A Cistanche kloroplaszt genomjának kodonhasználati elfogultsági elemzése

FENG Zhan1, JIANG Yuan3, ZHENG Yan1, MIAO Yu-jing2, HUANG Lin-fang2, LUO Guang-ming1

1. Gyógyszerészeti Iskola, Jiangxi Kínai Orvostudományi Egyetem, Nanchang 330004, Kína 2. Gyógynövényfejlesztési Intézet, Kínai Orvostudományi Akadémia és Peking Union Medical College, Peking 100193, Kína 3. Gyógyszerészeti Iskola, Dali Egyetem, Dali 671000 , Kína

Absztrakt: Cél A kloroplaszt genom kodonhasználati torzításának és befolyásoló tényezőinek tisztázása négy Cistanche spp. gyógynövényben.

MódA kodonhasználati torzítás paramétereiCistanche deserticola, C. salsa, C. sinensis és C. tubulosa CUSP, CodonW 1.4.2, SPSS és Microsoft Excel segítségével elemeztük.

EredményekNégy Cistanche faj kloroplaszt genomja hasonló kodonhasználati mintázatot mutatott, a kodonok harmadik bázisa mindegyike A/T-re végződik, és az A/T bázisokat előnyösebben használja. A négy faj ENC (effektív kodonszáma) értéke mind 35 felett volt, ami azt jelzi, hogy a kloroplaszt gének kodonpreferenciája a Cistanche spp. gyenge. A semlegességi diagram, az ENC-plot, a PR2-eltolódási diagram és a korrespondencia analízis eredményei azt mutatták, hogy a természetes szelekció volt a fő tényező, amely befolyásolta a kloroplasztisz genom kodonhasználati torzítását a Cistanche spp. Az RSCU (relatív szinonim kodonhasználat) értékeket négy optimális kodon azonosítására használtuk, amelyeken négy Cistanche spp. faja osztozik.

KövetkeztetésEbben a tanulmányban négy Cistanche spp. faj kloroplasztisz genomjának kodonhasználati torzítását elemeztük. és feltárta a kodon torzítást befolyásoló tényezőket, amelyek megfelelő elméleti alapot szolgáltattak a Cistanche spp. molekuláris szinten.

Kulcsszavak:Cistanche Hoffmanns. & Link; Cistanche deserticola Ma; Cistanche salsa (CA Mey.) G. Beck; Cistanche sinensis G. Beck; Cistanche mongolica Beck; kloroplaszt genom; kodonhasználati torzítás; optimális kodonok

Sivatagi ginzeng

A Cistanche Hoffmann& Link az Orobanchaceae családjába tartozó évelő, parazita lágyszárú növény, főként Európában és Ázsiában elterjedt. Kínában négy fő Cisztanche faja van, Belső-Mongóliában, Ningxiában, Gansuban, Csinghajban és Hszincsiangban. Ez a növénynemzetség rendkívül fontos helyet foglal el a kínai gyógynövényekben, amelyek közül a Cistanche deserticola Ma rendelkezik a legmagasabb gyógyászati ​​értékkel. Főleg a sivatagi területeken való növekedése miatt a "sivatagi ginzeng". A Cistanche nemzetséghez tartozó gyógynövények azonban nehézségekkel szembesülnek a növényosztályozási zavarok és a kereskedelemben kapható fajták vegyes használatában. A kloroplaszt a legtöbb zöld növény fotoszintézis helye, részt vesz a fejlődésben és a másodlagos anyagcsere-tevékenységekben [4], és koordinálja a génexpressziót az organellum és a nukleáris genom között [5].

Sivatagélő ciszterna

Kattintson ide a Cistanche termékek megtekintéséhez

【Ask for more】 Email: xue122522@foxmail.com /  Whats App:  0086 18599088692 /  Wechat:  18599088692

A kloroplasztiszoknak autonóm módon öröklődő genomjuk van, és széles körben használják a növényi filogenetikai elemzésben, a fajok azonosításában és a genetikai diverzitás expressziós kutatásában. Az elmúlt években a kloroplaszt genom nagy áteresztőképességű szekvenálási technológiájának fokozatos érettségével a Cistanche nemzetség számos növénye, mint például a Cistanche deserticola, C. salsa (CA Mey.) G. Beck, C. sinensis G. Beck, C. tubulosa Wight, kloroplasztisz-szekvenálási kutatásokat végeztek, és elemezték azok filogenezisét és genetikai diverzitását [2, 6-7], Azonban nem találtak kutatási jelentéseket a Cistanche növények kloroplasztisz genomjában a kodonpreferenciáról.

