锥体虫,果蝇基因编码区的密码子使用,碱基间关联与基…

用自洽信息聚类方法预测了锥体虫（Ｔｒｙｐａｎｏｓｏｍａｂｒｕｃｅｉ）（８１个基因）和果蝇（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ）（１２４个基因）的基因表达水平，高表达基因同义密码子的使用规律，求出描述基因表达水平的参数ＩＥ值和ＣＡＩ值，在此基础上，用我们提出的基因表达增强网络（ＥＥＮ）理论研究了基因编码区的碱基构成，密码子内和密码子之间的碱基关联与基因表达水平的关系，结果表明，其增强网络位点数目比Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙ     

外源基因在E.coli和Yeast中高效表达的理论

依据Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ基因表达水平与同义密码子使用，密码子内部碱基关联以及相邻密码子之间碱基关联的相关性，引入参数ＣＤＩ和ＣＥＩ分别代表密码子内部碱基关联与相邻密码子之间碱基关联对基因表达水平的影响，提出了一个通过ＣＤＩ和ＣＥＩ的极大化改造外源基因使之在Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ中高效表达的方案，并以鱼抗冻蛋白基因为例进行了具体计算。     

碱基关联与基因表达水平的关系

研究了Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ基因编码区内碱基关联与基因表达水平的关系，结果表明：１）单碱基构成与基因表达水平有一定的关系；２）紧邻、次紧邻碱基间的关联（ｔ≤２）与基因表达水平有较好的线性关系；３）密码子第１位碱基的构成与基因表达水平有关系；４）密码子内１、３位和２、３位碱基之间的关联熵与基因表达水平有很强的关系；５）密码子内各位碱基与相邻密码子第１位碱基的关联熵与基因表达水平有很好的线性关系．     

密码子的碱基关联与度表达增强网络

提出了基因表达水平与碱基顺序关系的表达增强网络模型，认为ＥＥＮ与编码区中密码子的某些特定位点关联，这些位点称为ＥＥＮＳ。用统计分析的方法证实了ＥＥＮＳ的存在，并对Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ找出了这些位点。发现表达水平不仅与同义密码子的使用、且与密码子第１第２位点（特别是１位点）有关，因此Ｉｋｅｍｕｒａ的ｔＲＮＡ丰度说是不完全的。发现ＥＥＮ在编码区中可能具有很大的尺度，而不局限于相邻密码子，因此ｔＲＮ     

基因表达水平与密码子使用的关系及其预测

研究了两个方面的问题．首先，对Ｅ．ｃｏｌｉ（１２１个基因），Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ（１１１个基因）、Ｙｅａｓｔ（１０７个基因）三种生物的核酸序列，将同义密码子按使用频率统计值分成三种特性的密码子：最适密码子、非最适密码子和稀有密码子．对每一序列的编码区，算出它们各自出现的概率后，用信息聚类法聚类．发现每种生物的高低表达基因明显分开，将三种生物基因聚类结果综合来看，基因表达水平被分为四级：甚高表达基因（ＶＨ）、高表达基因（Ｈ）、较低表达基因（ＬＭ）和低表达基因（ＬＬ）．每类基因的表达水平与实验结果保持了很好的相关性．在此基础上提出一个预测稀有密码子及基因表达水平的自洽信息聚类方法，Ｅ．ｃｏｌｉ、Ｙｅａｓｔ预测的结果与Ｅ．ｃｏｌｉ、Ｙｅａｓｔ的现有资料相比，符合很好．文中还预测了Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ和Ｂａｃｔｅｒｉｏ－ｐｈａｇｅ三种基因的表达水平及稀有密码子．     

用信息论方法研究几类核酸序列的密码子使用与基因表达水平的关系

研究了Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ，Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ和ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓＹｅａｓｔ三类核酸序列的密码子使用频率与基因表达水平的关系，依照每一基因中最适密码子、非最适密码子和稀有密码子出现的概率，计算其信息熵Ｅ。首先，发现Ｅ与ＣＡＩ值保持了很好的线性关系，且三类序列的线性拟合方程非常接近，因此，用信息熵Ｅ作为描述基因表达水平的物理量是合适的；其次，三类序列的Ｅ─Ｐ（Ｒ）（稀有密码子概率）曲线都接近对数关系，说明稀有密码子在抑制基因表达水平方面，起着很重要的作用；第三，由各种关系曲线的相似性，可以推测，Ｅ．ｃｏｌｉ等原核生物与真核生物Ｙｅａｓｔ在密码子使用与基因表达水平的关系方面，其机理是相似的。     

