石榴等陆生植物Actin1基因密码子偏向性与进化分析
发布时间：2021-03-08 12:21
肌动蛋白Actin1基因参与构成植物细胞骨架,功能域高度保守,在植物系统演化中具有特殊作用,是重要的管家基因。本研究选取石榴等63种具有重要经济价值或生态价值的陆生植物Actin1基因,分析其密码子使用偏好性和进化。研究结果表明:石榴Actin1基因有效密码子值为46.809,密码子使用偏性较弱。石榴Actin1基因同义密码子相对使用度大于1的密码子大部分偏向于使用以G/C结尾,其偏性主要是由于自然选择压力影响。石榴等陆生植物的Actin1基因偏向使用AAC、GAU、CAG、GAG密码子,这种偏向性在陆生植物之间属于趋同进化模式,亲缘关系相近的物种对Actin1基因密码子使用模式相似。由63种陆生植物的Actin1基因密码子偏性分析证实与物种密码子偏性与其进化及亲缘关系相关。本研究通过对石榴等陆生植物Actin1基因密码子偏向性与进化分析为Actin1基因家族的后续研究提供理论参考。
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
63物种Actin1基因ENC值箱线
图1 63物种Actin1基因ENC值箱线密码子的第3位碱基是决定氨基酸的种类的重要指标，因此是分析密码子偏向性时必须参考的一个因素(石元豹等,2019)。除石榴以外的双子叶植物GC3含量在31.34%～58.99%,GC含量在45.3%～49.89%之间，单子叶植物GC3s含量在45.62%～65.87%,GC含量在50.09%～54.5%之间，说明单子叶植物的Actin1基因优先使用G/C结尾密码子。整体来说，低等植物的Actin1密码子的使用偏性与高等植物差异很大，并且由低等向高等进化的过程中密码子偏好性逐渐减弱，推测是Actin1随着物种进化引起Actin1基因结构功能的改变，从而产生密码子偏性的变化。
藻类植物进化为蕨类植物，裸子植物有蕨类植物进化而来，而被子植物起源自裸子植物。从被子植物的内部可以明显看出从双子叶到单子叶的进化顺序(张孟伟等,2018)。基于Actin1基因同义密码子相对使用度的聚类分析(图3)，使用63种植物的蛋白质编码基因CDS序列构建Actin1基因在不同物种里的ML系统发育树(图4)，从系统发育树可知基于CDS序列构建的系统发育树与基于密码子使用频率构建的系统发育树存在差异，例如低等植物的泥炭藓并没有和小立碗藓、卷柏、地钱具为一支，而是和裸子植物火炬松、挪威云杉、银杏具为一支；甜橙与同为柑橘属的柚子没有具为一支而是和中华猕猴桃具为一支，由此可知基于Actin1基因的CDS序列构建系统发育树可能无法正确反映出物种的系统发育关系，但是由上述密码子使用偏性分析结果可知密码子使用偏性与亲缘关系远近有关，亲缘关系近的物种密码子使用模式相近，反之，则密码子使用模式差别较大。分析数据，可知本研究物种对密码子偏性情况从而了解这些物种对Actin1基因密码子偏性是属于趋同进化还是平行进化(表1)。趋同进化是指两种或两种以上亲缘关系甚远的生物，由于栖居于同一类型的环境之中，演化成具有相似的形态特征或构造的现象，即源自不同祖先的生物，由于相似的生活方式，整体或部分形态结构向着同一方向改变(Stern,2013)。来源于同一祖先的两个或两个以上的植物种或类群，在相似的生态环境中，形成了类似的生态适应性，这样的进化称为平行进化(Nosil et al.,2002)。本研究的孢子植物，裸子植物，单子叶植物和双子叶植物对编码天门冬酰胺(Asn)、天门冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)的密码子偏性是一样的，都偏向使用密码子AAC、GAU、CAG、GAG。