Analisis Kecondongan Penggunaan Kodon Terhadap Genom Kloroplas Cistanche
Apr 06, 2023
FENG Zhan1 , JIANG Yuan3 , ZHENG Yan1 , MIAO Yu-jing2 , HUANG Lin-fang2 , LUO Guang-ming1
1. Pusat Pengajian Farmasi, Universiti Perubatan Cina Jiangxi, Nanchang 330004, China 2. Institut Pembangunan Tumbuhan Perubatan, Akademi Sains Perubatan China & Kolej Perubatan Kesatuan Peking, Beijing 100193, China 3. Pusat Pengajian Farmasi, Universiti Dali, Dali 671000 , China
Abstrak: Objektif Untuk menjelaskan bias penggunaan kodon dan faktor pengaruh genom kloroplas dalam empat tumbuhan ubatan Cistanche spp.
KaedahParameter bias penggunaan kodon bagiCistanche deserticola, C. salsa, C. sinensis dan C. tubulosa telah dianalisis oleh CUSP, CodonW 1.4.2, SPSS dan Microsoft Excel.
KeputusanGenom kloroplas empat spesies Cistanche mempunyai corak penggunaan kodon yang serupa, dengan asas ketiga kodon semuanya berakhir dengan A/T dan cenderung menggunakan asas A/T dengan lebih baik. Nilai ENC (bilangan kodon berkesan) bagi empat spesies semuanya melebihi 35, menunjukkan bahawa keutamaan kodon gen kloroplas dalam Cistanche spp. lemah. Keputusan plot neutraliti, ENC-plot, PR2-plot bias dan analisis korespondensi menunjukkan bahawa pemilihan semula jadi adalah faktor utama yang mempengaruhi bias penggunaan kodon genom kloroplas dalam Cistanche spp. Nilai RSCU (penggunaan kodon sinonim relatif) digunakan untuk mengenal pasti empat kodon optimum yang dikongsi oleh empat spesies Cistanche spp.
KesimpulanDalam kajian ini, kami menganalisis bias penggunaan kodon bagi genom kloroplas bagi empat spesies Cistanche spp. dan mendedahkan faktor-faktor yang mempengaruhi yang mempengaruhi bias kodon, yang menyediakan asas teori yang sepadan untuk mengkaji evolusi sistematik, penyesuaian alam sekitar dan peningkatan baka Cistanche spp. pada peringkat molekul.
Kata kunci:Cistanche Hoffmanns. & Pautan; Cistanche deserticola Ma; Cistanche salsa (CA Mey.) G. Beck; Cistanche sinensis G. Beck; Cistanche mongolica Beck; genom kloroplas; berat sebelah penggunaan kodon; kodon optimum
ginseng padang pasir
Cistanche Hoffmann& Link ialah tumbuhan herba parasit saka keluarga Orobanchaceae, yang diedarkan terutamanya di Eropah dan Asia. Terdapat empat spesies utama Cistanche di China, diedarkan di Mongolia Dalam, Ningxia, Gansu, Qinghai, dan Xinjiang. Genus tumbuhan ini menduduki kedudukan yang sangat penting dalam tumbuhan ubatan Cina, antaranya Cistanche deserticola Ma mempunyai nilai perubatan tertinggi. Oleh kerana pertumbuhan utamanya di kawasan padang pasir, ia dikenali sebagai "ginseng padang pasir". Walau bagaimanapun, tumbuhan ubatan genus Cistanche menghadapi kesukaran dalam kekeliruan klasifikasi tumbuhan dan penggunaan campuran varieti yang tersedia secara komersial. Kloroplas ialah tapak fotosintesis kebanyakan tumbuhan hijau, mengambil bahagian dalam pembangunan dan aktiviti metabolik sekunder [4], dan menyelaraskan ekspresi gen antara organel dan genom nuklear [5].
Guruncistanche hidup
Klik di sini untuk melihat produk Cistanche
【Ask for more】 Email: xue122522@foxmail.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
Kloroplas mempunyai genom yang diwarisi secara autonomi dan digunakan secara meluas dalam analisis filogenetik tumbuhan, pengenalpastian spesies, dan penyelidikan ekspresi kepelbagaian genetik. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan kematangan beransur-ansur teknologi penjujukan pemprosesan tinggi genom kloroplas, banyak tumbuhan genus Cistanche, seperti Cistanche deserticola, C. salsa (CA Mey.) G. Beck, C. sinensis G. Beck, C tubulosa Wight, telah menjalankan penyelidikan penjujukan kloroplas dan menganalisis filogeni dan kepelbagaian genetik mereka [2, 6-7], Walau bagaimanapun, tiada laporan penyelidikan ditemui mengenai keutamaan kodon dalam genom kloroplas tumbuhan Cistanche.
