软件[２０]对其进行手动调整ꎮ注释过的云南山楂叶绿体基因组上传到ＧｅｎＢａｎｋ公共数据库ꎬ登录号为ＯＰ０２１６５９ꎬ其余１０个山楂属植物叶绿体基因组下载于ＮＣＢＩ公共数据库(ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｎｃｂｉ.ｎｌｍ.ｎｉｈ.ｇｏｖ/)(表１)ꎮ表１㊀山楂属植物叶绿体基因组信息Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｏｍｐｌｅｔｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓａｍｐｌｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＣｒａ￣ｔａｅｇｕｓ编号物种登录号长度(ｂｐ)１ＣｒａｔａｅｇｕｓｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉＮＣ＿０６５４８５１５９８７５２ＣｒａｔａｅｇｕｓｋａｎｓｕｅｎｓｉｓＮＣ＿０３９３７４１５９８６５３ＣｒａｔａｅｇｕｓｏｒｅｓｂｉａＮＣ＿０６５６７１１５９８５１４ＣｒａｔａｅｇｕｓｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓＮＣ＿０６５６７０１５９８４７５ＣｒａｔａｅｇｕｓｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａＮＣ＿０６２３４５１５９７８６６ＣｒａｔａｅｇｕｓｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓＮＣ＿０５４１５５１５９７６６７ＣｒａｔａｅｇｕｓｃｕｎｅａｔａＮＣ＿０５８８９６１５９７３０８ＣｒａｔａｅｇｕｓｍａｒｓｈａｌｌｉｉＭＫ９２０２９３１５９６６０９ＣｒａｔａｅｇｕｓｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａＮＣ＿０６５４８６１５９６５６１０ＣｒａｔａｅｇｕｓｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａＯＰ０２１６５９１５９６３７１１ＣｒａｔａｅｇｕｓｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉＭＷ９６３３３９１５９６０７１.２㊀试验方法１.２.１㊀重复序列分析㊀简单重复序列(Ｓｉｍｐｌｅｓｅ￣ｑｕｅｎｃｅｒｅｐｅａｔꎬＳＳＲ)在植物叶绿体基因组中有着广泛分布ꎬ其作为一种重要的分子标记常被用作鉴定植物品种和构建ＤＮＡ指纹图谱[２１]ꎮ使用ＭＩＳＡ￣ｗｅｂ(ｈｔｔｐ://ｗｅｂｂｌａｓｔ.ｉｐｋ￣ｇａｔｅｒｓｌｅｂｅｎ.ｄｅ/ｍｉｓａ/)对山楂属植物简单重复序列的种类和数量进行在线分析[２２]ꎬ将单核苷酸㊁二核苷酸㊁三核苷酸㊁四核苷酸㊁五核苷酸㊁六核苷酸参数分别设置为１０㊁５㊁４㊁３㊁３㊁３ꎬ相邻ＳＳＲ间的最小距离为１００ｂｐꎮ使用ＲＥＰｕｔｅｒ在线工具(ｈｔｔｐｓ://ｂｉｂｉｓｅｒｖ.ｃｅ￣ｂｉｔｅｃ.ｕｎｉ￣ｂｉｅｌｅｆｅｌｄ.ｄｅ/ｒｅｐｕｔｅｒ)分别鉴定１１种山楂属植物的离散重复序列[２３]ꎬ设置参数:海明距离(Ｈａｍｍｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ)为３ꎬ鉴定类型选择正向重复序列(ＦｏｒｗａｒｄｒｅｐｅａｔꎬＦ)㊁回文重复序列(ＰａｌｉｎｄｒｏｍｉｃｒｅｐｅａｔꎬＰ)㊁反向重复序列(ＲｅｖｅｒｓｅｒｅｐｅａｔꎬＲ)和互补重复序列(ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔｒｅｐｅａｔꎬＣ)４种ꎬ最小重复长度３０ｂｐꎬ最大重复长度３００ｂｐꎮ１.２.２㊀边界扩张收缩分析㊀叶绿体基因组为环状结构ꎬ分为４个区域ꎬ分别为大单拷贝区(ＬＳＣ)㊁小单拷贝区(ＳＳＣ)㊁反向重复区ａ(ＩＲａ)和反向重复区ｂ(ＩＲｂ)ꎬ其中反向重复区相对比较保守ꎬ其收缩与扩张会影响叶绿体基因组Ｇ＋Ｃ含量和基因组大小ꎬ边界扩展和收缩能够展现植物的遗传进化[２４]ꎻ分析叶绿体基因组区域边界的信息ꎬ对揭示叶绿体基因组的结构差异和进化关系具有重要的参考价值[２５]ꎮ使用在线工具ＣＰＪＳｄｒａｗ(ｈｔｔｐ://ｃｌｏｕｄ.ｇｅｎｅｐｉｏｎｅｅｒ.ｃｏｍ:９９２９)对注释过的山楂属植物叶绿体基因组边界可视化ꎬ分析其边界的扩张收缩情况ꎮ１.２.３㊀共线性比较分析㊀以山楂属１１个种的植物叶绿体基因组为研究对象ꎬ利用ＭＡＵＶＥ(ｈｔｔｐ://ｄａｒｌｉｎｇｌａｂ.ｏｒｇ/ｍａｕｖｅ/ｍａｕｖｅ.ｈｔｍｌ)工具对多重基因组的保守区域㊁局部共线性和基因组重排倒置现象进行鉴定ꎬ用以阐述山楂属植物的叶绿体在物种演化过程中发生的结构变异事件[２６]ꎮ１.３㊀密码子偏好性分析１.３.１㊀密码子相关参数的计算㊀使用ＧｅｎｅｉｏｕｓＰｒｉｍｅ软件手动提取每个山楂属植物叶绿体基因组中的蛋白质编码序列(ＣｏｄｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅꎬＣＤＳ)ꎬ由于编码长度较短的蛋白质的基因会使密码子偏好性的数据存在较大的估计误差ꎬ因此在统计密码子偏好性时ꎬ常去除长度在３００ｂｐ以下的序列ꎬ从而避免产生统计误差[２７]ꎬ本研究筛选了山楂属植物叶绿体基因组中具有代表性的４８个ＣＤＳꎮ利用ＣＵＳＰ在线工具(ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ.ｎｌ/ｅｍｂｏｓｓ￣ｅｘ￣ｐｌｏｒｅｒ/)和ＣｏｎｄｏｎＷ１.４.２统计得到了叶绿体基因组的相对同义密码子使用度(ＲＳＣＵ)ꎬ密码子第一㊁第二和第三位的Ｇ＋Ｃ含量(ＧＣ１㊁ＧＣ２㊁ＧＣ３)等一系列信息ꎮ１.３.２㊀中性绘图分析㊀使用ＧＣ１与ＧＣ２的平均值(ＧＣ１２)与ＧＣ３作为数据绘制中性对比图ꎬ中性对比图可以用来检测密码子突变压力和选择压力的平衡ꎬ从而揭示ＧＣ１２和ＧＣ３的关系[２８]ꎮ在密码子偏好中性对比中ꎬ每个离散点表示１个基因ꎬ若ＧＣ１２与ＧＣ３为中性ꎬ则这些点应位于对角线上ꎬ若不为中性ꎬ这些点应出现在横坐标的平行线上[２９]ꎮ１.３.３㊀ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ分析㊀有效密码子数分析(ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ)用于分析密码子使用受到选择压力和突变压力的影响程度ꎬ根据各组基因密码子的ＧＣ３和有效密码子数(ＥＮＣ)ꎬ首先计算出预期ＥＮＣ(预期ＥＮＣ＝６０５江苏农业学报㊀２０２３年第３９卷第２期ＧＣ３＋２＋２９/[ＧＣ３２＋(１－ＧＣ３)２])ꎬ然后使用Ｒ语言绘制ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ图ꎬ通过比较预期ＥＮＣ与实际ＥＮＣ得出突变压力和选择压力对密码子使用偏好性的影响程度[８]ꎮ１.３.４㊀ＰＲ２￣ｐｌｏｔ分析㊀奇偶校验分析(ＰＲ２￣ｐｌｏｔ)用于展现突变压力与选择压力对于密码子使用的影响程度ꎬ分析密码子第三位碱基的Ａ㊁Ｔ㊁Ｃ㊁Ｇ含量(分别为Ａ３㊁Ｔ３㊁Ｃ３㊁Ｇ３)ꎬ并分别以Ｇ３/(Ｇ３＋Ｃ３)和Ａ３/ (Ａ３＋Ｔ３)为横坐标和纵坐标进行ＰＲ２￣ｐｌｏｔ绘图ꎬ各个基因的密码子偏好性通过其与中心点的方向和矢量偏差表示ꎬ而图中中心点表示Ａ＝Ｔ和Ｃ＝Ｇꎬ即此时基因的密码子使用无偏好性[３０]ꎮ１.