A kodon, más néven genetikai kód, a nukleinsavakat és a fehérjéket összekötő híd, a biológiai genetikai információ azonosításának és továbbításának fontos hordozója, valamint a biológiai genetika és variáció döntő része. A különböző fajok fehérjetranszlációs folyamatainak különbségei miatt hajlamosak egy vagy több specifikus szinonim kodont használni a transzlációs folyamat során. Ezt a jelenséget kodonhasználati torzításnak (CUB) [9] nevezik, amely fontos szerepet játszik a sejtmetabolizmus folyamataiban, mint például az mRNS-transzláció, a DNS-transzkripció, a fehérjék szerkezete, expressziója, funkciója és ko-transzlációs hajtogatása [10]. Shi Yanshuo et al. [11] négy Panax Linn növényben elemezte a kloroplaszt genomjának kodonpreferenciáját, és arra a következtetésre jutott, hogy az azonos nemzetséghez tartozó növények közötti genetikai kapcsolatok szorosabbak; Song Yun et al. [12] bebizonyította, hogy az ICE1 gén kodonpreferencia alapján optimalizálható, hogy alacsony hőmérsékletű stressz alatt fejeződjön ki; Li Xianhuang et al. [13] azt találta, hogy a kodonpreferencia tükrözheti a fajok közötti evolúciós kapcsolatokat; Zhang Junyan et al. [14] bebizonyította, hogy a mutáció és a természetes szelekció együttesen hat a Swertia bimaculate (Sieb. et Zucc.) Hook F. et Thomsra. Az ex CB Clark kloroplaszt genomjának kodonpreferenciája alapot ad a Swertia betelepítéséhez és háziasításához. Ezért a növényi kloroplaszt genomok kodonhasználati mintáinak tanulmányozása adattámogatást nyújthat a génexpressziós vektorok felépítésének hatékonyságának javításához, a fajok evolúciós kapcsolatainak feltárásához, a biológiai és környezeti adaptáció molekuláris mechanizmusainak megértéséhez, valamint a növényfajták fejlesztéséhez [15].

A nagy áteresztőképességű szekvenálás alapján ez a tanulmány négy Cistanche faj, köztük a Cistanche salsa, a Cistanche deserticola és a Cistanche tubulosa kloroplasztisz genomkodonjainak használati mintázatát elemezte, és meghatározta négy Cistanche faj kloroplasztisz genom kodonpreferenciáját és annak befolyásoló tényezőit. , amely referenciaként szolgál a Cistanche kloroplasztisz genomjának génexpressziós kimutatásával, alkalmazkodóképességével és evolúciós kapcsolatával kapcsolatos későbbi kutatásokhoz.

1 Anyag

A Cistanche deserticola, Salted Cistanche, Sand Cistanche és Tubular Cistanche növényeket különböző régiókból gyűjtötték be (1. táblázat), és Huang Linfang, a Peking Union Medical College Gyógynövények Intézetének kutatója a nemzetség egész növényeiként azonosította. Cistanche, a Peking Union Medical College Gyógynövény-intézetének herbáriumában tárolva, az utalványminták a CMPB16201, CMPB16202, CMPB16203 és CMPB16204. A kloroplasztiszok teljes genomszekvenciája feltöltésre került a GenBankra, MN614127 (Cistanche deserticola), MN614128 (Cistanche salina), MN614129 (Cistanche deserticola) és MN614130 (Cistanche tubulosa) zárványszámokkal. A Cistanche deserticola, Salted Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola és Tubular Cistanche deserticola kloroplasztisz genom mérete rendre 109 495, 111 710, 111 500, illetve 75 375 bp, beleértve 60, 61, 60 és 53 fehérjét kódoló DNS-szekvencia (CDS). Mivel a rövid szekvenciákban nem lehetett pontosan kiszámítani a hatékony kodonok számát, a 300 bp-nál rövidebb CDS-eket eltávolítottuk [16]. Ezenkívül az UAA, UGA és UAG terminációs kodonok nem kódolnak semmilyen aminosavat, és az UGG és az AUG az egyetlen kodon a triptofán és a metionin számára. Ezeknek a kodonoknak nincsenek preferenciái [17]. Ezért a kiválasztott CDS ATG-vel kezdődik [18] és TAA-val, TAG-el és TGA-val végződik, hogy csökkentse az eredmények hibáját, kiküszöbölve a duplikált CDS-eket. A feldolgozás után 18 CDS-t tartottunk meg minden fajnál, és használtuk fel a későbbi elemzésekhez.