Kodon, juga dikenali sebagai kod genetik, ialah jambatan yang menghubungkan asid nukleik dan protein, pembawa penting untuk mengenal pasti dan menghantar maklumat genetik biologi, dan bahagian penting dalam genetik dan variasi biologi. Disebabkan oleh perbezaan dalam proses terjemahan protein antara spesies yang berbeza, terdapat kecenderungan untuk menggunakan satu atau beberapa kodon sinonim tertentu semasa proses terjemahan. Fenomena ini dipanggil codon usage bias (CUB) [9], yang memainkan peranan penting dalam proses metabolisme selular seperti terjemahan mRNA, transkripsi DNA, struktur, ekspresi, fungsi, dan lipatan protein bersama translasi [10]. Shi Yanshuo et al. [11] menganalisis keutamaan kodon genom kloroplas dalam empat tumbuhan Panax Linn dan membuat kesimpulan bahawa hubungan genetik antara tumbuhan daripada genus yang sama adalah lebih rapat; Song Yun et al. [12] menunjukkan bahawa gen ICE1 boleh dioptimumkan berdasarkan keutamaan kodon untuk menyatakan di bawah tekanan suhu rendah; Li Xianhuang et al. [13] mendapati bahawa keutamaan kodon boleh mencerminkan hubungan evolusi antara spesies; Zhang Junyan et al. [14] membuktikan bahawa mutasi dan pemilihan semula jadi secara bersama mempengaruhi Swertia bimaculate (Sieb. et Zucc.) Hook F. et Thoms. Keutamaan kodon genom kloroplas bekas CB Clark menyediakan asas untuk pengenalan dan pembiakan Swertia. Oleh itu, mengkaji corak penggunaan kodon genom kloroplas tumbuhan boleh memberikan sokongan data untuk meningkatkan kecekapan pembinaan vektor ekspresi gen, meneroka hubungan evolusi spesies, memahami mekanisme molekul penyesuaian biologi dan persekitaran, dan menambah baik varieti tumbuhan [15].
Berdasarkan penjujukan prestasi tinggi, kajian ini menganalisis corak penggunaan kodon genom kloroplas bagi empat spesies Cistanche, termasuk Cistanche salsa, Cistanche deserticola dan Cistanche tubulosa, dan menentukan keutamaan kodon genom kloroplas dan faktor pengaruhnya bagi empat spesies Cistanche. , menyediakan rujukan untuk penyelidikan seterusnya mengenai pengesanan ekspresi gen, kebolehsuaian dan hubungan evolusi genom kloroplas Cistanche.
1 Bahan
Tumbuhan Cistanche deserticola, Salted Cistanche, Sand Cistanche, dan Tubular Cistanche dikumpulkan dari kawasan yang berbeza (Jadual 1) dan dikenal pasti oleh Huang Linfang, seorang penyelidik di Institut Tumbuhan Ubat di Kolej Perubatan Kesatuan Peking, sebagai tumbuhan keseluruhan genus Cistanche, Disimpan dalam herbarium Institut Tumbuhan Ubat, Kolej Perubatan Kesatuan Peking, spesimen baucar adalah CMPB16201, CMPB16202, CMPB16203, dan CMPB16204. Jujukan genom lengkap kloroplas telah dimuat naik ke GenBank, dengan nombor kemasukan MN614127 (Cistanche deserticola), MN614128 (Cistanche salina), MN614129 (Cistanche deserticola) dan MN614130 (Cistanche tubulosa). Saiz genom kloroplas bagi Cistanche deserticola, Salted Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola, dan Tubular Cistanche deserticola ialah 109 495, 111 710, 111 500 dan 75 375 bp, termasuk 60, 61, 60, dan 53 urutan DNA pengekodan protein (CDS). Disebabkan ketidakupayaan untuk mengira dengan tepat bilangan kodon berkesan dalam urutan pendek, CDS dengan panjang kurang daripada 300 bp telah dikeluarkan [16]. Selain itu, kodon penamatan UAA, UGA, dan UAG tidak mengekod sebarang asid amino, dan UGG dan AUG adalah satu-satunya kodon untuk tryptophan dan metionine, masing-masing. Kodon ini tidak mempunyai keutamaan [17]. Oleh itu, CDS yang dipilih bermula dengan ATG [18] dan berakhir dengan TAA, TAG, dan TGA untuk mengurangkan ralat keputusan, Menghapuskan CDS pendua. Selepas pemprosesan, 18 CDS telah dikekalkan untuk setiap spesies dan digunakan untuk analisis seterusnya.
Jadual 1 Maklumat sampel
2 Kaedah
2.1 Analisis keutamaan kodon
Integrasikan 72 CDS yang dipilih ke dalam fail fasta menggunakan perisian dalam talian CUSP（ https://www.bioinformatics. Kira jumlah kandungan GC (GCall) bagi setiap rantau pengekodan gen dan kandungan GC kodon 1 (GC1), 2 (GC2), dan 3 (GC3) menggunakan nl/cgi bin/emboss/cusp. Kira bilangan efektif kodon (ENC) dan penggunaan kodon sinonim relatif (RSCU) menggunakan perisian CodonW1.4.2 [19], dan lakukan analisis surat-menyurat (COA). Kemudian, data analisis telah disusun dan diplot menggunakan perisian Microsoft Excel dan IBM SPSS19.0.
