《密码子偏好性分析》ppt课件

1、密码子偏好性分析 陈永红 孟如月 制密码子是核酸携带信息和蛋白质携带信息间对应的根本原那么, 是生物体内信息传送的根本环节。在生物的遗传密码中, 除色氨酸和甲硫氨酸只需一个密码子外, 其他氨基酸都有一个以上的简并密码子。对同一物种, 不同蛋白编码密码子在基因中出现的频率不同; 就同一种氨基酸而言, 编码该氨基酸的不同密码子的比率在不同的蛋白中也有差别, 因此生物体基因对简并密码子的选择具有一定的偏爱性。同义密码子(Synonymous Codons)：编码同一氨基酸的密码子。在蛋白质编码过程中, 某一物种或某一基因通常倾向于运用一种或几种特定的同义密码子, 这种景象称为同义密码子的运用偏性(S

2、ynony mous Codon Usage Bias)研讨密码子运用偏性的意义：一作为预测真核生物核糖体在细胞内定位的一种手段 ，经过比较核基因编码的核糖体蛋白和线粒体基因编码的核糖体蛋白上密码子运用方式的差别来预测未知蛋白的基因所在基因组位置。二经过密码子运用偏好性的研讨， 可以断定一些最优密码子，针对这些密码子设计基因工程表达载体可以提高目的基因的表达量 。三利用密码子运用偏好性和某种功能的关联程度对某些未知功能基因进展预测利用知的密码子偏好知识对未知表达程度 的 基 因 进展 判 定 初步判别该基因的表达程度高或低。四利用编码区和非编码区的基因组特征差别进展全基因组扫描，发现新基因。密

3、码子运用偏性的影响要素：一基因序列碱基组成的偏好性 在不存在自然选择压力 的 情 况 下， 一定方向的突变压会影响序列本身的碱基组成 ，而这一效应同时也会反映在同义密码子的第 3位上。这样 的偏好性仅仅是反映了序列组成的特征，而与蛋白功能或表达程度无关。二弱的自然选择效应 对于一切密码子家族来讲，即使存在密码子偏好性，由于同义密码子并不改动最终的蛋白产 物。所以对于那些频繁被运用的密码子的选择性被以为是很弱的。但是这种弱的选择会表达在基因表达程度上。在高表达的基因中，密码子运用偏好性要强过一 般表达的基因。三tRNA丰度密码子在蛋白翻译过程中需求和携带对应反密码子的tRNA相互识别作用，才干把

4、游离的氨基酸残基转移到多肽链上因 此这 些对应的的 tRNA丰度就决议了蛋白质合成的资源。密码子运用的偏性与细胞内tRNA 的含量呈正相关。四基因长度 基因长度越长，可以包容的密码子越多。在没有其他压力的情况下，那么同义密码子被选择的概率不会受样本容量限制而出现统计上的误差；相 反基因长度越短，可以编码的密码子数量和种类越少，甚至有的密码子 根本不会出现 。(五)蛋白质的构造功能 基因密码子的运用与基因编码的蛋白的构造和功能有关 ，蛋白质的折叠方式与序列之间存在一定的相关性 ，蛋白质的三级构造与密码子运用概 率有亲密的关系。在不同物种中类型一样的基因具有相近的密码子运用 方式 。对于同一类型的

5、基来由物种引起的同义密码子运用偏性的差别较小。六蛋白的疏水性程度以及氨基酸 保守性不同的基因编码序列其氨基酸含量有能够不同，一 方 面 ，稀有氨基酸由于本身出现几率小，一旦运用某种密码子而其他密码子出现几率更小；另 一 方 ，面对 于 比 较 保 守 的氨基酸不容易发生突变那么其密码子运用方式固定为序列本身组成。研讨方法一研讨目的同义密码子相对运用度Relative synonymous codon usage， RSCU：它是指对于某一特定的密码子，在编码对应氨基酸的同义密码子间的相对概率，去除了氨基酸组成对密码子运用的影响。该值的计算方法为某一密码子所运用的频率与其在无偏运用时预期频率之间

6、的比值，假设密码子的运用没有偏好性，该密码子的RSCU值等于1，当某一密码子的RSCU值大于1时，代表该密码子为运用相对较多的密码子，反之亦然 。其中，n表示这个密码子所代表的氨基酸的同义密码子种类数目(1n6)，戈代表第i个密码子的出现次数。RSCU是衡量密码子偏性较直观的一个参数。密码子顺应指数( Codon adaption index , CAI )该指数以一组具高表达程度的基由于参考 , 丈量某一个基因的密码子偏好情况和这些高表达基因密码子偏好情况的接近程度 , 假设一个基因完全运用高表达基因中所用的密码子 , 那么其 C AI 值为 1 。目前这个指数已被广泛用来预测基 因 的 表

