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。     

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     

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．     

正十六烷柠檬酸的发酵动力学与传氧正十六烷柠檬酸的发酵动力学与传氧(英文)

利用筛选所得解脂复膜孢子酵母（Ｓａｃｈａｒｏｍｙｃｏｐｓｉｓｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）１４６０菌,在反应器中对正十六烷发酵生产柠檬酸进行了动力学研究。在Ｋｏｎｏ和Ｍｏｒｅｓｉ提出的动力学模型的基础上,结合本实验发酵过程的特点,得出本实验条件下柠檬酸发酵过程的细胞生长及产酸动力学模型,并通过经验回归与表观气速（ＷＳ）关联,确定了模型参数。模型计算值与实测值吻合良好。     

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     

锥体虫、果蝇基因编码区的密码子使用、碱基间关联与基因表达水平的关系研究

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，求出了描述基因表达水平的参数ＩＥ值和ＣＡＩ值；在此基础之上，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Ｙｅａｓｔ要多，说明生物越高级，编码区内的碱基关联越强．     

重组质粒p434crohis的构建与表达

根据噬菌体４３４ｃｒｏ的基因序列,合成了一对在Ｃｒｏ的Ｃ－末端含有６个Ｈｉｓ密码子的寡核苷酸（６９ｂｐ）,并在其两端设计了ＰｓｔＩ和ＫａｓＩ两个酶切位点。经粘合、退火后将双股寡核苷酸链分别插入ｐ４３４ｃｒｏ（３．３５ｋｂ）质粒的４３８位（ＰｓｔＩ切点）和６３８位（ＫａｓＩ切点）,构建成含４３４ｃｒｏｈｉｓ基因的重组质粒。其表达产物为Ｃ端含有６个Ｈｉｓ的阻遏蛋白４３４ｃｒｏｈｉｓ。经功能测定表明融合蛋白４３４ｃｒｏｈｉｓ仍具有调节ＤＮＡ转录功能,并用金属亲和层析鉴定了表达产物     

酵母菌的分离及鉴定

从新疆吐鲁番所采的土样中分离出的３株编号为Ｓｙ９５－００１、Ｓｙ９４－００２、Ｓｙ９４－００３的酵母菌株，通过形态和生理生化试验，初步鉴定为：克洛克酵母属（Ｋｌｏｅｃｋｅａｓｐ．）、假丝酵母属（Ｃａｎｄｉｄａ）的热带假丝酵母（Ｔｒｏｐｉｃａｅｉｓ）、类酵母属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｏｄｅｓ）的中国类酵母（ｓｉｎｅｎｓｉｓ）     

石油酵母菌的分类鉴定

从工厂与研究单位送检的３０株石油发酵酵母菌，经鉴定分别属于３个属６个种：其中７株为皱格假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｒｕｇｏｓａ），６株为热带假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ），７株为解脂假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ），７株为季也蒙假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａｇｕｉｌｔｉｅｒｍｏｎｄｉｉ），２株为脱蜡球拟酵母（Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓｄｉｐｏｒａｆｆｉｎ），１株为皮状丝抱酵母（Ｔｉｒｃｈｏｓｐｏｒｏｎｃｕｆａｎｅｕｎ）；其中２７株属假丝酵母属，２株为球拟酵母属，１株为丝抱酵母属。     

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     

高频密码子分析法及其在烟草密码子分析中的应用

利用自编的RFCS程序计算同义密码子相对使用频率（RFSC），并根据RFSC值筛选出高频密码子，将高频密码子分析法筛选出的酵母Y.lipolytica高频密码子和传统的高表达优越密码子分析法筛选出的优越密码子进行比较，证实高频密码子分析法的可靠性。应用高频密码子分析法分析烟草的256个cDNA全序列，计算出同义密码子的相对使用频率，初步确定烟草的高频密码子， 为外源基因在烟草中的表达提供参考。     

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…     

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.     

解酯耶氏酵母产γ-癸内酯的研究进展

介绍了微生物通过β-氧化转化蓖麻油酸产生γ-癸内酯的机理和国内外对解脂耶罗维亚酵母在产γ-癸内酯方面的一系列相关研究进展,同时介绍了本研究组应用同源重组基因敲除和自克隆技术对解脂耶罗维亚酵母进行的某些基因遗传改良工作,通过本研究组的工作,应用解脂耶罗维亚酵母生产γ-癸内酯的量有了更大提高.探讨了高产γ-癸内酯酵母菌株的构建思路,以期有助于今后的研究工作.     