1. táblázat A minták adatai

2 Módszerek

2.1 A kodonpreferencia elemzése

Integrálja a kiválasztott 72 CDS-t egy fasta fájlba a CUSP（ https://www.bioinformatics online szoftver segítségével. Számítsa ki az egyes gének kódoló régióinak teljes GC-tartalmát (GCall), valamint az 1-es (GC1), 2-es (GC2) és 3-as kodon (GC3) GC-tartalmát az nl/cgi bin/emboss/cusp használatával. Számítsa ki a kodonok effektív számát (ENC) és a relatív szinonim kodonhasználatot (RSCU) a CodonW1.4.2 szoftverrel [19], és végezze el a megfelelőségi elemzést (COA). Ezután az elemzési adatokat rendszerezték és ábrázolták a Microsoft Excel és az IBM SPSS19.{12}} szoftver segítségével.

2.2 Semleges diagram elemzés

A kodonpreferencia befolyásoló tényezőinek meghatározásának egyik módszere a semleges plot elemzés [20]. A szinonim kodonok mutációs helye általában a harmadik bázis, míg a nem szinonim kodonok mutációs helye általában az első vagy a második bázis. Rajzoljon egy szóródiagramot a GC1 és a GC2 átlagos értékével minden génre (GC12) függőleges tengelyként és GC3 értékére vízszintes tengelyként a Microsoft Excel szoftverben a GC3 és GC12 közötti korreláció elemzéséhez, ahol minden szóródás egy gént képvisel. Ha az összes pont átlósan oszlik el, az azt jelzi, hogy a kodon három pozíciójában nincs szignifikáns különbség a bázisok között, amit csak a mutációs nyomás befolyásol; Ha nagyon alacsony a korreláció a GC12 és a GC3 variációja között, az azt jelzi, hogy a természetes szelekció a fő befolyásoló tényező a kodonhasználati módban [21].

2.3 ENC plot elemzés

Az ENC azt jelenti, hogy a kodon milyen mértékben tér el a véletlen szelekciótól [22]. A kétdimenziós szórásdiagramot a Microsoft Excel szoftverben ENC ordinátaként és GC3 abszcisszaként ábrázolja. A standard görbe az ENC=2 plusz GC3 plusz 29/[GC3 2 plus (1-GC3) 2] képlet segítségével kerül felrajzolásra, minden szórás 1 bázistényezőt jelent. A szóródási diagram tükrözheti a kodonhasználati preferencia és a génbázis összetétele közötti kapcsolatot. Ha a kodonhasználati preferenciát főként a mutációs nyomás befolyásolja, a szórás a standard görbén vagy valamivel a standard görbe alatt helyezkedik el. Ellenkezőleg, ha a gén a standard görbe alatt van, akkor azt elsősorban a szelekció és egyéb tényezők befolyásolják [24].

Kínai gyógynövény-cistanche

2.4 PR2 plot elemzés

PR2 torzítási diagram elemzést használtunk az A, T, C és G tartalom elemzésére a kodon harmadik bázisán, elkerülve az A/T és a C/G közötti mutációs egyensúlyhiányt a kodon harmadik bázisán. Hozzon létre szóródiagramokat a G3/(G3 plusz C3) vízszintes tengely és az A3/(A3 plusz T3) mint függőleges tengely használatával a Microsoft Excel szoftverben. Határozza meg az alapeltolódás mértékét és irányát a szórási pont és a középpont közötti vektortávolság meghatározásával (A=T, C=G) [25].

2,5 COA

A COA kivonja a legbefolyásosabb tengelyeket és irányokat a többdimenziós térből, és széles körben alkalmazzák a gének közötti kodonhasználati változások fő tendenciáinak tanulmányozására [26]. A COA tengelyektől elválasztott gének elemzésével azonosíthatók a kodonhasználati torzítás fő okai [27]. A COA-hoz CodonW1.4.2 szoftvert használtak. A Cistanche négy fajának RSCU-értékei szerint az összes génkodont a 59-dimenziós vektortérben ábrázoltuk, hogy tükrözzék a kodonhasználat változó tendenciáját. A kodonhasználat gyakoriságának változására az 1. tengely aránya képviseli a legnagyobb hatást, míg a fennmaradó 58 tengely fokozatosan csökkenő tényezőket képvisel. A többdimenziós térben található gének szinonim kodonjainak felhasználása alapján a főbb variációs források elemezhetők [28].

2.6 Optimális kodonelemzés

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>Az 1-es kodont nagyfrekvenciás kodonnak, a mindkét feltételt kielégítő kodont pedig az optimális kodonnak [29].