３.５㊀最优密码子确定㊀最优密码子表示基因组中使用频率最高的密码子ꎬ以ＥＮＣ为首选标准ꎬ将４８条叶绿体基因组按照ＥＮＣ进行排序ꎬＥＮＣ最高的５个基因组归为高表达基因组ꎬＥＮＣ最低的５个基因组为低表达基因组ꎮ将同时满足高频[ＲＳＣＵ(同义密码子相对使用度)>１]和高表达[ΔＲＳＣＵ(同义密码子相对使用度之差)ȡ０ ０８]的密码子作为最优密码子ꎮ１.３.６㊀对应性分析㊀使用ＣｏｄｏｎＷ１.４.２基于ＲＳＣＵ对山楂属１１个种进行对应性分析ꎬ将山楂属这１１个种所共有的４８个编码蛋白质的基因组按照基因功能分为５种类型ꎬ通过分析其变异情况得到影响其密码子偏好性的主要影响因素ꎮ１.４㊀系统发育分析基于山楂属１１个种构建叶绿体全基因组系统发育树和ＣＤＳ系统发育树ꎮ先将山楂属１１个种植物叶绿体全基因组和ＣＤＳ通过ＭＡＦＦＴｖ.７软件进行比对[３１]ꎬ比对结果通过ｔｒｉｍＡｌ[３２]进行修饰ꎬ修改后的比对文件基于ＲＡｘＭＬｖ.８中的ＧＴＲ＋Ｉ＋Ｇ模型ꎬ采用最大似然法进行系统发育分析[３３]ꎬ设置１０００次自展值重复ꎮ２㊀结果与分析２.１㊀叶绿体基因组结构山楂属植物叶绿体基因组呈现标准的四分体结构ꎬ分别为大单拷贝区㊁小单拷贝区㊁反向重复区ａ和反向重复区ｂꎬ叶绿体基因组全长为１５９６０７~１５９８７５ｂｐ(图１)ꎮＬＳＣ长度为８７６０１~８７８７４ｂｐꎬＳＳＣ长度为１９１３９~１９３１２ｂｐꎬ单个反向重复区长度为２６３４７~２６３８５ｂｐꎮ各个种的Ｇ＋Ｃ含量为３６.６％~３６ ７％ꎬ基因总数为１２７~１３２个ꎬ其中ｒＲＮＡ数量均为８个ꎬｔＲＮＡ数量除Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ为３６个外其余均为３７个ꎬ编码蛋白质的基因数量为８３~８５个(表２)ꎮ综合来看ꎬ山楂属植物的叶绿体基因组Ｇ＋Ｃ含量相近ꎬ基因种类和数量相近ꎬ未发现ＩＲ区丢失现象ꎬ叶绿体基因组长度变异较小ꎬ结构未发现明显差异ꎮ表２㊀山楂属植物叶绿体基因组结构信息Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓ物种㊀㊀㊀Ｇ＋Ｃ含量(％)ｔＲＮＡ编码蛋白质的基因数量(个)基因总数(个)ＬＳＣ长度(ｂｐ)ＳＳＣ长度(ｂｐ)ＩＲ长度(ｂｐ)Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ３６.６３７８５１３２８７８７４１９２３３２６３８４Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ３６.６３７８５１３２８７８１５１９２８２２６３８４Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａ３６.６３７８４１３２８７８１９１９２６４２６３８４Ｃ.ｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓ３６.６３７８４１３２８７８１５１９２６４２６３８４Ｃ.ｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａ３６.７３７８３１２８８７７７７１９２４１２６３８４Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ３６.６３７８５１３２８７８５２１９１４４２６３８５Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ３６.６３７８４１２９８７７７８１９１８４２６３８４Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ３６.６３７８５１３２８７６９８１９２３２２６３６５Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ３６.７３７８５１３２８７７４９１９１３９２６３８４Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ３６.７３６８３１２７８７７３０１９１３９２６３８４Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ３６.６３７８５１３１８７６０１１９３１２２６３４７ＬＳＣ:大单拷贝区ꎻＳＳＣ:小单拷贝区ꎻＩＲ:反向重复区ꎮ７０５赵振宁等:山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析图１㊀山楂属植物叶绿体基因组图谱Ｆｉｇ.１㊀ＣｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｍａｐｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓ２.１.１㊀重复序列分析㊀如图２Ａ所示ꎬ在本研究中ꎬ单核苷酸㊁二核苷酸㊁四核苷酸和复合重复序列均在山楂属植物中被检测到ꎬ在本研究所选取的山楂属植物中ꎬ检测到的单核苷酸重复序列数量介于４１~５５ꎬ在各个种中单核苷酸重复序列数量均排第一位ꎬ而单核苷酸重复序列数量最多的物种为Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓꎬ最少的物种为Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉꎮ山楂属植物中二核苷酸重复序列数量总体差异不大ꎬＣ.ｏｒｅｓｂｉａ被检测到的二核苷酸重复序列数量最少ꎬ为１３个ꎬＣ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ㊁Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ㊁和Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ数量最多ꎬ为１５个ꎬ其余物种则为１４个ꎮ三核苷酸重复序列仅在Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ㊁Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ㊁Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉ￣ｄａ和Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ中被检测到ꎬ四核苷酸重复序列数量为３~５个ꎬ各物种之间差异不大ꎮ五核苷酸重复序列仅在Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ中被检测到ꎬ六核苷酸重复序列仅在Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ和Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ中被检测到ꎮ这一结８０５江苏农业学报㊀２０２３年第３９卷第２期果说明山楂属植物的简单重复序列的类型和数量有部分相似之处ꎬ但总体来看也有一定的差异ꎮ使用ＲＥｐｕｔｅｒ在线工具对１１种山楂属植物叶绿体基因组的离散重复序列进行分析ꎬ统计结果如图２Ｂ所示ꎬ结果显示山楂属植物离散重复序列具有一定相似性ꎬ回文重复序列为２３~２８ꎬ正向重复序列为２０~２９ꎬ其中Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ的回文重复序列与反向重复序列的数量均为最多ꎬ而Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ的２种重复序列的数量均为最少ꎮ反向重复序列为３~１１个ꎬ其中Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ的反向重复序列数量远高于其他１０个种ꎬ为１１个ꎮ互补重复序列在Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ中检测到的数量最多ꎬ为５个ꎬ而在Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ与Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ中并未检测出互补重复序列ꎮ总的来说山楂属植物的离散重复序列存在着一定的差别ꎮ图Ａ:简单重复序列ꎻ图Ｂ:离散重复序列ꎮ图Ａ中ꎬＰ１㊁Ｐ２㊁Ｐ３㊁Ｐ４㊁Ｐ５㊁Ｐ６和ｃ分别表示单核苷酸㊁二核苷酸㊁三核苷酸㊁四核苷酸㊁五核苷酸㊁六核苷酸和复合重复序列ꎻ图Ｂ中ꎬＰ:回文重复序列ꎻＦ:正向重复序列ꎻＲ:反向重复序列ꎻＣ:互补重复序列ꎮ图２㊀山楂属植物叶绿体基因组重复序列Ｆｉｇ.２㊀ＲｅｐｅａｔｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅ２.１.２㊀边界扩张收缩分析㊀对山楂属植物的边界扩张收缩分析结果(图３)表明ꎬ山楂属１１个种植物的大单拷贝区与反向重复区ｂ的边界(ＪＬＢ)均位于ｒｐｓ１９基因中ꎬ除Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ和Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉ￣ｄｅｒｉ外ꎬ其余９个种的ｒｐｓ１９基因均有１２０ｂｐ位于ＩＲｂ区域中ꎻ反向重复区ｂ与小单拷贝区的边界(ＪＳＢ)均位于ｎｄｈＦ中ꎬ且ｎｄｈＦ位于ＩＲｂ的长度均为１２ｂｐꎻＪＳＡ均存在于ｙｃｆ１基因中ꎬ且均有１０７４ｂｐ位于ＩＲａ中ꎬｒｐｌ２为１１个种植物的共有基因ꎬ均位于大单拷贝区与反向重复区ａ(ＪＬＡ)的左侧ꎬ其中有９个种植物ｒｐｌ２基因与ＪＬＡ距离为１９０ｂｐꎬ而Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ和Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ的ｒｐｌ２基因与ＪＬＡ的距离则发生了变异ꎬ与其余９个种植物略有不同ꎮ总的来说ꎬ山楂属植物的叶绿体基因组进化关系保守ꎬ结构差异较小ꎬ边界扩张收缩幅度较为稳定ꎬ只发生了较小的变异ꎮ２.１.３㊀共线性分析㊀使用Ｍａｕｖｅ软件ꎬ采用多重基因组比较法对山楂属１１个种植物的叶绿体基因组进行共线性分析ꎬ山楂属植物叶绿体基因组结构与各个基因的排列顺序基本一致ꎬ共线性良好ꎬ未发现倒置和重排现象ꎬ叶绿体基因组之间具有高度相似性ꎮ２.２㊀密码子偏好性２.２.１㊀密码子组成分析㊀在研究密码子的使用偏好性时ꎬＥＮＣ常用于评价物种密码子偏好性的大小ꎬ其值为２０~６１ꎬＥＮＣ值越大表示密码子的偏好性越弱ꎮ一般认为ꎬＥＮＣ值在３５以下时可表明其密码子偏性现象较为显著[３４]ꎮ由表３可知ꎬ山楂属１１个种植物的叶绿体基因组平均ＥＮＣ为４６.６１~４７ ５５ꎬ均大于３５ꎬ密码子偏好性较弱ꎬ密码子总Ｇ＋Ｃ含量与第一㊁第二㊁第三位的Ｇ＋Ｃ含量均小于５０％ꎬ且呈现出ＧＣ１>ＧＣ２>ＧＣ３的趋势ꎬ说明山楂属植物的叶绿体基因组富含Ａ和Ｔ２种碱基ꎬ且偏好于使用Ａ㊁Ｔ作为密码子第三位结尾碱基ꎮ２.２.２㊀ＰＲ２￣ｐｌｏｔ绘图分析㊀若密码子的偏好性只受突变压力的影响ꎬ则Ａ㊁Ｔ与Ｃ㊁Ｇ的使用频率应该是完全相等的ꎮ由图４可知ꎬ图中坐标点的分布并不均匀ꎬ可以明显看出ꎬ右侧的坐标点多于左侧ꎬ下方的坐标点多于上方ꎬ而分布于右下角区域的基因数量最多ꎬ说明山楂属植物叶绿体基因组密码子第三位碱基对于Ｔ的使用率大于Ａꎬ对于Ｇ的使用率大于Ｃꎬ说明其密码子偏好性不只受到突变的影响ꎬ而是选择压力和突变压力共同作用的结果ꎮ９０５赵振宁等:山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析ＪＬＢ表示ＬＳＣ与ＩＲｂ的边界ꎬＪＳＢ表示ＳＳＣ与ＩＲｂ的边界ꎬＪＳＡ表示ＳＳＣ与ＩＲａ的边界ꎬＪＬＡ表示ＬＳＣ与ＩＲａ的边界ꎮＬＳＣ:大单拷贝区ꎻＳＳＣ:小单拷贝区ꎻＩＲａ:反向重复区ａꎻＩＲｂ:反向重复区ｂ(ＩＲｂ)ꎮ图３㊀山楂属植物叶绿体基因组边界Ｆｉｇ.３㊀ＴｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｂｏｕｎｄａｒｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓ０１５江苏农业学报㊀２０２３年第３９卷第２期表３㊀山楂属植物叶绿体基因组密码子参数特征Ｔａｂｌｅ３㊀ＣｏｎｄｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓ物种㊀㊀㊀ＧＣ１(％)ＧＣ２(％)ＧＣ３(％)ＧＣａｌｌ(％)ＥＮＣ(％)ＧＣ３ｓ(％)Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ４５.８２３７.６９２９.１１３７.５５４６.６１２９.２２Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ４５.８４３７.７３２９.１３３７.６４４７.３２２９.２１Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａ４５.８６３７.７６２９.１２３７.５６４７.５５２９.２３Ｃ.ｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓ４５.８８３７.７９２９.１５３７.５８４７.３０２９.２２Ｃ.ｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａ４５.８５３７.７８２９.１６３７.５５４６.９５２９.２５Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ４５.８８３７.７６２９.１９３７.６５４７.３７２９.３０Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ４５.８４３７.７５２９.１８３７.６６４７.１２２９.３３Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ４５.８１３７.７４２９.１７３７.６４４７.２８２９.２５Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ４５.８３３７.７５２９.１５３７.６２４７.４３２９.２６Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ４５.８６３７.８６２９.１６３７.６１４６.７５２９.２４Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ４５.８７３７.７７２９.１２３７.５９４７.３２２９.