2.2 Analisis plot neutral
Analisis plot neutral adalah salah satu kaedah untuk menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi keutamaan kodon [20]. Tapak mutasi kodon sinonim biasanya merupakan pangkalan ketiga, manakala tapak mutasi kodon bukan sinonim biasanya adalah asas pertama atau kedua. Lukis plot serakan menggunakan nilai purata GC1 dan GC2 untuk setiap gen (GC12) sebagai paksi menegak dan GC3 sebagai paksi mendatar dalam perisian Microsoft Excel untuk menganalisis korelasi antara GC3 dan GC12, di mana setiap serakan mewakili satu gen. Jika semua titik diedarkan secara menyerong, ia menunjukkan bahawa tiada perbezaan yang ketara dalam pangkalan pada tiga kedudukan kodon, yang hanya dipengaruhi oleh tekanan mutasi; Sekiranya korelasi antara variasi GC12 dan GC3 adalah sangat rendah, ini menunjukkan bahawa pemilihan semula jadi adalah faktor utama yang mempengaruhi mod penggunaan kodon [21].
2.3 Analisis plot ENC
ENC mewakili tahap di mana kodon menyimpang daripada pemilihan rawak [22]. Plot serakan dua dimensi diplot dalam perisian Microsoft Excel dengan ENC sebagai ordinat dan GC3 sebagai abscissa. Lengkung standard diplot menggunakan formula ENC=2 tambah GC3 tambah 29/[GC3 2 tambah (1-GC3) 2], dengan setiap serakan mewakili 1 faktor asas. Plot serakan boleh mencerminkan hubungan antara keutamaan penggunaan kodon dan komposisi asas gen. Jika keutamaan penggunaan kodon dipengaruhi terutamanya oleh tekanan mutasi, serakan akan terletak pada lengkung piawai atau sedikit di bawah lengkung piawai. Sebaliknya, jika gen berada di bawah lengkung piawai, ia akan dipengaruhi terutamanya oleh pemilihan dan faktor lain [24].
cistanche herba cina
2.4 Analisis plot PR2
Analisis plot bias PR2 digunakan untuk menganalisis kandungan A, T, C, dan G pada asas ketiga kodon, mengelakkan ketidakseimbangan mutasi antara A/T dan C/G pada asas ketiga kodon. Cipta petak serakan menggunakan G3/(G3 tambah C3) sebagai paksi mendatar dan A3/(A3 tambah T3) sebagai paksi menegak dalam perisian Microsoft Excel. Tentukan darjah dan arah anjakan asas dengan menentukan jarak vektor antara titik serakan dan titik tengah (A=T, C=G) [25].
2.5 COA
COA mengekstrak paksi dan arah yang paling berpengaruh dari ruang multidimensi dan digunakan secara meluas untuk mengkaji trend utama dalam perubahan penggunaan kodon antara gen [26]. Dengan menganalisis gen yang dipisahkan daripada paksi COA, sebab utama bias penggunaan kodon dapat dikenalpasti [27]. Perisian CodonW1.4.2 digunakan untuk COA. Menurut nilai RSCU bagi empat spesies Cistanche, semua kodon gen telah diplot dalam 59-ruang vektor dimensi untuk mencerminkan perubahan trend penggunaan kodon. Perkadaran Axis 1 mewakili kesan terbesar pada variasi kekerapan penggunaan kodon, manakala baki 58 paksi mewakili faktor menurun secara beransur-ansur. Berdasarkan penggunaan kodon sinonim dalam gen dalam ruang multidimensi, sumber utama variasi boleh dianalisis [28].
2.6 Analisis Kodon Optimum
Using the ENC values of four plant codons as reference indicators, the gene sequences with the highest (10%) and lowest (10%) ENC values were selected to construct libraries, respectively, as high-expression and low-expression groups. Using CodonW 1.4.2 software to calculate the RSCU values and Δ RSCU value（ Δ RSCU=RSCU high expression - RSCU low expression). Among them, Δ A codon with an RSCU ≥ 0.08 is considered a high expression codon, a codon with an RSCU>1 dianggap sebagai kodon frekuensi tinggi, dan kodon yang memenuhi kedua-dua keadaan dianggap sebagai kodon optimum [29].
3 Keputusan dan Analisis
3.1 Analisis keutamaan kodon gen kloroplas
Kandungan GC genom kloroplas empat spesies dalam genus Cistanche ditunjukkan dalam Rajah 1. Kandungan GC (GCall) bagi keseluruhan kawasan pengekodan bagi 18 gen kloroplas dalam Cistanche deserticola, Salina deserticola, Sand deserticola, dan Tubular deserticola berjulat dari 36.60 peratus kepada 37.22 peratus . Kandungan GC bagi kodon 1, 2, dan 3 dalam genom kloroplas adalah masing-masing 44.03 peratus kepada 44.75 peratus , 38.97 peratus kepada 39.82 peratus dan 25.80 peratus kepada 27.08 peratus . Keputusan menunjukkan bahawa purata kandungan GC bagi keempat-empat spesies adalah kurang daripada 50 peratus, menunjukkan bahawa genom kloroplas empat spesies cenderung menggunakan asas A/T dan kodon dengan penghujung A/T. Nilai ENC berjulat daripada 20 (keutamaan melampau, dengan hanya satu kodon setiap asid amino) hingga 61 (tiada keutamaan, dengan semua kodon sinonim digunakan secara seragam bagi setiap asid amino). Apabila nilai ENC adalah Kurang daripada atau sama dengan 35, ia dianggap bahawa terdapat keutamaan yang sangat penting untuk penggunaan kodon [22,30]. Nilai ENC bagi kawasan pengekodan genom kloroplas bagi keempat-empat spesies adalah lebih besar daripada 35, menunjukkan keutamaan kodon yang lemah dalam gen kloroplas spesies Cistanche.