密码子的碱基关联与表达增强网络

提出了基因表达水平与碱基顺序关系的表达增强网络（ＥＥＮ）模型，认为ＥＥＮ与编码区中密码子的某些特定位点相关联，这些位点称为ＥＥＮＳ．用统计分析的方法证实了ＥＥＮＳ的存在，并对Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ找出了这些位点．发现表达水平不仅与同义密码子的使用、且与密码子第１第２位点（特别是１位点）有关，因此Ｉｋｅｍｕｒａ的ｔＲＮＡ丰度说是不完全的。发现ＥＥＮ在编码区中可能具有很大的尺度，而不局限于相邻密码子，因此ｔＲＮＡ－ｔＲＮＡ相互作用说是不完全的．     

用信息论方法研究几类核酸序列的密码子使用与基因表达…

研究了Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ，Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ和Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ Ｙｅａｓｔ三类核酸序列的密码子使用频率与基因表达水平的关系，依照每一基因中最适密码子、非最适密码子和稀有密码子出现的概率，计算其信息熵Ｅ。首先，发现Ｅ与ＣＡＩ值保持了很好的线性关系，且三类序列的线性拟合方程非常接近，因此，用信息熵Ｅ作为描述基因表达水平的物理量是合适的；其次，三类序列的Ｅ－Ｐ（Ｅ     

鱼抗冻蛋白在E.coli和Yeast中高效表达的理论初探

按照Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ甚高表达基因中的同义密码子使用、碱基构成和密码子之间的碱基关联的ＥＥＮＳ模式，对鱼抗冻蛋白基因ＡＦＰＩＩＡ７进行了改造，理论上使得ＡＦＰＩＩＡ７基因在Ｅ．ｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ中的表达水平有了非常显著的提高．未改造的ＡＦＰＩＩＡ７基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中表达，其表达水平为ＣＡＩ＝０．４１１，ＣＥＩ＝３．２４０是较低表达水平的基因，估计值在１０～１０３ｍｏｌ／ｃｅｌｌ之间．经改造后，其表达水平变成甚高表达基因ＣＡＩ＝０．８６８，ＣＥＩ＝５．９７８，估计值在１０４～１０５ｍｏｌ／ｃｅｌｌ之间．在Ｙｅａｓｔ中表达，未改造的ＡＦＰＩＩＡ７基因的表达水平为ＣＡＩ＝０．３５９，ＣＥＩ＝５．８８０，也是较低表达基因．经改造后，此基因为Ｙｅａｓｔ的高表达基囚，ＣＡＩ＝０．７０３，ＣＥＩ＝１１．６６８．本文的方法为异质基因获得高效表达提供了一种理论途径．     

改造人干扰素α2b基因在大肠杆菌中获得高效表达的理论方法

按照Ｅ．ｃｏｌｉ甚高表达基因中同义密码子使用,密码子内和密码之间碱基关联的ＥＥＮＳ模式,对人干扰素α２ｂ基因编码区中的同义密码子进行置换,理论上使得人干扰素α２ｂ基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中的表达水平有非常显的提高,在理论上,未改造的人干扰素α２ｂ基因在Ｅ．ｃｏｌｉ中的表达水平为ＣＡＩ＝０．３２３,ＣＤＩ＝０．５７４,ＣＥＩ＝０．６２９,是较低表达水平的基因,估计实际表达水平在１０～１０＾３ｍｏｌ／ｃｅ     

Exploring Codon Usage Patterns of Alternatively Spliced Genes in Human Chromosome 1

Introduction A large number of species (prokaryotes and eukaryotes) have been used to study the pattern of codon usage bias, and it has also been demonstrated that inter- and intra-genomic variation of the pattern of codon usage is a widespread phenomenon, which may result from various factors. Alternative synonymous codon usage does not modify the amino acid sequence encoded in DNA among species and often among genes from the same genome. It has been suggested that the pattern of codon usag…     

大肠杆菌编码区5′端碱基的统计分析

统计了大肠杆菌１２８８个编码序列开始的３３个碱基位点（１１个密码子）上各碱基出现的概率,发现第２、第３密码子各位点上的碱基概率分布与其它密码子上的碱基分布概率不一样;碱基Ｇ和Ｔ出现的概率从第４个密码子后呈现明显的３周期分布．我们还研究了这些位点上的碱基概率分布与基因表达水平的关系,发现高表达基因和低表达基因在第２、第３密码子各位点上,其各种碱基的概率分布是有区别的;高表达基因碱基Ｇ和Ｔ的概率分布３周期性更明显．     