由此推测孢子植物、裸子植物、单子叶植物、双子叶植物对编码这几个氨基酸最优密码子的偏向性是趋同进化的；单子叶和双子叶植物又属于被子植物，被子植物和裸子植物属于种子植物，说明孢子植物和种子植物对密码子AAC、GAU、CAG、GAG的偏性也是趋同的；陆生植物对天门冬酰胺(Asn)、天门冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)最优密码子偏性是趋同进化的。孢子植物对编码酪氨酸(Tyr)的密码子偏向使用UAG，裸子植物、单子叶植物及双子叶植物偏向使用UAU密码子，表明种子植物之间对UAU密码子偏性属于趋同进化，孢子植物和种子植物之间对编码酪氨酸(Tyr)最优密码子偏性是平行进化；孢子植物编码缬氨酸(Val)的密码子偏向使用GUC，裸子植物、单子叶植物和双子叶植物则偏好使用GUU,同样说明在裸子植物和种子植物之间对编码缬氨酸(Val)最优密码子的偏性是平行进化，种子植物之间是趋同进化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]银杏WRKY家族基因密码子使用偏向性分析[J]. 石元豹,汪贵斌,杨晓明,曹福亮. 分子植物育种. 2019(05)
[2]兰科植物FNR基因的密码子偏好性分析[J]. 李蓉,谢析颖,王雪晶,苏立遥,林玉玲,郭容芳,陈裕坤,赖钟雄,徐涵. 热带作物学报. 2018(06)
[3]石榴木质素合成途径进化与密码子使用偏好性分析[J]. 张孟伟,张太奎,刘翠玉,徐会丽,苑兆和. 分子植物育种. 2018(07)
[4]马尾松叶绿体基因组密码子偏好性分析[J]. 叶友菊,倪州献,白天道,徐立安. 基因组学与应用生物学. 2018(10)
[5]石榴转录组密码子使用偏向性[J]. 张太奎,起国海,叶红莲,张孟伟,肖巍,苑兆和. 园艺学报. 2017(04)
[6]菠萝密码子使用偏好性分析[J]. 陈哲,胡福初,王祥和,范鸿雁,张治礼. 果树学报. 2017(08)
[7]13种植物actin基因的密码子使用特性分析[J]. 赵洋,杨培迪,刘振,成杨,杨阳. 南方农业学报. 2016(04)
[8]龙眼生长素受体基因TIR1密码子偏好性分析[J]. 赖瑞联,林玉玲,钟春水,赖钟雄. 园艺学报. 2016(04)
[9]甜荞叶绿体基因密码子偏爱性分析[J]. 罗洪,胡莎莎,吴琦,姚慧鹏. 基因组学与应用生物学. 2015(11)
[10]毛竹NAC转录因子家族生物信息学分析[J]. 黎帮勇,胡尚连,曹颖,徐刚. 基因组学与应用生物学. 2015(08)
本文编号：3071039
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
63物种Actin1基因ENC值箱线
图1 63物种Actin1基因ENC值箱线密码子的第3位碱基是决定氨基酸的种类的重要指标，因此是分析密码子偏向性时必须参考的一个因素(石元豹等,2019)。除石榴以外的双子叶植物GC3含量在31.34%～58.99%,GC含量在45.3%～49.89%之间，单子叶植物GC3s含量在45.62%～65.87%,GC含量在50.09%～54.5%之间，说明单子叶植物的Actin1基因优先使用G/C结尾密码子。整体来说，低等植物的Actin1密码子的使用偏性与高等植物差异很大，并且由低等向高等进化的过程中密码子偏好性逐渐减弱，推测是Actin1随着物种进化引起Actin1基因结构功能的改变，从而产生密码子偏性的变化。
藻类植物进化为蕨类植物，裸子植物有蕨类植物进化而来，而被子植物起源自裸子植物。从被子植物的内部可以明显看出从双子叶到单子叶的进化顺序(张孟伟等,2018)。基于Actin1基因同义密码子相对使用度的聚类分析(图3)，使用63种植物的蛋白质编码基因CDS序列构建Actin1基因在不同物种里的ML系统发育树(图4)，从系统发育树可知基于CDS序列构建的系统发育树与基于密码子使用频率构建的系统发育树存在差异，例如低等植物的泥炭藓并没有和小立碗藓、卷柏、地钱具为一支，而是和裸子植物火炬松、挪威云杉、银杏具为一支；甜橙与同为柑橘属的柚子没有具为一支而是和中华猕猴桃具为一支，由此可知基于Actin1基因的CDS序列构建系统发育树可能无法正确反映出物种的系统发育关系，但是由上述密码子使用偏性分析结果可知密码子使用偏性与亲缘关系远近有关，亲缘关系近的物种密码子使用模式相近，反之，则密码子使用模式差别较大。