Analisis korelasi GC1, GC2, GC3, GCall, ENC, dan kiraan kodon (CC) gen kloroplas dalam empat spesies genus Cistanche ditunjukkan dalam Rajah 2. GCall bagi empat spesies menunjukkan korelasi yang sangat ketara dengan GC1 dan GC2 (H<0.01), among which the GC1 and GC2 of the halophytic Cistanche deserticola and the tubular Cistanche deserticola showed a significant correlation (P<0.05), indicating that the composition of the first and second codons of these two species was similar, but there was a significant difference in the composition of the third codon; The ENC value of Cistanche deserticola is significantly correlated with GC3, while the ENC value of Saline Cistanche deserticola is significantly correlated with GC1 and GC2, indicating that the composition of the 3rd codon base in Cistanche deserticola has a significant impact on codon usage bias. In Saline Cistanche deserticola, the composition of the 1st and 3rd codon bases has a significant impact on codon usage bias, while in Sand Cistanche and Tubular Cistanche, The composition of bases has no significant impact on codon usage bias; The correlation coefficient between the number of gene codons CC and the ENC value of the four species ranges from 0.18 (Salicornia deserticola) to 0.27 (Salicornia deserticola), and the correlation did not reach a significant level. This indicates that the influence of CC on ENC is weak, and the length of chloroplast genes has no effect on codon usage bias.
In order to further explore the codon usage patterns, the RSCU values of the four species were calculated separately (Table 2), and the results showed that the RSCU values of the four species showed no significant difference. RSCU>1 indicates a high bias in the use of this codon, while conversely, it is a nonpreferred codon. In Cistanche deserticola, Salted Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola, and Tubular Cistanche deserticola, the proportion of amino acids with RSCU>1 ialah 48.4 peratus , 50 peratus , 51.6 peratus dan 46.9 peratus . Antaranya, bilangan asid amino yang berakhir dengan A/U ialah 27, 27, 28, dan 26, masing-masing. Ini menunjukkan bahawa kekerapan kejadian A atau U dalam genom kloroplas genus Cistanche adalah agak tinggi, dan ia adalah kodon pilihan dalam genom kloroplas genus ini. Kebanyakan asid amino dengan RSCU<1 end in G/C, indicating that these are nonpreferred codons of the chloroplast genes in the genus Cistanche.
3.2 Analisis plot neutral
Pemetaan neutral gen kloroplas dalam genus Cistanche ditunjukkan dalam Rajah 3. Pekali korelasi antara GC12 dan GC3 dalam Cistanche deserticola, Saline Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola dan Tubular Cistanche deserticola ialah 0.{{5} }83, 0.084, 0.033, dan 0.245, masing-masing, dan korelasi tidak mencapai tahap ketara (P=0.05), menunjukkan bahawa tekanan mutasi tidak mempunyai impak yang ketara terhadap berat sebelah penggunaan kodon; Cerun pemetaan neutral menunjukkan bahawa tekanan mutasi empat pola penggunaan kodon genom kloroplas menyumbang 4.44 peratus ~32 peratus , yang menunjukkan bahawa tekanan mutasi empat corak penggunaan kodon genom kloroplas menyumbang sebahagian kecil, dan pemilihan semula jadi adalah yang utama. faktor yang mempengaruhi bias penggunaan kodon.
Rajah 1 Kandungan GC bagi kedudukan kodon yang berbeza dalam genom kloroplas Cistanche
Rajah 2 Analisis korelasi parameter berkaitan genom kloroplas bagi Cistanche
Jadual 2 Analisis RSCU bagi kawasan pengekodan protein dalam kloroplas Cistanche
3.3 Analisis plot ENC
Plot plot ENC bagi empat spesies dalam genus Cistanche ditunjukkan dalam Rajah 4. Kebanyakan gen berada pada jarak tertentu dari lengkung piawai, dengan hanya sebilangan kecil gen yang diedarkan pada lengkung piawai. Ini menunjukkan bahawa terdapat sisihan tertentu dan berat sebelah lemah antara nilai sebenar dan teori ENC. Kebanyakan gen diedarkan di bawah lengkung piawai, menunjukkan bahawa kecenderungan gen dipengaruhi terutamanya oleh pemilihan semula jadi.