２８ＧＣ１㊁ＧＣ２㊁ＧＣ３分别表示密码子第一㊁第二㊁第三位碱基的Ｇ＋Ｃ含量ꎻＧＣａｌｌ表示密码子总的Ｇ＋Ｃ含量ꎻＥＮＣ表示有效密码子数ꎻＧＣ３ｓ表示同义密码子第三位的Ｇ＋Ｃ含量ꎮ横坐标表示Ｇ㊁Ｃ碱基偏好性ꎬ纵坐标表示Ａ㊁Ｔ碱基偏好性ꎮ图４㊀山楂属植物叶绿体基因组奇偶偏好性Ｆｉｇ.４㊀Ｐａｒｉｔｙｒｕｌｅ２ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｆｒｏｍＣｒａ￣ｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓ２.２.３㊀中性绘图分析㊀山楂属植物中性绘图分析见图５ꎬ各基因的ＧＣ３取值为２０.７４％~３６ ５４％ꎬＧＣ１２的值则介于３１.７５％~５３ ９６％ꎬ回归系数为０.３６４~０ ３８８ꎬＧＣ１２与ＧＣ３的相关系数为０.３２４~０ ５２５ꎬ双尾检验均未达到显著水平(Ｐ>０ ０５)ꎬＧＣ１２与ＧＣ３之间相关性不显著ꎬ选择压力对其密码子的偏好性具有显著影响ꎬ说明山楂属植物叶绿体基因组密码子的第一㊁第二位碱基与第三位碱基的组成相关性较弱ꎬ密码子受选择压力的影响较大ꎮ２.２.４㊀ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ绘图分析㊀ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ绘图能够揭示基因组密码子的ＥＮＣ与ＧＣ３之间的联系ꎬ如图６所示ꎬ坐标点大多分布在标准ＥＮＣ曲线下方ꎬ且大多与预期ＥＮＣ差距很大ꎬ即大部分基因的实际ＥＮＣ小于预期值ꎬ这部分基因主要受到自然选择的影响ꎮ仅有少数基因靠近标准曲线ꎬ即只有少数基因的密码子偏好性主要受到突变压力的影响ꎮ总的来说ꎬ在本研究中ꎬ自然选择压力是供试山楂属植物叶绿体基因组密码子偏好性的主要影响因素ꎮ２.２.５㊀山楂属植物最优密码子㊀对４８个ＣＤＳ基因按照ＥＮＣ进行排序ꎬ根据高表达基因和低表达基因中密码子的ＲＳＣＵ和әＲＳＣＵ来确定其最优密码子ꎬ筛选得到的最优密码子如表４所示ꎬ最优密码子数量介于１７~２０个ꎬＣ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａ㊁Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ的最优密码子数量最多ꎬＣ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ的最优密码子数量最少ꎬ分析它们的最优密码子数据可知ꎬ山楂属１１个种植物的最优密码子都大多以Ａ或Ｕ作为第三位碱基ꎬ说明其最优密码子偏向于使用Ａ和Ｕ作为结尾ꎮ对其共有最优密码子进行分析ꎬ发现其共有最优密码子有１３个ꎬ分别为ＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＵＵＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＵＡＵ和ＧＵＵꎬ其中有６个以Ａ作为末碱基ꎬ７个以Ｕ作为末位碱基ꎬ共有密码子的第三位碱基均为Ａ和Ｕꎮ差异密码子有７个ꎬ分别为ＧＡＣ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＡＡＡ和ＡＣＣꎬ存在差异的最优密码子中ꎬ有４个以Ａ作为第三位碱基ꎬ２个以Ｃ作为末位碱基ꎬ１个以Ｕ作为末位碱基ꎮ分析山楂属１１个种植物的最优密码子发现ꎬ不存在以Ｇ作为末位碱基的最优密码子ꎮ１１５赵振宁等:山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析２１５江苏农业学报㊀２０２３年第３９卷第２期Ａ:Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉꎻＢ:Ｃ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓꎻＣ:Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａꎻＤ:Ｃ.ｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓꎻＥ:Ｃ.ｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａꎻＦ:Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓꎻＧ:Ｃ.ｃｕｎｅａｔａꎻＨ:Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉꎻＩ:Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａꎻＪ:Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａꎻＫ:Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉꎮＧＣ３表示密码子第三位碱基的Ｇ＋Ｃ含量ꎬＧ１２表示密码子第一㊁第二位碱基的Ｇ＋Ｃ含量的平均值ꎬＲ２表示决定系数ꎮ图５㊀山楂属植物叶绿体基因组中性绘图Ｆｉｇ.５㊀ＮｅｕｔｒａｌｉｔｙｐｌｏｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｆｒｏｍＣｒａｔａｅｇｕｓｓｐｅｃｉｅｓ表４㊀山楂属植物叶绿体基因组最优密码子Ｔａｂｌｅ４㊀ＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｄｏｎｓｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅｓｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓ物种最优密码子Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｏｒｅｓｂｉａＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｃｕｎｅａｔａＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＧＡＣ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＣ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉＧＣＡ㊁ＧＣＵ㊁ＡＧＡ㊁ＣＧＡ㊁ＵＧＵ㊁ＣＡＡ㊁ＧＡＡ㊁ＧＧＡ㊁ＡＵＡ㊁ＣＵＵ㊁ＵＵＡ㊁ＡＡＡ㊁ＵＵＵ㊁ＡＧＵ㊁ＵＣＵ㊁ＡＣＡ㊁ＡＣＣ㊁ＵＡＵ㊁ＧＵＵＡ~Ｋ见图５注ꎮＧＣ３表示密码子第三位碱基Ｇ＋Ｃ含量ꎬＥＮＣ表示有效密码子数ꎮ图６㊀ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ分析Ｆｉｇ.６㊀ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥＮＣ￣ｐｌｏｔ２.２.６㊀对应性分析㊀基于ＲＳＣＵ对山楂属植物叶绿体基因组４８个共有ＣＤＳ进行对应性分析ꎬ结果显示ꎬ其第一轴贡献率为１１.６９％~１２ ０２％ꎬ第二轴贡献率为８.７８％~８ ９４％ꎬ第三轴贡献率为８.２２％~８ ３７％ꎬ第四轴贡献率为７.７４％~８ ０２％ꎬ前四轴累计贡献率为３６.