3 Eredmények és elemzés

3.1 A kloroplaszt gének kodonpreferencia elemzése

A Cistanche nemzetség négy faja kloroplasztisz genomjának GC-tartalma az 1. ábrán látható. A Cistanche deserticola, Salina deserticola, Sand deserticola és Tubular deserticola 18 kloroplasztgén teljes kódoló régiójának GC tartalma (GCall) 36,60 százalékról 37,22 százalékra. A kloroplaszt genomjában az 1-es, 2-es és 3-as kodon GC-tartalma 44,03-44,75 százalék, 38,97-39,82 százalék, illetve 25,80-27,08 százalék volt. Az eredmények azt mutatták, hogy mind a négy faj átlagos GC-tartalma 50 százalék alatti volt, ami azt jelzi, hogy a négy faj kloroplasztisz genomja hajlamos volt A/T bázisokat és A/T végződésekkel rendelkező kodonokat használni. Az ENC-értékek 20-tól (szélsőséges preferencia, csak egy kodon aminosavonként) és 61-ig terjednek (nincs preferencia, minden szinonim kodont egységesen használunk aminosavonként). Ha az ENC érték kisebb vagy egyenlő, mint 35, akkor a kodonhasználat nagyon jelentős előnyben részesíthető [22,30]. A kloroplaszt genom kódoló régióinak ENC értékei mind a négy fajnál nagyobbak, mint 35, ami azt jelzi, hogy a Cistanche fajok kloroplaszt génjében gyenge kodonpreferencia.

A kloroplaszt gének GC1, GC2, GC3, GCall, ENC és kodonszámának (CC) korrelációs analízisét a Cistanche nemzetség négy fajában a 2. ábra mutatja be. A négy faj GCall értéke igen szignifikáns korrelációt mutatott a GC1 és GC2 között. (P<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 48,4 százalék , 50 százalék , 51,6 százalék és 46,9 százalék . Közülük az A/U-ra végződő aminosavak száma 27, 27, 28 és 26. Ez azt jelzi, hogy az A vagy U előfordulási gyakorisága a Cistanche nemzetség kloroplasztisz genomjában viszonylag magas, és ennek a nemzetségnek a kloroplaszt genomjában ez a preferált kodon. A legtöbb aminosav RSCU-val<1 end in G/C, indicating that these are nonpreferred codons of the chloroplast genes in the genus Cistanche.

3.2 Semleges diagram elemzés

A kloroplaszt gének semleges feltérképezése a Cistanche nemzetségben a 3. ábrán látható. A GC12 és a GC3 közötti korrelációs együtthatók a Cistanche deserticola, a Saline Cistanche deserticola, a Sand Cistanche deserticola és a Tubular Cistanche deserticola esetében: 0.{{5} }83, 0.084, 0,033 és 0,245, és a korrelációk nem érnek el szignifikáns szintet (P=0,05), ami azt jelzi, hogy a mutációs nyomás nem rendelkezik jelentős hatás a kodonhasználati torzításra; A semleges leképezés meredeksége azt mutatja, hogy négy kloroplasztisz genom kodonhasználati mintázatának mutációs nyomása 4,44-32 százalékot tesz ki, ami azt jelzi, hogy négy kloroplasztisz genom kodonhasználati mintázatának mutációs nyomása kis hányadát teszi ki, és a természetes szelekció a fő tényező. kodonhasználati torzítást befolyásoló tényező.

1. ábra A kodon különböző pozícióinak GC tartalma a Cistanche kloroplasztisz genomjában

2. ábra Cistanche kloroplasztisz genommal kapcsolatos paramétereinek korrelációs elemzése

2. táblázat A fehérjét kódoló régió RSCU-analízise Cistanche kloroplasztjában

3.3 ENC plot elemzés

A Cistanche nemzetség négy fajának ENC diagramjait a 4. ábra mutatja. A legtöbb gén bizonyos távolságra van a standard görbétől, és csak néhány gén oszlik el a standard görbén. Ez azt jelzi, hogy van egy bizonyos eltérés és gyenge torzítás az ENC tényleges és elméleti értékei között. A legtöbb gén a standard görbe alatt oszlik el, ami azt jelzi, hogy a génelfogultságot főként a természetes szelekció befolyásolja.

3.4 PR2 plot elemzés

A Cistanche deserticola, C. salina, C. deserticola és C. tubulosa génjei egyenetlenül oszlanak el a PR2 parcella négy sík területén (5. ábra). Az eredmények azt mutatják, hogy a legtöbb gén messze van a központtól, és a jobb alsó sarokban oszlik el. Érdemes megjegyezni, hogy a bal alsó sarokban szinte semmilyen gén nem oszlik el, ami arra utal, hogy a GC3 használatát elsősorban a természetes szelekció befolyásolja, és a négy növény közül a G3-nak van T/G használati torzítása.