3.4 Analisis plot PR2
Gen dalam Cistanche deserticola, C. salina, C. deserticola, dan C. tubulosa diagihkan secara tidak rata dalam empat kawasan satah plot PR2 (Rajah 5). Keputusan menunjukkan bahawa kebanyakan gen berada jauh dari pusat dan diedarkan di sudut kanan bawah. Perlu diingat bahawa hampir tiada gen diedarkan di sudut kiri bawah, yang menunjukkan bahawa penggunaan GC3 terutamanya dipengaruhi oleh pemilihan semula jadi, dan G3 daripada empat tumbuhan mempunyai kecenderungan penggunaan T/G.
Rajah 3 Analisis plot berkecuali
Rajah 4 Analisis plot ENC
Rajah 5 analisis plot2-PR
3.5 Analisis surat-menyurat
Untuk menyiasat sumber variasi kodon kloroplas dalam genus Cistanche, analisis korespondensi berdasarkan nilai RSCU telah dijalankan ke atas kodon genom kloroplas Cistanche deserticola, Salina deserticola, Sand deserticola, dan Tubular deserticola (Rajah 6). Variasi boleh tafsir kumulatif bagi empat paksi pertama menyumbang 52.97 peratus , 53.96 peratus , 53.29 peratus dan 52.18 peratus daripada jumlah variasi, dan variasi boleh tafsir paksi pertama menyumbang 17.89 peratus , 18.70 peratus 1.57.3 peratus , 17.3 peratus . daripada jumlah variasi, masing-masing, Variasi yang boleh ditafsir bagi paksi ke-2 hingga ke-4 ialah Cistanche deserticola (12.87 peratus , 11.35 peratus dan 10.87 peratus ), Saline Cistanche deserticola (12.91 peratus , 12.00 peratus dan 12.34 peratus ), Sand Cistanche deserticola (13.10 peratus, 12.07 peratus dan 10.73 peratus), dan Tubular Cistanche deserticola (12.12 peratus, 11.65 peratus dan 10.83 peratus). Paksi kedua, ketiga dan keempat daripada empat spesies mempunyai variasi yang kurang boleh ditafsir daripada paksi pertama, jadi paksi pertama mempunyai sumbangan terbesar kepada pincang kodon, tetapi paksi pertama hanya mewakili sebahagian daripada variasi pincang penggunaan kodon dalam genom. daripada kloroplas C. deserticola, yang menunjukkan bahawa faktor yang mempengaruhi penggunaan kodon berat sebelah dalam kloroplas C. deserticola bukanlah satu, tetapi mungkin juga berkaitan dengan mutasi, pemilihan semula jadi, panjang gen, dan fungsi dan faktor lain.
3.6 Analisis Kodon Optimum
Analisis kodon optimum bagi empat spesies dalam genus Cistanche ditunjukkan dalam Jadual 3.
Rajah 6 Analisis sepadan
Jadual 3 Kodon optimum dalam genom kloroplas Cistanche
Underline: Codon usage with the value of RSCU>1; * : △RSCU Lebih besar daripada atau sama dengan 0.08, **: △RSCU Lebih besar daripada atau sama dengan 0.3,***: △RSCU Lebih besar daripada atau sama kepada 0.5; Kodon optimum ditandakan dengan overstriking
Keputusan menunjukkan bahawa terdapat 10, 11, 13, dan 12 deserticola deserticola, saline deserticola, sand deserticola, dan tubular deserticola, masing-masing. Antaranya, Cistanche deserticola dan Salina deserticola adalah yang paling serupa, dengan sejumlah 9 kodon yang sama (Rajah 7), dan 4 kodon (GUA, UCA, CCU, dan ACA) yang dikongsi oleh 4 spesies tersebut. Dalam kodon optimum biasa, Δ Hanya terdapat satu RSCU yang lebih besar daripada 0.5, iaitu GUA.
Rajah 7 Gambar rajah Venn bagi kodon optimum
4. Perbincangan
Keutamaan kodon merujuk kepada kekerapan kodon sinonim berbeza yang digunakan dalam proses terjemahan protein, yang merupakan ciri penting evolusi genom biologi. Keutamaan kodon berkaitan dengan kandungan GC, kelimpahan tRNA, tahap ekspresi gen, struktur protein, dan faktor lain [15]. Mempelajari bias kodon tumbuhan adalah sangat penting untuk penerokaan mendalam evolusi molekul dan ekspresi protein asing [31-32]. Antara banyak faktor yang mempengaruhi keutamaan kodon, mutasi, dan pemilihan semula jadi adalah faktor dominan. pemilihan semula jadi menjadikan tumbuhan memilih kodon terbaik dalam terjemahan. Mutasi akan membawa kepada kewujudan beberapa kodon yang tidak disukai dalam tumbuhan [33-34]. Oleh itu, dalam kajian ini, tekanan mutasi gen dan tekanan pemilihan semula jadi amat mengambil berat.
