密碼子偏好性讀書報(bào)告演示

密碼子偏好性讀書報(bào)告1234點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本目錄密碼子偏好性的常用指標(biāo)、方法、軟件工具密碼子偏好性進(jìn)展密碼子及其偏好性引用文獻(xiàn)

密碼子的概念、密碼子偏好性的概念、密碼子偏好性的原因密碼子偏好性進(jìn)展、小組讀書報(bào)告匯總撰寫、小組讀書報(bào)告演示徐星王紅計(jì)算密碼子偏好性的指標(biāo)、方法、軟件工具王玥張晶晶點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子及其偏好性密碼子偏好性原因密碼子概念密碼子偏好性概念點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子基本概念信使RNA鏈上決定一個(gè)氨基酸的相鄰的三個(gè)堿基，亦稱三聯(lián)體密碼點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子基本概念

密碼子的簡并性RNA一共由4種氨基酸A、U、C、G組成，則密碼子理論上應(yīng)該有4x4x4=64種，但自然界只有20種氨基酸。同一種氨基酸具有兩個(gè)或更多個(gè)密碼子的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性。（也就是多個(gè)密碼子可以編碼同一個(gè)氨基酸）點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子偏好性在沒有選擇壓力和中性突變的情況下，編碼同一個(gè)氨基酸的幾個(gè)同義密碼子的使用頻率應(yīng)該相同但實(shí)際上它們是非隨機(jī)使用的，并往往偏向于使用某一種或幾種特定的同義密碼子其中被高頻使用的密碼子稱為最優(yōu)密碼子（optimalcodon）。這種同義密碼子非均衡使用的現(xiàn)象稱為密碼子偏性（codonbias）。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子偏好性原因

原因偏好性關(guān)系1、翻譯選擇密碼子偏性與表達(dá)水平之間呈正（或負(fù)）相關(guān)2、堿基組成和G+C含量密碼子偏性受基因組堿基組成的影響3、基因長度較短的基因，受密碼子數(shù)量和種類限制，往往具有較高的偏好性4、tRNAs豐度最優(yōu)密碼子對(duì)應(yīng)于豐度高的

tRNAs5、氨基酸保守性保守性高，偏好性高6、蛋白質(zhì)編碼基因在

DNA雙鏈位置DNA的前導(dǎo)鏈與滯后鏈上密碼對(duì)的使用偏好存在差異7、密碼子堿基組成的上下文關(guān)系1、

2位是

A、

U，那么其第3位傾向于使用

G或

C，反之亦然8、基因表達(dá)水平與

tRNA結(jié)合效率高的密碼子較多的被采用9、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)稀有密碼子與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本密碼子偏好性性質(zhì)軟件常用指標(biāo)在線數(shù)據(jù)庫點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本常用指標(biāo)

指標(biāo)描述指標(biāo)描述1、RSCU相對(duì)同義密碼子使用度對(duì)于某一特定的密碼子在編碼對(duì)應(yīng)氨基酸的同義密碼子間的相對(duì)概率8、GC3S

第三位上的各種堿基的含量，在蛋白質(zhì)的合成過程中同義密碼子的使用概率并不相同。2、CAI密碼子適應(yīng)指數(shù)根據(jù)已知高表達(dá)基因的序列來估計(jì)未知基因密碼子使用的偏好性程度9、COA對(duì)應(yīng)分析密碼子使用偏性，進(jìn)行分析基因間的距離3、CPPCPP的變化范圍為0~18,越接近18表示密碼子被非隨機(jī)使用的程度越高10、AT-skewAT偏移整個(gè)基因組DNA序列的(A-T)/(A+T)的比值。

4、ENC有效密碼子數(shù)描述密碼子使用偏離隨機(jī)選擇的程度，反映密碼子家族中同義密碼子非均衡使用的偏好程度11、HE高表達(dá)優(yōu)越密碼子研究密碼子是否高表達(dá)以及基因編碼蛋白質(zhì)的長度也可以作為衡量密碼子偏好性的指標(biāo)5、FOP最優(yōu)密碼子使用頻率最優(yōu)密碼子是指在某物種高表達(dá)基因中使用頻率最高的密碼子12、GRAVY蛋白疏水水平反映蛋白質(zhì)的疏水性對(duì)密碼子使用偏好的影響6、CBI密碼子偏愛指數(shù)一個(gè)具體基因中高表達(dá)優(yōu)越密碼子的組分情況13、Aromo芳香族氨基酸比例反映芳香族蛋白質(zhì)對(duì)密碼子使用偏好的影響7、G+C一般認(rèn)為G+C含量越高，密碼子的偏好性就可能就越強(qiáng)14、EIG普遍表達(dá)且表達(dá)水平相對(duì)恒定的基因發(fā)現(xiàn)EIG的表達(dá)量與密碼子使用偏好性存在相對(duì)較強(qiáng)的相關(guān)性點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本

軟件名稱

操作系統(tǒng)特點(diǎn)