3. ábra A semlegességi diagram elemzése

4. ábra ENC-plot elemzés

5. ábra: PR2-diagram elemzés

3.5 Levelezési elemzés

A Cistanche nemzetség kloroplasztisz kodonvariációjának forrásának vizsgálata érdekében RSCU értékeken alapuló korrespondenciaanalízist végeztünk a Cistanche deserticola, Salina deserticola, Sand deserticola és Tubular deserticola kloroplaszt genomjának kodonjain (6. ábra). Az első négy tengely kumulatív értelmezhető változása a teljes szórás 52,97 százalékát, 53,96 százalékát, 53,29 százalékát és 52,18 százalékát, az első tengely értelmezhető eltérése pedig 17,89 százalékát, 18,70 százalékát, 17,5317 százalékát tette ki. A 2. és 4. tengely értelmezhető változatai a következők: Cistanche deserticola (12,87 százalék, 11,35 százalék és 10,87 százalék), sós Cistanche deserticola (12,91 százalék, 12.{28}} százalék és 10 százalék). ), Sand Cistanche deserticola (13,10 százalék , 12,07 százalék és 10,73 százalék ), illetve Tubular Cistanche deserticola (12,12 százalék , 11,65 százalék és 10,83 százalék ). A négy faj második, harmadik és negyedik tengelye kevesebb értelmezhető variációt mutat, mint az első tengely, így az első tengely járul hozzá a legnagyobb mértékben a kodon torzításhoz, de az első tengely csak egy részét képviseli a genom kodonhasználati torzításának variációinak. Ez azt jelzi, hogy a C. deserticola kloroplasztiszokban a kodonhasználati torzítás befolyásoló tényezői nem egy, hanem mutációval, természetes szelekcióval, génhosszal, funkcióval és egyéb tényezőkkel is összefügghetnek.

3.6 Optimális kodonelemzés

A Cistanche nemzetség négy fajának optimális kodonanalízise a 3. táblázatban látható.

6. ábra Megfelelő elemzés

3. táblázat Optimális kodonok a Cistanche kloroplasztisz genomjában

Underline: Codon usage with the value of RSCU>1; * : △RSCU nagyobb vagy egyenlő, mint 0.08, **: △RSCU nagyobb vagy egyenlő, mint 0.3,***: △RSCU nagyobb vagy egyenlő, mint 0. 0,5-re; Az optimális kodonok túlhúzással vannak jelölve

Az eredmények azt mutatták, hogy 10, 11, 13 és 12 deserticola deserticola, szikes deserticola, homoki deserticola és csőszerű deserticola volt. Közülük a Cistanche deserticola és a Salina deserticola a leginkább hasonló, összesen 9 azonos kodont (7. ábra), és 4 kodont (GUA, UCA, CCU és ACA) oszt meg a 4 faj. A közös optimális kodonban, Δ Csak egy RSCU van 0,5-nél nagyobb, ez a GUA.

7. ábra Az optimális kodonok Venn-diagramja

4. Megbeszélés

A kodonpreferencia a különböző szinonim kodonok gyakoriságára vonatkozik a fehérjetranszláció folyamatában, ami a biológiai genom evolúciójának fontos jellemzője. A kodonpreferencia összefügg a GC-tartalommal, a tRNS mennyiségével, a génexpressziós szinttel, a fehérje szerkezetével és egyéb tényezőkkel [15]. A növényi kodonok torzításának tanulmányozása nagy jelentőséggel bír a molekuláris evolúció és az idegen fehérje expresszió mélyreható feltárása szempontjából [31-32]. A kodonpreferenciát befolyásoló számos tényező közül a mutáció és a természetes szelekció a domináns tényezők. A természetes szelekció miatt a növények elsősorban a legjobb kodont kódolják a fordításban. A mutáció néhány nem preferált kodon meglétéhez vezet a növényekben [33-34]. Ezért ebben a tanulmányban a génmutációs nyomás és a természetes szelekció nyomása szorosan érintett.