Cistanche deserticola YCMa (2)
Dalam kajian ini, kandungan GCall dalam genom kloroplas Cistanche deserticola, Saliniferous Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola dan Tubular Cistanche deserticola ialah 36.60 peratus hingga 37.22 peratus , dengan kandungan GC1, GC2 dan GC3 antara 4.403 peratus daripada 4.403 peratus. 38.97 peratus kepada 39.82 peratus dan 25.80 peratus kepada 27.08 peratus, kesemuanya di bawah 50 peratus. Ini menunjukkan bahawa asas ketiga gen kloroplas dalam empat spesies genus Cistanche kebanyakannya berakhir dengan A/T atau lebih condong ke arah asas A/T, yang selaras dengan laporan terdahulu Euphorbiaceae [32], Solanaceae [35] Kloroplas kajian genom tumbuhan seperti Ginseng [11] dan Cardamom [36] adalah konsisten, menunjukkan bahawa terdapat persamaan tertentu dalam keutamaan penggunaan kodon antara spesies gen kloroplas yang berbeza.
The change in the third base of the codon usually does not result in a change in the coding amino acid, so studying the composition of the third base of the codon is of great significance for studying codon preference [37]. PR2 analysis was conducted on the A, T, C, and G contents at the third base of the chloroplast genome of Cistanche deserticola, Cistanche salina, Cistanche deserticola, and Cistanche tubulosa. The results showed that T>A, G>C, which is consistent with wheat Triticum aestvumLinn [38] Agave sisalana Perr ex Engelm. [24], Scutellaria baicalensis Georgi [39], Gossypium hirsutum Linn Plants such as [40] exhibit T>A, C>G, dan Populus euphratica Oliv Tumbuhan Poaceae Barnhart [42] menunjukkan hasil yang tidak konsisten untuk A=T dan G=C. Dapat dilihat bahawa terdapat perbezaan yang ketara dalam komposisi asas genom kloroplas antara tumbuhan yang berbeza, yang membawa kepada pilihan kodon yang berbeza. Nilai ENC ialah piawaian untuk menilai kekuatan keutamaan kodon. Apabila ENC berada di bawah 35, bias penggunaan kodon lebih besar, dan apabila ENC melebihi 35, bias lebih kecil. Dalam empat spesies tumbuhan genus Cistanche, nilai ENC bagi rantau pengekodan genom kloroplas semuanya lebih besar daripada 35, menunjukkan keutamaan kodon yang lemah dalam gen kloroplas genus Cistanche. Dalam analisis korelasi, GCall bagi empat spesies menunjukkan korelasi yang sangat signifikan dengan GC1 dan GC2. Di samping itu, korelasi nilai lain berbeza-beza. Disebabkan oleh habitat yang berbeza bagi empat spesies Cistanche ini, boleh disimpulkan bahawa persekitaran pertumbuhan yang berbeza boleh membawa kepada perbezaan GC antara spesies yang berbeza.
Keputusan analisis pemetaan neutral, analisis plot ENC, dan plot PR2 semuanya menunjukkan bahawa kodon genom kloroplas Cistanche deserticola, C. salina, C. deserticola, dan C. tubulosa lebih dipengaruhi oleh pemilihan semula jadi, yang berbeza daripada sebelumnya. melaporkan keputusan Amoum Roxb [36] Michelia Linn Keputusan adalah konsisten dengan hasil tumbuhan dalam genus Ginseng [11], tetapi Medicago truncatula Gaertn [17] Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. dan Populus przewalskii Maxim Keutamaan kodon genom kloroplas dalam tumbuhan seperti [41] dipengaruhi terutamanya oleh mutasi, menunjukkan bahawa keutamaan kodon tumbuhan berbeza adalah hasil menyeluruh daripada pelbagai faktor.
Konstituen Kimia Utama Cistanche deserticola
Analisis kodon optimum menunjukkan bahawa nombor kodon optimum untuk Cistanche deserticola, Saline Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola dan Tubular Cistanche deserticola ialah 10, 11, 13, dan 12, dengan nombor kodon optimum dikongsi sebanyak 4. Perlu diingat bahawa Cistanche deserticola dan Salted Cistanche deserticola berkongsi 9 kodon optimum yang sama, menjadikannya dua spesies yang paling serupa antara empat spesies dalam genus Cistanche. Ia boleh disimpulkan bahawa dalam genus Cistanche, Cistanche deserticola dan Salted Cistanche deserticola mempunyai keutamaan penggunaan kodon yang sama dan hubungan filogenetik yang lebih rapat, yang konsisten dengan kesimpulan yang diperolehi oleh Miao Yujing et al. [44] dan Yang Qiaoqiao et al. [2] melalui analisis filogenetik genus Cistanche.
Kajian ini mula-mula menganalisis genus Cistanche domestik berdasarkan keutamaan kodon genom kloroplas, menjelaskan secara sistematik faktor-faktor yang mempengaruhi keutamaan kodon, mendedahkan bahawa faktor-faktor yang mempengaruhi keutamaan kodon adalah berkaitan dengan tekanan pemilihan semula jadi, menapis kodon optimum, dan mendapati bahawa hubungan genetik antara Cistanche dan C. salina dalam genus adalah lebih rapat. Ini menyediakan asas saintifik dan sokongan teori untuk penyelidikan kejuruteraan genetik yang berikutnya, pengenalpastian sumber, dan pembinaan gen ekspresi eksogen spesies Cistanche.