７１％~３７ ２３％ꎬ第一轴对变异的贡献率与其他３个轴相差较大ꎬ为影响其变异的主要因素ꎮ为了深入分析其密码子偏好性特征ꎬ使用４８个ＣＤＳ的第一轴和第二轴建立平面坐标系ꎬ结果(图７)显示ꎬ山楂属１１个种植物的ＣＤＳ序列在平面中的分布相似性很高ꎬ均显示遗传系统相关基因与保守性开放阅读框的分布相对更加集中ꎬ说明这２类功能的基因内部存在相似的密码子使用偏好性ꎮ而其余３种功能的基因分布相对更加分散ꎬ说明这３种基因的密码子偏好性差异较大ꎮ２.３㊀系统发育分析对基于叶绿体ＣＤＳ构建的系统进化树(图８Ａ)与基于叶绿体全基因组构建的系统发育树(图８Ｂ)进行分析ꎬ结果显示ꎬ２种系统发育树具有很高的相似性ꎬＣ.ｋａｎｓｕｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｏｒｅｓｂｉａ㊁Ｃ.ｃｈｕｎｇｔｉｅｎｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ㊁Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ㊁Ｃ.ｒｈｉｐｉｄｏｐｈｙｌｌａ和Ｃ.ｍａｒｓｈａｌｌｉｉ在２种系统进化树中具有相同的系统发育位置ꎮ但２种系统发育树也显现出了一定的差异ꎬ基于叶绿体ＣＤＳ构建的系统发育树显示Ｃ.ｓｃａ￣ｂｒｉｆｏｌｉａ被单独归为一个远缘分支ꎬ显示其与另外１０个种的亲缘关系较远ꎻ基于叶绿体全基因组序列构建的系统发育树(图８Ｂ)则将Ｃ.ｃｕｎｅａｔａ单独归为一个远缘分支ꎮ除此之外ꎬ基于叶绿体ＣＤＳ构建的系统发育关系显示ꎬＣ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ与Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ亲缘关系密切ꎬ聚为一类ꎬ而基于叶绿体全基因组构建的系统发育树则为Ｃ.ｈｕｐｅｈｅｎｓｉｓ㊁Ｃ.ｐｉｎｎａｔｉｆｉｄａ和Ｃ.ｓｃａｂｒｉｆｏｌｉａ聚为一支ꎮ总的来说ꎬ叶绿体基因组的２种系统发育树展现出来的系统发育关系既存在着部分差异ꎬ也存在着一定的相似性ꎮ３１５赵振宁等:山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析Ａ~Ｋ见图５注ꎮＡｘｉｓ１表示第一向量轴ꎬＡｘｉｓ２表示第二向量轴ꎮ图７㊀基于ＲＳＣＵ的基因对应性分析Ｆｉｇ.７㊀ＧｅｎｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＲＳＣＵ３㊀讨论与结论植物叶绿体全基因组长度大多为１２０~２００ｋｂꎬ包含植物体丰富的遗传学信息[３５]ꎮ随着第二代高通量测序技术的发展和测序成本的降低ꎬ已有大量的叶绿体基因组数据被上传至ＧｅｎＢａｎｋ公共数据Ａ:基于叶绿体基因组ＣＤＳ序列的系统进化树ꎻＢ:基于叶绿体全基因组序列的系统进化树ꎮ图８㊀基于ＣＤＳ序列和叶绿体全基因组构建的山楂属物种系统发育树Ｆｉｇ.８㊀ＰｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｏｆＣｒａｔａｅｇｕｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＣＤＳａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅ库ꎬ为植物的系统发育和分子标记研究提供了重要的参考ꎮ本研究对山楂属１１个种的植物叶绿体基因组进行了系统发育与密码子偏好性分析ꎬ对于深入研究山楂属植物的进化关系具有一定的意义ꎮ本研究选取了山楂属１１个种的植物叶绿体基因组进行分析ꎬ结果显示ꎬ山楂属植物的叶绿体基因组结构保守ꎬ叶绿体基因组长度变异较小ꎬ未发现任何基因组倒置和重排现象ꎬ这与悬钩子属植物叶绿体基因组的情况相似[３６]ꎬ但在樟科植物的研究中发现ꎬＩＲ区存在着部分基因重排现象[３７]ꎬ这与本研究的结果存在一定的差异ꎮ重复序列包含植物体的重要进化信息ꎬ是控制植物体生长发育的重要部分ꎬ重复序列的差异会对植物的遗传发育产生重要影响[３８]ꎬ对所选取的山楂属植物的离散重复序列进行分析ꎬ发现正向重复序列㊁回文重复序列㊁反向重复序列３种离散重复序列在山楂属１１个种植物中均有分布ꎬ而互补重复序列在Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ与Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ中并未检测出ꎬ推断Ｃ.ｍａｘｉｍｏｗｉｃｚｉｉ与Ｃ.ｂｒｅｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ在系统发育关系上可能存在着一定的相似性ꎬ这种推断与本研究中２种系统进化树展现的系统发育关系也相吻合ꎮ分子进化中性理论认为ꎬ基因的碱基突变对密码子的影响是中性的或近似中性的[３９]ꎮ但如果基因组的密码子受到外界环境选择的影响ꎬ则会导致密码子的使用和碱基组成出现偏向性[４０]ꎮ本研究中选取的山楂属植物叶绿体基因组密码子的ＧＣ１２与ＧＣ３的相关系数为０.３２４~０ ５２５ꎬ相关性均未达到显著水平(Ｐ>０ ０５)ꎬＧＣ１２与ＧＣ３之间相关性较弱ꎬ山楂属植物叶绿体基因组密码子的第一㊁第二位碱基与第３位碱基差异较大ꎬ说明选择压力对其密码子有着非常大的影响ꎬ而ＥＮＣ￣ｐｌｏｔ和ＰＲ２￣ｐｌｏｔ绘图分析结果也表明ꎬ山楂属植物叶绿体基因组的密码子受选择压力的影响较大ꎮ综合以上分析可以看出ꎬ本研究中的山楂属植物密码子使用受自然选择因素的影响远大于碱基突变ꎬ而影响密码子使用偏好性的主要因素在不同植物物种中也可能存在差异ꎮ对应性分析结果显示ꎬ遗传系统相关基因与保守性开放阅读框２种功能的基因呈现出相似的密码子使用偏性ꎬ而其余３种功能基因的密码子偏好性存在较大差异ꎬ推测这３种功能基因的密码子偏好性可能受到多种因素的共同影响ꎮ另外ꎬ本研究在山楂属１１个物种中筛选得到１７~２０个最优密码子ꎬ在这１１个物种中ꎬ均以Ａ㊁Ｕ作为结尾的最优密码子数量最多ꎬ这一结果与乌头属植物[４１]和睡莲属植物[４２]的情况相似ꎮ分析其共有密码子发现ꎬ其共有最优密码子有１３个ꎬ且均以Ａ和Ｕ作为结尾ꎬ所有物种中均未发现以Ｇ作为末位碱基的最优密码子ꎮ最优密码子的筛选结果可以为后续山楂属植物的遗传育种工作提供重要的参考依据ꎮ基于ＣＤＳ和叶绿体全基因组构建的２种系统。
南欧大戟叶绿体基因组密码子偏好性分析