Cistanche deserticola YCMa (2)

Ebben a vizsgálatban a Cistanche deserticola, a Saliniferous Cistanche deserticola, a Sand Cistanche deserticola és a Tubular Cistanche deserticola kloroplasztisz genomjában a GCall-tartalom 36,60% és 37,22% között volt, a GC1, GC2 és GC3 tartalom pedig 44,03% és 44,4% között változott. 38,97 százalékról 39,82 százalékra, illetve 25,80 százalékról 27,08 százalékra, amelyek mindegyike 50 százalék alatt volt. Ez azt jelzi, hogy a Cistanche nemzetség négy fajában a kloroplaszt gének harmadik bázisa többnyire A/T-ben végződik, vagy inkább az A/T bázisok felé hajlik, ami összhangban van az Euphorbiaceae [32], Solanaceae [35] korábbi jelentéseivel. A növények, például a ginzeng [11] és a kardamom [36] genomvizsgálatai konzisztensek, ami azt jelzi, hogy a kodonhasználati preferenciák bizonyos fokú hasonlóságot mutatnak a kloroplaszt gének különböző fajai között.

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 és Populus euphratica Oliv A Poaceae Barnhart növények [42] ellentmondó eredményeket mutattak az A=T és a G=C esetében. Látható, hogy a kloroplasztiszgenomok alapösszetételében jelentős különbségek vannak a különböző növények között, ami eltérő kodonpreferenciákhoz vezet. Az ENC érték a standard a kodonpreferencia erősségének megítéléséhez. Amikor az ENC 35 alatt van, a kodonhasználati torzítás nagyobb, és amikor az ENC 35 felett van, akkor az torzítás kisebb. A Cistanche nemzetség négy növényében a kloroplaszt genom kódoló régiójának ENC értékei mind nagyobbak, mint 35, ami azt jelzi, hogy a Cistanche nemzetség kloroplaszt génjében gyenge kodonpreferencia. A korrelációanalízis során a négy faj GCall-ja rendkívül szignifikáns korrelációt mutatott a GC1-gyel és a GC2-vel. Emellett más értékek korrelációi is változtak. A Cistanche e négy fajának eltérő élőhelyei miatt arra lehet következtetni, hogy a különböző növekedési környezetek GC különbségekhez vezethetnek a különböző fajok között.

A semleges térképezési analízis, az ENC plot elemzés és a PR2 diagram eredményei azt mutatják, hogy a Cistanche deserticola, a C. salina, a C. deserticola és a C. tubulosa kloroplasztisz genom kodonjait jobban érinti a természetes szelekció, ami eltér a korábbiaktól. Amoum Roxb [36] Michelia Linn által közölt eredményei Az eredmények összhangban vannak a Ginseng nemzetségbe tartozó növényekével [11], de a Medicago truncatula Gaertn [17] Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. és Populus przewalskii Maxim A kloroplaszt genomjának kodonpreferenciáját olyan növényekben, mint a [41], főként a mutációk befolyásolják, ami azt jelzi, hogy a különböző növények kodonpreferenciája több tényező átfogó eredménye.

A Cistanche deserticola fő kémiai összetevői

Az optimális kodonelemzés azt mutatja, hogy a Cistanche deserticola, a Saline Cistanche deserticola, a Sand Cistanche deserticola és a Tubular Cistanche deserticola optimális kodonszáma 10, 11, 13 és 12, a közös optimális kodonszám pedig 4. Érdemes megjegyezni, hogy a Cistanche deserticola és a Salted Cistanche deserticola 9 azonos optimális kodont tartalmaz, így a Cistanche nemzetség négy faja közül a két leghasonlóbb faj. Arra lehet következtetni, hogy a Cistanche nemzetségen belül a Cistanche deserticola és a Salted Cistanche deserticola hasonló kodonhasználati preferenciákkal és szorosabb filogenetikai kapcsolatokkal rendelkezik, ami összhangban van Miao Yujing és munkatársai által levont következtetésekkel. [44] és Yang Qiaoqiao et al. [2] a Cistanche nemzetség filogenetikai elemzésével.

Ez a vizsgálat először a hazai Cistanche nemzetséget elemezte a kloroplaszt genom kodonpreferenciája alapján, szisztematikusan tisztázta a kodonpreferenciát befolyásoló tényezőket, feltárta, hogy a kodonpreferenciát befolyásoló tényezők a természetes szelekciós nyomáshoz kapcsolódnak, kiszűrték az optimális kodont, és megállapították, hogy hogy a Cistanche és a C. salina közötti genetikai kapcsolat a nemzetségen belül szorosabb volt. Ez biztosítja a tudományos alapot és az elméleti támogatást a későbbi géntechnológiai kutatásokhoz, az erőforrások azonosításához és a Cistanche fajok exogén expressziós génjeinek felépítéséhez.

referencia

[1] Kínai növényvilág szerkesztői bizottsága, Kínai Tudományos Akadémia Flora of China (42. kötet, 1. osztály) [M] Peking: Science Press, 1993: 26-29

[2] Yang Qiaoqiao teljes genomelemzés, összehasonlító genom és filogenetikai vizsgálat a kloroplasztiszokról kínai cisztánnövényekben [D] Peking: Peking Union Medical College, 2019

[3] Zhang Xinhua, Gao Han, Wang Jia és munkatársai A Cistanche deserticola minőségelemzése a Belső-Mongóliában alkalmazott gyógyszerek értékelő mintavételénél [J] China Pharmaceutical, 2022, 31 (7): 85-88

[4] Wicke S, Schneeweiss GM, DePamphilis CW, et al. A plasztid kromoszóma evolúciója szárazföldi növényekben: Géntartalom, génrend, génfunkció [J]. Plant Mol Biol, 2011, 76 (3/4/5): 273-297.