rujukan
[1] Jawatankuasa Editorial flora China, Akademi Sains China Flora China (Jilid 42, Bahagian 1) [M] Beijing: Science Press, 1993: 26-29
[2] Yang Qiaoqiao Analisis Genom Lengkap, Genom Perbandingan dan Kajian Filogenetik Kloroplas dalam Tumbuhan Cistanche Cina [D] Beijing: Kolej Perubatan Kesatuan Peking, 2019
[3] Zhang Xinhua, Gao Han, Wang Jia, et al Analisis kualiti Cistanche deserticola dalam pensampelan penilaian ubat-ubatan di Inner Mongolia [J] China Pharmaceutical, 2022, 31 (7): 85-88
[4] Wicke S, Schneeweiss GM, DePamphilis CW, et al. Evolusi kromosom plastid dalam tumbuhan darat: Kandungan gen, susunan gen, fungsi gen [J]. Plant Mol Biol, 2011, 76(3/4/5): 273-297.
[5] Woodson JD, Chory J. Penyelarasan ekspresi gen antara genom organel dan nuklear [J]. Nat Rev Genet, 2008, 9(5): 383-395.
[6] Xu WQ, Chen HM, Tian LX, et al. Kehilangan gen yang meluas dalam plastom tumbuhan holoparasit Cistanche tubulosa (Orobanchaceae) [J]. Mitokondria DNA B Resour, 2020, 5(3): 2679-2681.
[7] Li X, Zhang TC, Qiao Q, et al. Urutan genom kloroplas lengkap holoparasit Cistanche deserticola (Orobanchaceae) mendedahkan kehilangan gen dan pemindahan gen mendatar daripada hosnya Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae) [J]. PLoS One, 2013, 8(3): e58747.
[8] Penyelidikan Zheng Yuanting tentang Pembinaan dan Aplikasi Platform Pengoptimuman Analisis Kodon Pelbagai Fungsi [D] Hangzhou: Universiti Zhejiang, 2020
[9] Hershberg R, Petrov D A. Pemilihan pada bias kodon [J]. Annu Rev Genet, 2008, 42: 287-299.
[10] Lyu XL, Yang Q, Zhao FZ, et al. Penggunaan kodon dan maklum balas bergantung kepada panjang protein daripada pemanjangan terjemahan mengawal permulaan terjemahan dan kelajuan pemanjangan [J]. Asid Nukleik Res, 2021, 49(16): 9404-9423.
[11] Shi Yanshuo, Zhao Yongxing Analisis keutamaan kodon dalam genom kloroplas tumbuhan Panax [J] Pembiakan Tumbuhan Molekul, 2022, 20 (19): 6350-6361
[12] Song Yun, Jia Mengjun, Chen Liang, et al Analisis keutamaan Codon dan pemilihan sistem reseptor gen Lonicera japonica ICE1 [J] Journal of Plant Physiology, 2020, 56 (11): 2459-2468
[13] Li Xianhuang, Yang Shengchao, Xin Yaxuan, et al Analisis keutamaan kodon dalam genom kloroplas Erigeron breviscapus [J] Journal of Yunnan Agricultural University: Natural Science, 2021, 36 (3): 384-392
[14] Zhang Junyan, Zeng Yang, Li Jinping, et al Analisis Keutamaan Kodon dalam Genom Kloroplas Dua Spesies Swertia Ubat [J] Jurnal Cina Maklumat Perubatan Tradisional Cina, 2022, 29 (1): 96-102
[15] Wu Xianming, Wu Songfeng, Ren Daming, et al Kaedah analisis dan kemajuan penyelidikan berkaitan bias kodon [J] Genetik, 2007, 29 (4): 420-426
[16] Rosenberg MS, Subramanian S, Kumar S. Corak bias mutasi peralihan dalam dan antara genom mamalia [J]. Mol Biol Evol, 2003, 20(6): 988-993.
[17]
Yang Guofeng, Su Kunlong, Zhao Yiran, et al Analisis Keutamaan Kodon dalam Kloroplas Medicago truncatum L. [J] Journal of Grassland Industry, 2015, 24 (12): 171-179
[18] Hou Zhe, Lou Xiaoming, Li Ang, et al Penjujukan dan analisis keutamaan kodon bagi genom kloroplas Pinus tangutorum [J] Journal of Southwest Forestry University: Natural Science Edisi: 2020, 18:1-13
[19] Sharp PM, Li W H. Penggunaan kodon dalam gen pengawalseliaan dalam Escherichia coli tidak menggambarkan pemilihan untuk kodon 'jarang' [J]. Asid Nukleik Res, 1986, 14(19): 7737-7749.
[20] Lu Qifeng, Luo Wenhua, Huang Zhihuan Kodon analisis bias penggunaan dua genom kloroplas wutong [J] Botani Guangxi, 2020, 40 (2): 173-183
[21] Sueoka N. Tekanan mutasi arah dan evolusi molekul neutral [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1988, 85(8): 2653-2657.
[22] Wright F. 'Bilangan kodon berkesan' yang digunakan dalam gen [J]. Gene, 1990, 87(1): 23-29.
[23] Romero H, Zavala A, Musto H. Penggunaan kodon dalam Chlamydia trachomatis adalah hasil daripada bias mutasi khusus helai dan corak kompleks daya selektif [J]. Asid Nukleik Res, 2000, 28(10): 2084-2090.