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 济南：山东大学，２００７．［１６］王晓东．转基因小麦抗旱性生理生化及农艺性状鉴定［Ｄ］．杨凌：西北农林科技大学，２０１６：７－４８．［１７］闫建俊，白云凤，左静静，等．转基因马铃薯外源基因插入位点分析及检测方法的建立［Ｊ］．分子植物育种，２０２０，１８（１６）：５３６１－５３６６． ［１８］游 朝，晁朝霞，姚正培，等．转ＭｖＮＨＸ１和ＭｖＰ５ＣＳ基因棉花耐盐抗旱性比较与育种价值分析［Ｊ］．棉花学报，２０１５，２７（３）：１９８－２０７．［１９］易小平，谭燕华，彭存智，等．转基因作物安全评价的检测技术［Ｊ］．热带生物学报，２０１５，６（１）：９８－１０４．［２０］康 丹，方小艳，游腾飞，等．染色体步移技术克隆已知序列侧翼启动子的研究进展［Ｊ］．农业生物技术学报，２０１３，２１（３）：３５５－３６６． ［２１］赵才美，黄兴奇，殷富有，等．水稻ＮＡＣ转录因子家族的研究进展［Ｊ］．植物科学学报，２０２０，３８（２）：２７８－２８７．［２２］段晓亮，许兰杰，刘志勇，等．转基因小麦外源基因插入位点初步分析及检测方法的建立［Ｊ］．粮油食品科技，２０１４，２２（４）：７６－８１．［２３］姜子焱．梭梭ＨａＮＡＣ３８、ＨａＮＡＣ４２启动子克隆和转录因子特性分析［Ｄ］．乌鲁木齐：新疆农业大学，２０１８：３－３７．［２４］涂松林，施爱民．我国转基因棉花研究与应用进展［Ｊ］．江西棉花，２００１，２３（１）：９－１３．［２５］陈秀兰，张玉忠，张 军．棉花分子育种研究进展［Ｊ］．棉花学报，１９９７，９（１）：５－８．［２６］王瑞芳，胡银松，高文蕊，等．植物ＮＡＣ转录因子家族在抗逆响应中的功能［Ｊ］．植物生理学报，２０１４，５０（１０）：１４９４－１５００．［２７］王志霞．转基因棉花研究进展［Ｊ］．江苏农业学报，２００３，１９（２）：７４．［２８］林 清，彭于发，吴 红，等．转基因作物及产品检测技术研究进展［Ｊ］．西南农业学报，２００９，２２（２）：５１３－５１７．［２９］王淑君，曲延英，倪志勇，等．转ＣａｒＮＡＣ１基因可提高棉花的抗旱性［Ｊ］．干旱地区农业研究，２０１８，３６（４）：２７２－２８１．余 涛，蒲 芬，管 芹，等．南欧大戟叶绿体基因组密码子偏好性分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（１５）：３５－４１．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．１５．００６南欧大戟叶绿体基因组密码子偏好性分析余 涛，蒲 芬，管 芹，范 敏（大理大学药学院，云南大理６７１０００） 摘要：为了揭示南欧大戟叶绿体基因组密码子使用偏性及形成原因，以南欧大戟叶绿体基因组中长度大于３００ｂｐ的非重复蛋白质编码序列为研究对象，利用ＣｏｄｏｎＷ１．４．１、ＣＵＳＰ在线程序等生物信息学分析工具对其密码子偏性及使用模式进行分析。
翅萼石斛叶绿体基因组密码子偏好性分析
翅萼石斛叶绿体基因组密码子偏好性分析颜凤霞;江荣慧;王莲辉;罗在柒【期刊名称】《贵州林业科技》【年(卷),期】2024(52)1【摘要】为阐明翅萼石斛(Dendrobium cariniferum)叶绿体基因组密码子使用模式及影响因素,以其52条蛋白编码序列(CDS)为对象,利用EMBOSS在线程序计算各基因及密码子的GC含量,通过CodonW软件计算各基因有效密码子数(ENC)、同义密码子相对使用度(RSCU)、最优密码子使用频率(FOP)及密码子的第3位核苷酸碱基含量等。
结果表明:基因组平均GC含量为38%,GC_(1)>GC_(2)>GC_(3);ENC的值介于37.04~59.52之间,表明密码子使用偏好性较弱;基因组中RSCU>1的密码子有25个,其中11个以U结尾,11个以A 结尾,3个以G结尾;中性绘图分析中所有基因均分布于中线对角线上方,GC_(12)与GC_(3)相关性不显著,密码子使用偏好性以自然选择因素影响为主;ENC-plot绘图分析结果中多数基因分布在标准曲线以下,密码子偏好性主要受自然选择影响;PR2-plot分析表明密码子碱基A和G在密码子第3位比T和C更常见,这表明基因突变会影响密码子使用偏好,但其偏好性可能主要受自然选择影响;共筛选UUU、UUA、AUU等13个以A/U结尾的最优密码子。
以上研究结果可为翅萼石斛叶绿体基因组优良基因利用提供理论与基础。
【总页数】8页(P29-36)【作者】颜凤霞;江荣慧;王莲辉;罗在柒【作者单位】贵州省林业科学研究院/西南喀斯特山地生物多样性保护国家林业和草原局重点实验室【正文语种】中文【中图分类】Q943.2【相关文献】1.镰翅羊耳蒜叶绿体基因组密码子偏好性分析2.金银花大毛花叶绿体基因组密码子的偏好性分析3.石斛属叶绿体基因组密码子使用偏性及系统发育分析4.两型豆属叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析5.‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
美国红腀叶绿体基因组密码子偏好性分析
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10种植物psy基因密码子使用偏好性分析
八氢 番 茄 红 素 合 成 酶 （ＰＳＹ）是 植 物 类 胡 萝 卜素生物合成途 径 中 的 关 键 酶，对 于 番 茄 红 素 的 合成具有重要作用，犘犛犢 基因表达量高低显著调 控着植物类 胡 萝 卜 素 的 合 成 和 积 累［１］，敲 除 番 茄 ＳｌＰＳＹ１ 基 因 导 致 番 茄 中 类 胡 萝 卜 素 缺 失 ， ［２］ 犘犛犢 基因在烟草［３］、玉米 和 ［４］ 番 茄 中 超 表 达 提 高 了胡萝卜 素 含 量 和 其 他 次 级 代 谢 物。犘犛犢 基 因 不仅限制了类胡 萝 卜 素 的 生 物 合 成，而 且 在 非 生 物胁迫中也 起 到 作 用。比 如 脱 落 酸、茉 莉 酸 甲 酯 和盐胁迫 。 ［５７］ 在香菜中，茉莉酸甲酯处理 后 导 致 犘犛犢 基因表达增强 。 ［８］
1犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳犲犳犳犲犮狋犻狏犲狀狌犿犫犲狉狅犳犮狅犱狅狀狊犈犖犆犪狀犱犌犆犮狅狀狋犲狀狋犪狋狋犺犻狉犱狊狔狀狅狀狔犿狅狌狊犮狅犱狅狀狆狅狊犻狋犻狅狀犌犆3狊犪狀犱狆犪狉犻狋狔犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳犘犛犢犵犲狀犲狊犳狅狉狋犺犲狆犾犪狀狋狊狆犲犮犻犲狊组织图上的每个长方形表示对应于物种的密码子以列显示的rscu值以行显示eachsquareonselforganizingmaprepresentstherscuvalueofacodonshownincolumnscorrespondingtothespeciesshowninrows
收 稿 日 期 ：２０１９０７３０ 修 回 日 期 ：２０１９１１２８ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （３１８６０５４８）；石 河 子 大 学 育 种 专 项 （ｋｘ０３０１）。 第 一 作 者 ：李 慧 姬 ，女 ，硕 士 研 究 生 ，从 事 植 物 逆 境 相 关 功 能 基 因 研 究 。Ｅｍａｉｌ：９２９２８１５５７＠ｑｑ．ｃｏｍ 通 信 作 者 ：吉 雪 花 ，女 ，博 士 ，副 教 授 ，主 要 从 事 蔬 菜 抗 逆 及 种 质 资 源 创 新 研 究 。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｌｙｓｎｏｗｊｘｈ＠１６３．ｃｏｍ
5种柏科植物叶绿体基因组密码子偏好性分析
5种柏科植物叶绿体基因组密码子偏好性分析黄思琦;张麒功;叶泽霖;覃兴化;汪其双;林协全;郑智位;林文锋;邹小兴【期刊名称】《福建农林大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(53)2【摘要】【目的】通过叶绿体基因组密码子偏好性,分析5种柏科植物(秃杉、水杉、杉木、福建柏、日本柳杉)的亲缘关系,筛选出与秃杉亲缘相近者作为异种砧木,为秃杉无性繁殖与规模化生产提供理论参考。
【方法】通过NCBI下载并筛选5种柏科植物的蛋白编码序列,使用CUSP、CodonW、SPSS、MAFFT等软件分析密码子偏好性形成模式,并构建聚类树和系统发育树。