[5] Woodson JD, Chory J. A génexpresszió koordinációja organelláris és nukleáris genomok között [J]. Nat Rev Genet, 2008, 9(5): 383-395.

[6] Xu WQ, Chen HM, Tian LX és társai. Kiterjedt génvesztés a holoparazita növény Cistanche tubulosa (Orobanchaceae) plasztomjában [J]. Mitokondriális DNS B Resour, 2020, 5(3): 2679-2681.

[7] Li X, Zhang TC, Qiao Q és mtsai. A Cistanche deserticola (Orobanchaceae) holoparazita teljes kloroplasztisz genomszekvenciája feltárja a génvesztést és a gazdaszervezet Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae) [J] vízszintes génátvitelét. PLoS One, 2013, 8(3): e58747.

[8] Zheng Yuanting kutatása egy többfunkciós kodonelemző optimalizálási platform felépítéséről és alkalmazásáról [D] Hangzhou: Zhejiang University, 2020

[9] Hershberg R, Petrov D A. Selection on codon bias [J]. Annu Rev Genet, 2008, 42: 287-299.

[10] Lyu XL, Yang Q, Zhao FZ és mások. A kodonhasználat és a transzlációs elongációból származó fehérjehossz-függő visszacsatolás szabályozza a transzláció iniciációját és az elongációs sebességet [J]. Nucleic Acids Res, 2021, 49(16): 9404-9423.

[11] Shi Yanshuo, Zhao Yongxing A kodonpreferencia elemzése a panax növények kloroplaszt genomjában [J] Molecular Plant Breeding, 2022, 20 (19): 6350-6361

[12] Song Yun, Jia Mengjun, Chen Liang és munkatársai Lonicera japonica ICE1 gén kodonpreferencia-analízise és receptorrendszer szelekciója [J] Journal of Plant Physiology, 2020, 56 (11): 2459-2468

[13] Li Xianhuang, Yang Shengchao, Xin Yaxuan és munkatársai Az Erigeron breviscapus kloroplasztisz genomjának kodonpreferenciájának elemzése [J] Journal of Yunnan Agricultural University: Natural Science, 2021, 36 (3): 384-392

[14] Zhang Junyan, Zeng Yang, Li Jinping és munkatársai Kodonpreferencia elemzése két gyógyászati ​​Swertia faj kloroplaszt genomjában [J] Chinese Journal of Traditional Chinese Medicine Information, 2022, 29 (1): 96-102

[15] Wu Xianming, Wu Songfeng, Ren Daming és munkatársai A kodontorzítás elemzési módszerei és a kapcsolódó kutatási eredmények [J] Genetics, 2007, 29 (4): 420-426

[16] Rosenberg MS, Subramanian S, Kumar S. Átmeneti mutációs torzítások mintái emlős genomokon belül és között [J]. Mol Biol Evol, 2003, 20(6): 988-993.

[17]

Yang Guofeng, Su Kunlong, Zhao Yiran és munkatársai Analysis of Codon Preference in Chloroplasts of Medicago truncatum L. [J] Journal of Grassland Industry, 2015, 24 (12): 171-179

[18] Hou Zhe, Lou Xiaoming, Li Ang és munkatársai A Pinus tangutorum kloroplaszt genomjának szekvenálása és kodonpreferencia elemzése [J] Journal of Southwest Forestry University: Natural Science Edition: 2020, 18:1-13

[19] Sharp PM, Li W H. Az Escherichia coli szabályozó génjeinek kodonhasználata nem tükrözi a „ritka” kodonok szelekcióját [J]. Nucleic Acids Res, 1986, 14(19): 7737-7749.

[20] Lu Qifeng, Luo Wenhua, Huang Zhihuan A wutong [J] Guangxi Botany két kloroplaszt genomjának kodonhasználati torzítás elemzése, 2020, 40 (2): 173-183

[21] Sueoka N. Irányított mutációs nyomás és semleges molekuláris evolúció [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1988, 85(8): 2653-2657.