[24] Jin Gang, Qin Xu, Long Lingyun, et al Ciri-ciri penggunaan kodon dalam jujukan pengekodan genom kloroplas hemp sisal [J] Jurnal Fujian A&F University: Natural Science Edition, 2018, 47 (6): {{ 4}}
[25] Sueoka N. Pelanggaran berganding terjemahan terhadap Peraturan Pariti 2 dalam gen manusia bukanlah punca kepelbagaian kandungan DNA G tambah C kedudukan kodon ketiga [J]. Gene, 1999, 238(1): 53-58.
[26] Lloyd AT, Sharp P M. Evolusi corak penggunaan kodon: Tahap dan sifat perbezaan antara Candida albicans dan Saccharomyces cerevisiae [J]. Asid Nukleik Res, 1992, 20(20): 5289-5295.
[27] Grantham R, Gautier C, Gouy M, et al. Penggunaan katalog kodon ialah strategi genom yang dimodulasi untuk ekspresi gen [J]. Asid Nukleik Res, 1981, 9(1): r43-r74.
[28] Wang HC, Hickey D A. Perbezaan pantas corak penggunaan kodon dalam genom beras [J]. BMC Evol Biol, 2007, 7(1): S6.
[29] Xiang H, Zhang RZ, Butler RR 3rd, et al. Analisis perbandingan pola bias penggunaan kodon dalam genom mikrosporidian [J]. PLoS One, 2015, 10(6): e0129223.
[30] Jiang Y, Deng F, Wang HL, et al. Analisis meluas mengenai corak penggunaan kodon global baculovirus [J]. Arch Virol, 2008, 153(12): 2273-2282.
[31] Sharp PM, Matassi G. Penggunaan kodon dan evolusi genom [J]. Curr Opin Genet Dev, 1994, 4(6): 851-860.
[32] Wang ZJ, Xu BB, Li B, et al. Analisis perbandingan corak penggunaan kodon dalam genom kloroplas enam spesies Euphorbiaceae [J]. PeerJ, 2020, 8: e8251.
[33] Shields DC, Sharp P M. Penggunaan kodon sinonim dalam Bacillus subtilis mencerminkan kedua-dua pemilihan translasi dan bias mutasi [J]. Asid Nukleik Res, 1987, 15(19): 8023-8040.
[34] Plotkin JB, Kudla G. Sinonim tetapi tidak sama: Punca dan akibat bias kodon [J]. Nat Rev Genet, 2011, 12(1): 32-42.
[35] Zhang RZ, Zhang L, Wang W, et al. Perbezaan dalam bias penggunaan kodon antara gen berkaitan fotosintesis dan gen berkaitan sistem genetik genom kloroplas dalam spesies Solanum yang ditanam dan liar [J]. Int J Mol Sci, 2018, 19(10): 3142.
[36] Ma Mengli, Zhang Wei, Meng Hengling, et al Analisis bias kodon dalam genom kloroplas tumbuhan ubatan dalam genus Kapulaga [J] Perubatan herba Cina, 2021, 52 (12): 3661-3670
[37] Wu Miaoli, Chen Shipin, Chen Hui Analisis bias penggunaan kodon dalam genom kloroplas subfamili buluh [J] Jurnal Perhutanan dan Alam Sekitar, 2019, 39 (1): 9-14
[38] Zhang WJ, Zhou J, Li ZF, et al. Analisis perbandingan corak penggunaan kodon antara mitokondria, kloroplas
dan gen nuklear dalam Triticum aestivum L [J]. J Integr Plant Biol, 2007, 49(2): 246-254.
[39] Wang Wenbin, Yu Huan, Qiu Xiangpo Analisis jujukan ulangan dan keutamaan kodon dalam genom kloroplas Scutellaria baicalensis [J] Pembiakan Tumbuhan Molekul, 2018, 16 (8): 2445-2452
[40] Shang Mingzhao, Liu Fang, Hua Jinping, et al Analisis bias penggunaan kodon dalam genom kloroplas kapas tanah tinggi [J] Sains Pertanian Cina, 2011, 44 (2): 245-253
[41] Zhou M, Long W, Li X. Corak bias penggunaan kodon sinonim dalam genom kloroplas tumbuhan benih [J]. Untuk Stud China, 2008, 10(4): 235-242.
[42] Corak penggunaan Kodon Zhang Yuerong dalam genom kloroplas Gramineae dan analisis penyuntingan RNA dalam kloroplas Eupatorium adenophorum [D] Yang Ling: Northwest A&F University, 2013
[43] Zhou Tao, Yang Lin, Shu Junxia, et al Analisis keutamaan kodon dalam genom kloroplas tiga spesies tumbuhan Michelia [J] Sains Perhutanan Barat, 2022, 51 (3): 91-100
[44] Miao Y, Chen H, Xu W, et al. Mutasi struktur kawasan salinan tunggal kecil (SSC) dalam genom plastid lima spesies Cistanche dan pengenalpastian antara spesies [J]. BMC Plant Biol, 2022, 22(1): 412.