大肠杆菌终止密码子前后序列碱基的统计分析

统计了大肠杆菌９８５个基因终止密码子前３１个碱基和终止密码子后３３个碱基在各个位点的碱基概率分布．发现终止密码子前３个碱基和终止密码子后３个碱基的概率分布与其它位点的概率分布有很大的差别．以ＴＡＡ结尾的基因序列和以ＴＡＧ或ＴＧＡ结尾的基因序列的碱基分布在终止密码子附近也有明显不同．我们又统计了高表达基因和低表达基因终止密码子前后序列的碱基分布,发现在紧邻终止密码子前后３个碱基范围内,某些碱基分布有明显的差别．还发现碱基Ｇ和碱基Ｔ的３周期分布贯穿整个编码区,碱基Ａ的３周期分布在编码终止区非常明显．     

Characterization of codon usage bias in the dUTPase gene of duck enteritis virus

A comparative analysis of the codon usage bias in the newly discovered dUTPase gene （Assigned Accession No.： DQ486149） of the duck enteritis virus （DEV） and the dUTPase gene of 32 reference herpesviruses was performed. The results indicated that the DEV dUTPase gene encodes a protein of 477 amino acids, which includes five conserved motifs with a 3-1-2-4-5 arrangement. The codon adaptation index （CAI）, effective number of codons （ENC）, and GC3s values indicated synonymous codon usage bias in the dUTPase gene of herpesviruses, and this synonymous bias was correlated with host evolution. The codon usage patterns of the DEV dUTPase gene were phylogenetically conserved and similar to that of the dUTPase genes of the avian alphaherpesvirus. Although codon usage in each microorganism was different, there were no strain-specific differences among them. Sixty-one codons in the predicted polypeptide, with a strong bias towards A and T at the third codon position, were used. Comparison of the codon usage in the dUTPase gene of different organisms revealed that there were 19 codons showing distinct codon usage differences between the DEV and Escherichia coli dUTPase genes; 16 between the DEV and yeast dUTPase genes; and 15 between the DEV and human dUTPase genes. Analysis of variance （ANOVA） showed significant differences between the DEV and yeast dUTPase genes （r = 0.536, P 〈 0.01）. The extent of codon usage bias in the DEV dUTPase gene was highly correlated with the gene expression level, therefore the results may provide useful information for gene classification and functional studies.     

栖热菌噬菌体TSP4密码子偏嗜性及其对基因异源表达的影响

 为了探索噬菌体TSP4、栖热菌模式菌株Thermus thermophilus HB27中6种蛋白编码序列和Escherichia coli基因组遗传密码子使用偏嗜性,探索TSP4基因密码子偏嗜性对其基因异源表达的影响本研究利用生物学软件Editseq和RSCU算法统计噬菌体TSP4密码子使用频率并分析其偏嗜性,与栖热菌HB27的同源基因以及常温菌E.coli基因组的密码子使用偏嗜性进行对比分析.结果显示,噬菌体TSP4与栖热菌HB27优势密码子相似度高达85%,而与E.coli的相似性仅有65%.为了验证分析结果,选取TSP4基因组中一个潜在分子伴侣基因序列在E.coli BL21和E.coli Rosetta(补充了BL21菌株中缺失的6个稀有密码子)中进行异源表达.噬菌体TSP4与其宿主菌HB27之间密码子高相似性说明在长期的进化过程中TSP4在基因水平上形成对宿主的一种适应性机制.异源表达结果显示,分子伴侣基因在E.coli BL21中未见明显表达,但在Rosetta中高效表达,说明Rosetta中补充的 6个稀有密码子明显有助于分子伴侣基因的表达,该结果也进一步证明密码子偏嗜性是否一致在很大程度上影响基因的表达.     

Targeted insertion of the neomycin phosphotransferase gene into the tubulin gene cluster of Trypanosoma brucei

Kinetoplastids are unicellular eukaryotes that include important parasites of man, such as trypanosomes and leishmanias. The study of these organisms received a recent boost from the development of transient transformation allowing the short-term expression of genes reintroduced into parasites like Trypanosoma brucei, the causative agent of African trypanosomiasis. We have obtained long-term stable transformants of T. brucei that have acquired the ability to grow in medium containing the drug G418, following the targeted insertion of the bacterial gene for neomycin phosphotransferase (neo(r) gene) into the trypanosome tubulin cluster. Plasmids in which part of the T. brucei tubulin gene cluster has been replaced by the neo(r) gene were used. Targeting efficiency was higher with a linearized than with a circular construct, and with 5 kilobases of tubulin gene cluster than with 0.9 kilobases. With these neo(r) constructs homologous recombination seems to be the preferred route for insertion of exogenous DNA into the trypanosome genome, allowing gene targeting without counter-selection.