CodonWDos,unix,windows對(duì)密碼子使用進(jìn)行多變量分析,可進(jìn)行密碼子、同義密碼子相對(duì)使用度和氨基酸的相關(guān)性分析,另外還可分析最優(yōu)密碼子、密碼子和(或)雙核苷酸偏性、堿基組成等。SYCO(SynonymouscodonusageGribskovstatisticplot)Unix,linuxEMBOSS的組件之一,利用建立Gribskov統(tǒng)計(jì)圖的方法,通過比較某個(gè)序列的密碼子使用特點(diǎn)和特定密碼子頻率表之間的相似性來預(yù)測(cè)開放閱讀框的工具。

CHIPS(CodonHeterozygosityinaProtein-codingSequence)Unix,linuxEMBOSS的組件之一,CHIPS可進(jìn)行密碼子使用頻率統(tǒng)計(jì),該程序計(jì)算了特定序列中有效密碼子的ENC值。

CUSP(Createacodonusagetable)Unix,linuxEMBOSS的組件之一,CUSP是對(duì)一個(gè)或多個(gè)CDS進(jìn)行閱讀后計(jì)算出的密碼子頻率表．

CodonPreferenceUnix,linuxGCG軟件包的組件之一,依據(jù)密碼子使用特點(diǎn)(同義密碼子使用頻率或密碼子第三位的堿基組成),通過比較某個(gè)序列的密碼子使用特點(diǎn)和特定密碼子頻率表之間的相似性來識(shí)別蛋白編碼區(qū)。

CodonFrequencyUnix,linuxGCG軟件包的組件之一,用于根據(jù)序列數(shù)據(jù)或表格來建立密碼子使用表格,以方便研究和其他程序(如:CodonPreference,Correspond,Frames)的使用。CorrespondUnix,linuxGCG軟件包的組件之一,通過比較密碼子頻率表,尋找相似的密碼子使用模式。軟件點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本

在線數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫網(wǎng)址功能1、CUTGhttp://www.kazusa.or.jp/codon/查詢不同物種的密碼子使用表2、graphicalcodonusageanalyzerhttp://gcua.schoedl.de/以圖形的方式表現(xiàn)密碼子偏好性3、CodonUsageAnalyzer/codon/cgi-bin/codon.cgiCodonUsageDatabase中的所關(guān)心物種的密碼子表。經(jīng)處理轉(zhuǎn)化為可讀性更強(qiáng)的圖標(biāo)形式。4．E.coliCodonUsageAnalyze/~mmaduro/codonusage/usage.htm對(duì)于在E.coli中異源蛋白的表達(dá)效率給出很好的建議5.CorrespondenceAnalysisofCodonUsage//點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本應(yīng)用領(lǐng)域未來展望發(fā)展歷史密碼子偏好性進(jìn)展點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域詳解實(shí)例1、提高基因的異源表達(dá)通過密碼子使用偏好性判定最優(yōu)密碼子，針對(duì)這些最優(yōu)密碼子設(shè)計(jì)基因工程表達(dá)載體，可以提高目的基因的表達(dá)量?；蚬こ讨?，通過水稻密碼子的偏愛性，人工合成的抗蟲基因cry2A，并在大腸桿菌中的表達(dá)。影響翻譯效率翻譯起始效應(yīng)mRNA濃度是翻譯起始速率的主要影響因素之一，密碼子直接影響轉(zhuǎn)錄效率，決定mRNA濃度。單子葉植物在“翻譯起始區(qū)”的密碼子偏性大于“翻譯終止區(qū)”,即“翻譯起始區(qū)”的密碼子可以提高蛋白翻譯的效率和精確性。因此，通過修飾編碼區(qū)5′端的DNA序列，來提高蛋白質(zhì)的表達(dá)水平將有望成為可能。3、影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能基因的密碼子偏性與所編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的連接區(qū)和二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的連接區(qū)有關(guān)、翻譯速率在連接區(qū)會(huì)降低。改變密碼子使用模式可目的性改變特定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。馬建民等［4］通過聚類分析方法研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物MHC基因的密碼子偏性與所編碼蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可通過影響mRNA不同區(qū)域的翻譯速度，來改變編碼蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，從而改變蛋白質(zhì)功能4、核糖體和基因定位通過比較密碼子的使用模式，來進(jìn)行真核生物核糖體在細(xì)胞內(nèi)以及未知蛋白基因在基因組的定位。基因定位功能密碼子的使用模式在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)之間也存在差異，如核基因中的起始密碼子只有ATG，而線粒體基因中的起始密碼子為ATN；核基因中的終止密碼子TGA在線粒體基因中用來編碼色氨酸等［5］。5、預(yù)測(cè)物種親緣關(guān)系生存環(huán)境預(yù)測(cè)進(jìn)化規(guī)律類似的密碼子使用模式，預(yù)示著物種相近的親緣關(guān)系或生存環(huán)境。目前已有研究通過比較密碼子偏性的差異程度，來分析物種間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷程。線粒體基因組具有母系遺傳、分子結(jié)構(gòu)簡單、多態(tài)性豐富等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的分子標(biāo)記，研究其密碼子使用偏好性，可以很好地用于確定動(dòng)物類群的遺傳分化和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系6、預(yù)測(cè)未知基因功能和表達(dá)水平利用密碼子使用偏好性和某種功能的關(guān)聯(lián)程度，對(duì)某些未知功能基因進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用已知的密碼子偏好知識(shí)，對(duì)未知表達(dá)水平的基因進(jìn)行判定，初步判斷該基因的表達(dá)水平高或低。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本發(fā)展歷史發(fā)展時(shí)期理論理論依據(jù)早期密碼子的選擇模式在進(jìn)化過程中是保守的密碼子使用的偏愛與相應(yīng)的同工tRNA濃度相關(guān),從而有利于翻譯的效率和準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)來源單細(xì)胞的大腸桿菌和酵母[6]，二者的最優(yōu)密碼子有很大差異,但密碼子選擇模式很相似多細(xì)胞生物（尤其是哺乳動(dòng)物和人）：細(xì)胞高度分化；基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)復(fù)雜密碼子的選擇模式與單細(xì)胞生物有所差別,也因此使密碼子偏性的研究進(jìn)入新的發(fā)展階段。發(fā)展階段密碼子偏性在進(jìn)化過程中會(huì)轉(zhuǎn)變Bierne等[7]通過分析果蠅中3種不同位點(diǎn)(同義,非同義,基因區(qū)內(nèi))的多態(tài)性和分歧與密碼子偏性的關(guān)系,認(rèn)為蛋白的選擇壓力,是密碼子偏性進(jìn)化的主要原因。低表達(dá)豐度的蛋白也具有很強(qiáng)的偏性哺乳動(dòng)物和人類基因的偏性特點(diǎn)可能是依靠其對(duì)應(yīng)較少的相應(yīng)同工tRNA來控制蛋白合成時(shí)的延伸速率,或者是通過降低合成速度來提高高能量消耗的蛋白合成過程的準(zhǔn)確性[8]。真核生物中密碼子的偏性并不是由翻譯效率決定Kanaya等[9]在研究種特異的密碼子偏性時(shí),通過對(duì)5個(gè)真核生物(酵母、線蟲、果蠅、非洲爪蟾和人)的密碼子使用模式進(jìn)行的對(duì)比發(fā)現(xiàn),并不是所有的高表達(dá)基因(如編碼核糖體蛋白和組蛋白的基因)都有顯著的密碼子偏性現(xiàn)象,說明真核生物中密碼子的偏性并不是由翻譯效率決定。