7、 达 程度。其中RSCUmax、是高表达参照基因中，每一个氨基酸里运用频率最高的密码子的相对同义密码子运用频率，L是基因中密码子的个数高 频 密 码 子与最优密码子某一密码子相对同义密码子运用频率单值超越60% 或者超越该组同义密码子平均占有频率的1.5 倍的密码子即为高频码子。最后采用高表达优越密码子分析方法先，计算每个基因的密码子有效数和相对同义密码子用法， 然后再根据各 Nc值确 定高表达和低表达样本组，计算出这两个样本组中各个密码子各自的值，最后经过卡方检验确定出高表达基因的优越密码子确定最优密码子。最有密码子鉴定原那么：1，密码子的可变位点 (wobblebase)与细胞内浓度最高的

8、tRNA的反义密码子第一位互补;2，tRNA的反密码子的可变位点为或5一梭甲基尿啼陡时相对于G更偏好结尾为A的密码子;3，反义密码子的可变位点为l(Inosine)时，更偏好结尾为U或C的密码子;4，密码子假设第一、二位均为A或U，那么第三位更加偏好C。有效密码子数 ( Effective Number of Codon ,Nc)C AI 丈量的是某个基因所用的密码子与高表达基因所用密码子的接近程度 。 和 C AI 不同 ,Nc丈量的是某个基因的密码子偏好程度 , 假设一个基因平均运用每一个密码子 ,那么其 Nc 为 61 ,假设一个基因只运用每组同义密码子中的一个 ,那么其 Nc 为 20

9、 。实际上讲 ,一个具有低 C AI 的基因也可以同时具有低 Nc 值 ,换句话说 , 该基因具有较强的密码子偏好性 ,只不过其偏向的并不是高表达基因所用的密码子 。计算公式：其中p，表示密码子i的运用频率，n是一切密码子的数目GC 和 GC3sG C 丈量的是基因中 G 和 C 的含量 。G C 3s 那么计算密码子第三个碱基中出现 G 或 C 的频率 。普通以为这两个要素对基因的密码子选择有重要影响。 GC content不同物种GC含量变化很大识别基因程度转移，判别外源基因GC skew(G-C)/(G+C)%预测细菌或古细菌复制起点由于密码子偏性的研讨近年来不断是一个热点，因此研讨的目

10、的也出现得很多，如可以衡量特定基因偏性大小的密码子偏爱指CBI(Morton1993)和最优密码子运用频率 FOp(LavnerandKotlar2005)，弥补了密码子的相对嫡值的加Ew(Suzukietal.2004)等。多种多样的技术和方法促进了密码子偏性的研讨，但是也产生了一些的研讨结果之间存在了的不一致，特别是有些方法仅仅能运用于局限的物种或某些特定的基因中。因此在运用这些新开发的方法时，必需了解每一种方法背后的假设和推论，才干确保结果的正确性。研讨方法基因样本的选择 GeneBank ( : / /ncbi.nlmnihgov / ) 中获得，样本选择原那么:样本为全长蛋白质编码基

11、因序列( CodonDNA sequence，CDS) ; CDS 长度大于 300bp; 对于基因家族成员仍包含于分析样本内; 不包括非研讨类别基因序列；如何在如何在genebank中查找一基因的序列中查找一基因的序列(1)假设拥有基因假设拥有基因accession号即可，在下拉按钮中号即可，在下拉按钮中选中选中Nucleotide，Search前输入前输入accession号，直号，直接会输出所需的基因序列。接会输出所需的基因序列。 2假设拥有基因假设拥有基因ID号，也可以用号，也可以用ID号来查询，号来查询，例如我们要查询一个例如我们要查询一个ID号为号为16151096 的基因的基因进展查询如只需求基因序列而不需求详细信息，那么需点击TASTA如需进展图文分析，那么点击Graphics计算同义密码子相对运用度Relative synonymous codon usage， RSCU在genebank中取出序列后，用codonw进展在线分析结果如下：利用cusp计算密码子Franction和Frequency。Franction：各个密码子在编码该氨基酸的密码子中所占的比例。Frequency：该密码子在编码总基因密码子中出现的频率。如图分析结果如下：结果如下：同样，可计算出密码子顺应指数：Sequence: AY047586.1 CAI