【结果】5种柏科植物叶绿体密码子的A/T碱基均较多,且第3位以A/T结尾为主;有效密码子数基本高于35,密码子使用偏好性总体较弱;由中性绘图分析、ENC-plot分析、PR2-plot分析可得,密码子偏好性的形成同时受自然选择、碱基突变等多种因素影响,且自然选择是主导因素;通过相对同义密码子分析和最优密码子分析确定AAA、CCA、GCU同时为秃杉、水杉、杉木与福建柏的最优密码子,无以G/C结尾的密码子;秃杉与水杉、杉木、福建柏、日本柳杉共有的最优密码子分别为9、7、11、7个,数量上差异较小;基于相对同义密码子使用度与基于蛋白编码序列构建的进化树结构相似,基于全序列和蛋白编码序列构建的系统进化树均显示秃杉与杉木的亲缘关系最为接近。
【结论】叶绿体基因组密码子偏好性可用于异砧嫁接中砧木选择方法的优化,杉木与秃杉的亲缘关系相近,推荐使用杉木作为秃杉嫁接的异种砧木。
【总页数】7页(P214-220)【作者】黄思琦;张麒功;叶泽霖;覃兴化;汪其双;林协全;郑智位;林文锋;邹小兴【作者单位】福建农林大学林学院;自然生物资源保育利用福建省高校工程研究中心;福建省德化葛坑国有林场【正文语种】中文【中图分类】S718.46【相关文献】1.海南2种龙脑香科植物叶绿体基因组密码子偏好性分析2.2种玉兰属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析3.山楂属植物叶绿体基因组特征与密码子偏好性分析4.桦木科叶绿体基因组密码子偏好性及系统发育分析5.四种蔷薇科果树叶绿体基因组密码子偏好性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
东乡野生稻叶绿体基因组拼接及系统进化分析
东乡野生稻叶绿体基因组拼接及系统进化分析中国科技论文在线东乡野生稻叶绿体基因组拼接及系统进化分析林张翔，王营营，付菲，叶楚玉，樊龙江 5 (浙江大学农业与生物技术学院农学系，浙江省作物种质资源重点实验室，杭州 310058) 摘要: 叶绿体基因组序列对于研究植物物种的起源、进化演变及不同物种间的亲缘关系等具有重要意义。
高通量测序技术的快速发展，推动了植物叶绿体基因组的测序工作。
但传统的叶绿体基因组测序方法需要建立在分离纯化叶绿体 DNA 的基础上，操作繁琐，耗时较长。
为了优化叶绿体基因组 DNA 序列的获取和拼接方法，以东乡野生稻(Oryza rufipogon)嫩绿10 叶为材料，不需分离叶绿体 DNA，利用高通量测序获得的全基因组短序列(reads)及叶绿体基因组高度保守的特性，与参考序列进行比对，从而组装拼接出叶绿体 DNA 序列，并同时利用生物信息学手段和 PCR 扩增进行补洞。
最终获得东乡野生稻完整叶绿体基因组序列，大大小为134537bp，(LSC) 小、 (SSC) 单拷贝区和反向互补重复区 (IR) 大小分别为 80585bp、12346bp 和 20803bp，共注释叶绿体基因 152 个。
基于获取的东乡野生稻及其他叶序列，通过构建进化树分析，结果显示在禾本绿体基因15 组科中水稻与麻竹 ( Dendrocalamus latiflorus)和黍亚科(Panicoideae)亲缘关系最近，粳稻与中国普通野生稻的亲缘关系较近，粳稻与籼稻并非同时驯化出现。
关键词:作物遗传学;东乡野生稻;叶绿体基因组;高通量测序;嫩绿叶中图分类号:S511.920 Assembly and phylogenetic analysis of Dongxiang wildrice chloroplast genome LIN Zhangxiang WANG Yingying FU Fei YE Chuyu FAN LongjiangDepartment of Agronomy College of Agriculture and Biotechnology Zhejiang Key Laboratory25 of Crop Germplasm Zhejiang University Hangzhou 310058 China Abstract: Complete chloroplast genome sequence is very useful for studying the evolution of species. The rapid development of high-throughput sequencing technology promotes the plant chloroplast genome sequencing. For traditional chloroplast genome sequencing method it is necessary to isolate and purify the chloroplast DNA before sequencing. Due to low concentration of chloroplast DNA it is30difficult to separate it from nuclear genome DNA. Therefore chloroplast DNA isolation-based method is tedious and time consuming. This study employed a simple and rapid method for chloroplast genome sequences acquisition without isolation of chloroplast DNA. Based on conservationof chloroplast genomes the whole genome short reads generated byIllumina Hiseq 2000 were directly used to map against chloroplast reference genomes. Subsequently the aligned reads were collected and further did35 de novo assembly. Finally the chloroplast genome sequence of Dongxiang wild rice was obtained. The chloroplast genome is 134537bp in size and has a typical quadripartite structure with the large LSC 80585bp and small copy SSC 12346bp regions separated by two copies of an inverted repeat IRs 20803bp each region. In total 152 chloroplast genes were successfully annotated. The phylogenetic tree of Dongxiang wildrice and 14 Poaceae chloroplast genomes shows that Dongxiang wild rice has a40 closer relationship with Dendrocalamus latiflorus and Panicoideae. Furthermore we build a