Is there a close relationship between synonymous codon bias and codon-anticodon binding strength in human genes?

Synonymous codon bias has been examined in 78 human genes (19967 codons) and measured by relative synonymous codon usage (RSCU). Relative frequencies of all kinds of dinucleotides in 2,3 or 3,4 codon positions have been calculated, and codon-anticodon binding strength has been estimated by the stacking energies of codon-anticodon bases in Watson-Crick pairs. The data show common features in synonymous codon bias for all codon families in human genes: all C-ending codons, which possess the strongest codon-anticodon binding energies, are the most favored codons in almost all codon families, and those codons with medium codon-anticodon binding energies are avoided. Data analysis suggests that besides isochore and genome signature , codon-anticodon binding strength may be closely related to synonymous codon choice in human genes. The join-effect of these factors on human genes results in the common features in codon bias.     

Coevolution of codon usage and transfer RNA abundance

The use of synonymous codons is strongly biased in the bacterium Escherichia coli and yeast, comprising both bias between codons recognized by the same transfer RNA and bias between groups of codons recognized by different synonymous tRNAs. A major determinant of the second sort of bias is tRNA content, codons recognized by abundant tRNAs being used more often than those recognised by rare tRNAs, particularly in highly expressed genes, probably owing to selection at the level of translation against codons recognized by rare tRNAs. Conversely, codon usage is likely to exert selection pressure on tRNA abundance. Here I develop a model for the coevolution of codon usage and tRNA abundance which explains why there are unequal abundances of synonymous tRNAs leading to biased usage between groups of codons recognized by them in unicellular organisms.     

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.     

3个茶树品种WOX基因家族的进化及密码子偏好性比较

【目的】WOX基因家族在模式植物组织培养中扮演着重要的分子调控角色。非模式植物WOX基因家族的系统发育和密码子使用偏好性研究有助于探索遗传进化规律和基因表达特征,进而为其转基因体系构建提供指导。【方法】利用生物信息学方法在3个茶树品种全基因组数据中鉴定WOX基因;通过ClustalX 2.1和MEGA X软件探索它们的进化规律。运用Perl语言、Codon W 1.4.2程序和SPSS 23.0等软件分析3个茶树品种WOX基因编码序列,探究它们的密码子使用偏好模式;基于ENc-GC_3s、PR2分析和中性分析结果解析影响密码子偏好的主要因素。【结果】共鉴定出42个WOX成员,其中‘云抗10号’(CSA)11个,‘舒茶早’(CSS)18个,‘云南野生古茶DASZ’(DASZ)13个,系统发育揭示3个茶树品种WOX基因在进化上存在较强的保守性。密码子偏好性分析揭示,3个茶树品种WOX基因密码子都偏好使用A/T和以A/T结尾;CSA和DASZ的WOX基因密码子使用模式相似,表明两者亲缘关系较近;以CSA和CSS作为转基因受体时,3个茶树品种WOX基因中个别密码子需优化;烟草是3个茶树品种WOX基因的最佳异源表达受体;ENc-GC_3s绘图、PR2分析和中性分析表明自然选择是影响3个茶树品种WOX基因密码子使用偏倚的主要因素。【结论】3个茶树品种WOX基因进化上较保守,密码子偏好使用A/T和以A/T结尾,且密码子偏好原因主要是自然选择;揭示出转茶树时密码子的优化信息和烟草为最佳异源表达受体的结果。     

Analysis of synonymous codon usage and evolution of begomoviruses

Begomoviruses are single-stranded DNA viruses and cause severe diseases in major crop plants worldwide. Based on current genome sequence analyses, we found that synonymous codon usage variations in the protein-coding genes of begomoviruses are mainly influenced by mutation bias. Base composition analysis suggested that the codon usage bias of AV1 and BV1 genes is significant and their expressions are high. Fourteen codons were determined as translational optimal ones according to the comparison of codon usage patterns between highly and lowly expressed genes. Interestingly the codon usages between begomoviruses from the Old and the New Worlds are apparently different, which supports the idea that the bipartite begomoviruses of the New World might originate from bipartite ones of the Old World, whereas the latter evolve from the Old World monopartite begomoviruses.     

密码子使用频率及其与进化相关性

本文据1987年基因库的的10~5密码子资料计算了密码子的使用频率和氨基酸的丰度,讨论了使用频率与进化的关系,并与有关资料作了比较。