植物中密碼子偏性的分析也得到了類似的結(jié)論[10]?；蛐酒夹g(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展使獲得組織特異基因及其表達(dá)豐度成為可能,相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的建立和不斷充實(shí),使人們能夠方便獲得大量所需的原始數(shù)據(jù)組織特異的基因間密碼子偏性模式?jīng)]有很大的差別Hastings等[12]從脊椎動(dòng)物的cDNA序列出發(fā)比較不同生物不同組織的密碼子使用模式,認(rèn)為組織特異的基因間密碼子偏性模式?jīng)]有很大的差別組織特異表達(dá)的基因間同義密碼子的使用有顯著的不同2004年,哈佛大學(xué)的研究人員在PNAS上發(fā)表了一篇題為“Tissue-specificcodonusageandtheexpressionofhumangenes”的文章,提出組織特異表達(dá)的基因間同義密碼子的使用有顯著的不同,并認(rèn)為這種差異主要來自于翻譯選擇的“壓力”[13],2006年3月,法國學(xué)者發(fā)表了相關(guān)的研究成果,確認(rèn)組織特異基因密碼子具有顯著偏性的同時(shí),對(duì)前一篇文章所述的差異來源的結(jié)論和實(shí)驗(yàn)方法提出質(zhì)疑,甚至予以否定[14]現(xiàn)階段人們開始關(guān)注高等植物、哺乳動(dòng)物和人的基因組密碼子偏性和組織特異性基因的密碼子偏性,從而著手于描述進(jìn)化規(guī)律,闡釋分化機(jī)理點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本未來展望J.RobertColeman等利用非最優(yōu)密碼子翻譯脊髓灰質(zhì)炎病毒衣殼蛋白，造成了病毒的弱化，通過感染不僅使小鼠獲得了自身免疫，而且有效地避免了毒力返強(qiáng)現(xiàn)象的發(fā)生［15］。這或許提供了一個(gè)有效解決現(xiàn)有的病毒性疫苗毒力返強(qiáng)問題的思路。

由于DNA是遺傳信息的載體,遺傳密碼中所隱藏的奧秘,關(guān)系著整個(gè)生命天書的“破譯”。

隨著基因組學(xué)研究的繼續(xù)深入和蛋白質(zhì)組學(xué)的大規(guī)模興起,密碼子偏性問題必然會(huì)涉及更廣泛的生物學(xué)領(lǐng)域,也一定會(huì)揭示出更多的生物學(xué)意義。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本引用文獻(xiàn)【1】梁菲菲.密碼子偏性的影響因素及研究意義.(畜牧與飼料科學(xué))2010，31（1）:118-119【2】