phylogenetic tree based on SNPs of Dongxiang wild rice and other 22 Oryza chloroplast genomes. The result illustrates that indica has a closer relationship with wild rice-I while japonica are closer to wild rice-III suggesting that indica and japonica were domesticated during different periods Key words: crop genetics donxiang wild rice chloroplast genome high-throughput sequencing fresh45 green leaf 作者简介:林张翔1991-女硕士生物信息学通信联系人:樊龙江1965-男教授生物信息学. E-mail: -1- 中国科技论文在线 0 引言叶绿体是具有半自主遗传体系的细胞器，是绿色植物进行光合作用的重要场所。
紫茎泽兰1
一．1.引言：紫茎泽兰学名:Eupatorium adenophorum Spreng[或Ageratina adenophora(Spreng·);K·R·],属双子叶植物(Dicotyledoneae),菊目,菊科,泽兰属,多年生草本植物。
紫茎泽兰俗名很多,在云南各地叫法不一,有解放草、黑头草、大毒草等紫茎泽兰——植物界里的“杀手”，所到之处寸草不生，可导致牛羊等牲畜中毒。
对环境的适应性极强，无论是在干旱贫瘠的荒坡隙地、墙头、岩坎，甚至是在石缝里它同样也能生长。
这样一种具有极强危害性的植物是否会有有利的一面，这很值得我们进行研究。
2.摘要紫茎泽兰是一种有毒恶性杂草,在我国西南部地区扩散范围日益扩大,已造成了很大的危害。
我们就紫茎泽兰如何的变废为宝方面展开了调查。
采用了查阅资料等方法进行研究，得出了以下结论，并以图表等方式展现出研究结果。
3.研究目的意义：（1）了解紫茎泽兰的危害，探究其对动植物的危害。
（2）分析其是否可以“变废为宝”，被人所利用。
（3）如何将紫茎泽兰变废为宝。
5.研究方法通过查阅资料进行分析，探究其是否可以被人们所利用。
6.研究步骤：（1）确立选题（2）根据题目内容，调查对象制定相关计划（3）收集有关紫茎泽兰的资料，图片，了解其危害性（4）整理所获得的材料，对其进行分析，研究把紫茎泽兰“变废为宝”（5）整合成果，完成研究报告。
二．紫茎泽兰的危害紫茎泽兰对畜牧生产的危害，表现为侵占草地，造成牧草严重减产。
天然草地被紫茎泽兰入侵3年就失去了放牧利用价值，常造成家畜误食中毒死亡。
紫茎泽兰对马属动物的毒性（种子和花粉可引起哮喘；种子被吸入气管和肺可引起组织坏死和死亡）和牛的拒食性已被肯定。
紫茎泽兰入侵农田、林地、牧场后，与农作物、牧草和林木争夺肥、水、阳光和空间，并分泌克生性物质、抑制周围其他植物的生长，对农作物和经济植物产量、草地维护、森林更新有极大影响，是农林生产的大敌。
鸡矢藤叶绿体基因组分析
河南农业科学，2024，53（1）：70‑77Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi:10.15933/ki.1004-3268.2024.01.008鸡矢藤叶绿体基因组分析吴民华1，吴子健2，叶晓霞1，谭靖怡3，王燊3，黄琼林1（1.广东医科大学基础医学院，广东湛江524023；2.广东医科大学第一临床医学院，广东湛江524023；3.广东医科大学药学院，广东湛江524023）摘要：为了阐明岭南特色药用植物鸡矢藤的叶绿体基因组序列特征，采用高通量测序技术开展鸡血藤叶绿体基因组测序，再借助生物信息学方法对测得序列进行拼接、注释和比对分析。
结果表明，鸡矢藤叶绿体基因组为153456bp 的环状双链四分体结构，共编码133个基因。
在鸡矢藤叶绿体基因组中发现54个简单重复序列，其中A/T 单核苷酸重复最多，占比61.1%；共找到26983个密码子，第3位碱基是A/T 的密码子具有更高的使用频次。
序列比对分析显示，鸡矢藤等5种茜草科植物在基因间隔区和内含子等非编码区域存在显著的碱基突变。
系统进化树清晰地展现了鸡矢藤在茜草科内的进化位置，且不同来源的鸡矢藤序列同源性高。
关键词：鸡矢藤；叶绿体基因组；序列特点；序列比对；系统进化分析中图分类号：S567.239文献标志码：A文章编号：1004-3268（2024）01-0070-08收稿日期：2023-06-28基金项目：广东省基础与应用基础研究基金项目（2018A030310116）；广东省大学生创新创业训练计划项目（S202310571113）；广东医科大学大学生创新创业训练计划项目（GDMU2022113，GDMU2023224）作者简介：吴民华（1981-），男，广东湛江人，副教授，主要从事中药分子药理学研究。
E-mail ：*****************.cn 通信作者：黄琼林（1986-），男，广东湛江人，副教授，主要从事医学生物化学研究。
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禾本科叶绿体基因组密码子使用模式及紫茎泽兰叶绿体RNA编
辑分析
密码子偏性通常受到选择和突变等的影响被认为是物种间发生分离,进而产生新物种的重要原因之一。
本实验探究了23种禾本科叶绿体基因组的密码子使用模式。
综合运用多种软件进行分析。
中性绘图分析表明在所研究基因组中GC12和GC3之间无显著相关性,密码子使用模式有偏倚NNA和NNT的趋势。
通过ENC绘图发现,大部的散点是沿标准曲线分布,然而也存在一些散点因ENC值较小而分布于标准曲线下方,由此说明偏性突变在禾本科叶绿体基因组密码子使用模式中有重要作用。
PR2绘图分析表明在所研究的基因组中T使用的频率明显高于A。
对同义密码子进行一致性分析发现第一轴线对密码子使用变异性仅有较小贡献率,此外,就基因长度和基因表达水平与密码子偏性之间相关关系研究表明,此两者也在密码子偏性形成过程中有一定影响。
这些发现揭示了除去自然选择之外,在禾本科叶绿体基因组密码子偏性形成过程中存在其他因素施以影响。
本研究还鉴定了此23个基因组的最优密码子。
这些最优密码子的使用频率与基因表达水平相关,所以可以作为未知表达水平基因(或开放阅读框架的ORF)的有用的指标。
在设计简并性引物和分子水平上研究物种进化机制等方面有重要的意义。
RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种重要方式。
本文对紫茎泽兰叶绿体80个蛋白编码基因的RNA编辑位点进行了预测和分析,共预测到分布于19个基因的42个编辑位点,所有位点均为C到U的转换,其
中8个RNA编辑位点发生在密码子的第一位,其余的34个发生在密码子的第二位,密码子第三位没有发生RNA编辑。
进一步利用RT-PCR结合测序,对其中4个基因的编辑位点进行了验证,鉴定出10个位点为真实发生的编辑位点,最后利用生物信息学方法分析了这10个位点编辑现象对蛋白质跨膜结构域和二级结构的影响,发现ndhB-467的编辑会引起蛋白质跨膜结构的增加,ndhB-149的编辑会引起蛋白质二级结构的改变,但编辑位点改变是如何影响基因功能的,还需要进一步的研究。
总之,在叶绿体RNA编辑方面我们需要更深入的研究,将有助于对叶绿体RNA 编辑及生物体的一些调节机制的探究。