分析数据，可知本研究物种对密码子偏性情况从而了解这些物种对Actin1基因密码子偏性是属于趋同进化还是平行进化(表1)。趋同进化是指两种或两种以上亲缘关系甚远的生物，由于栖居于同一类型的环境之中，演化成具有相似的形态特征或构造的现象，即源自不同祖先的生物，由于相似的生活方式，整体或部分形态结构向着同一方向改变(Stern,2013)。来源于同一祖先的两个或两个以上的植物种或类群，在相似的生态环境中，形成了类似的生态适应性，这样的进化称为平行进化(Nosil et al.,2002)。本研究的孢子植物，裸子植物，单子叶植物和双子叶植物对编码天门冬酰胺(Asn)、天门冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)的密码子偏性是一样的，都偏向使用密码子AAC、GAU、CAG、GAG。由此推测孢子植物、裸子植物、单子叶植物、双子叶植物对编码这几个氨基酸最优密码子的偏向性是趋同进化的；单子叶和双子叶植物又属于被子植物，被子植物和裸子植物属于种子植物，说明孢子植物和种子植物对密码子AAC、GAU、CAG、GAG的偏性也是趋同的；陆生植物对天门冬酰胺(Asn)、天门冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)最优密码子偏性是趋同进化的。孢子植物对编码酪氨酸(Tyr)的密码子偏向使用UAG，裸子植物、单子叶植物及双子叶植物偏向使用UAU密码子，表明种子植物之间对UAU密码子偏性属于趋同进化，孢子植物和种子植物之间对编码酪氨酸(Tyr)最优密码子偏性是平行进化；孢子植物编码缬氨酸(Val)的密码子偏向使用GUC，裸子植物、单子叶植物和双子叶植物则偏好使用GUU,同样说明在裸子植物和种子植物之间对编码缬氨酸(Val)最优密码子的偏性是平行进化，种子植物之间是趋同进化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]银杏WRKY家族基因密码子使用偏向性分析[J]. 石元豹,汪贵斌,杨晓明,曹福亮. 分子植物育种. 2019(05)
[2]兰科植物FNR基因的密码子偏好性分析[J]. 李蓉,谢析颖,王雪晶,苏立遥,林玉玲,郭容芳,陈裕坤,赖钟雄,徐涵. 热带作物学报. 2018(06)
[3]石榴木质素合成途径进化与密码子使用偏好性分析[J]. 张孟伟,张太奎,刘翠玉,徐会丽,苑兆和. 分子植物育种. 2018(07)
[4]马尾松叶绿体基因组密码子偏好性分析[J]. 叶友菊,倪州献,白天道,徐立安. 基因组学与应用生物学. 2018(10)
[5]石榴转录组密码子使用偏向性[J]. 张太奎,起国海,叶红莲,张孟伟,肖巍,苑兆和. 园艺学报. 2017(04)
[6]菠萝密码子使用偏好性分析[J]. 陈哲,胡福初,王祥和,范鸿雁,张治礼. 果树学报. 2017(08)
[7]13种植物actin基因的密码子使用特性分析[J]. 赵洋,杨培迪,刘振,成杨,杨阳. 南方农业学报. 2016(04)
[8]龙眼生长素受体基因TIR1密码子偏好性分析[J]. 赖瑞联,林玉玲,钟春水,赖钟雄. 园艺学报. 2016(04)
[9]甜荞叶绿体基因密码子偏爱性分析[J]. 罗洪,胡莎莎,吴琦,姚慧鹏. 基因组学与应用生物学. 2015(11)
[10]毛竹NAC转录因子家族生物信息学分析[J]. 黎帮勇,胡尚连,曹颖,徐刚. 基因组学与应用生物学. 2015(08)
本文编号：3071039
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