[22] Wright F. A génben használt „effektív kodonok száma” [J]. Gene, 1990, 87(1): 23-29.

[23] Romero H, Zavala A, Musto H. A Chlamydia trachomatis kodonhasználata szál-specifikus mutációs torzítások és a szelektív erők összetett mintázata [J]. Nucleic Acids Res, 2000, 28(10): 2084-2090.

[24] Jin Gang, Qin Xu, Long Lingyun és munkatársai A kodonok használati jellemzői a szizálkender kloroplaszt genomját kódoló szekvenciában [J] Journal of Fujian A&F University: Natural Science Edition, 2018, 47 (6): {{ 4}}

[25] Sueoka N. A 2. paritásszabály transzlációval összefüggő megsértése emberi génekben nem az oka a harmadik kodonpozíció DNS G és C tartalmának heterogenitásának [J]. Gene, 1999, 238(1): 53-58.

[26] Lloyd AT, Sharp P M. A kodonhasználati minták evolúciója: A Candida albicans és a Saccharomyces cerevisiae közötti eltérés mértéke és természete [J]. Nucleic Acids Res, 1992, 20(20): 5289-5295.

[27] Grantham R., Gautier C., Gouy M. és mtsai. A kodonkatalógus használata a génexpresszivitásra modulált genomstratégia [J]. Nucleic Acids Res, 1981, 9(1): r43-r74.

[28] Wang HC, Hickey D. A. A kodonhasználati minták gyors eltérése a rizs genomon belül [J]. BMC Evol Biol, 2007, 7(1): S6.

[29] Xiang H, Zhang RZ, Butler RR 3rd, et al. Mikrosporid genomok kodonhasználati torzítási mintáinak összehasonlító elemzése [J]. PLoS One, 2015, 10(6): e0129223.

[30] Jiang Y, Deng F, Wang HL és mások. A bakulovírusok globális kodonhasználati mintázatának kiterjedt elemzése [J]. Arch Virol, 2008, 153(12): 2273-2282.

[31] Sharp PM, Matassi G. Kodonhasználat és genom evolúció [J]. Curr Opin Genet Dev, 1994, 4(6): 851-860.

[32] Wang ZJ, Xu BB, Li B és mások. A kodonhasználati minták összehasonlító elemzése hat Euphorbiaceae faj kloroplasztisz genomjában [J]. PeerJ, 2020, 8: e8251.

[33] Shields DC, Sharp P M. A Bacillus subtilis szinonim kodonhasználata a transzlációs szelekciót és a mutációs torzításokat egyaránt tükrözi [J]. Nucleic Acids Res, 1987, 15(19): 8023-8040.

[34] Plotkin JB, Kudla G. Szinonim, de nem ugyanaz: A kodontorzítás okai és következményei [J]. Nat Rev Genet, 2011, 12(1): 32-42.

[35] Zhang RZ, Zhang L, Wang W et al. Különbségek a kodonhasználati torzításban a fotoszintézishez kapcsolódó gének és a kloroplasztiszgenomok genetikai rendszerhez kapcsolódó génjei között kultivált és vadon élő Solanum fajokban [J]. Int. J. Mol Sci, 2018, 19(10): 3142.

[36] Ma Mengli, Zhang Wei, Meng Hengling és munkatársai A kardamom nemzetségbe tartozó gyógynövények kloroplasztisz genomjában előforduló kodon torzítás elemzése [J] Chinese herbal medicine, 2021, 52 (12): 3661-3670

[37] Wu Miaoli, Chen Shipin, Chen Hui A kodonhasználati torzítás elemzése a bambusz alcsalád kloroplasztisz genomjában [J] Journal of Forestry and Environment, 2019, 39 (1): 9-14

[38] Zhang WJ, Zhou J, Li ZF és mások. Kodonhasználati minták összehasonlító elemzése mitokondriumok, kloroplasztok között

és nukleáris gének a Triticum aestivum L [J]-ben. J Integr Plant Biol, 2007, 49(2): 246-254.

[39] Wang Wenbin, Yu Huan, Qiu Xiangpo Az ismétlődő szekvencia és kodonpreferencia elemzése a Scutellaria baicalensis kloroplaszt genomjában [J] Molecular Plant Breeding, 2018, 16 (8): 2445-2452

[40] Shang Mingzhao, Liu Fang, Hua Jinping és munkatársai A kodonhasználati torzítás elemzése a hegyvidéki gyapot kloroplasztisz genomjában [J] Chinese Agricultural Science, 2011, 44 (2): 245-253

[41] Zhou M, Long W, Li X. Patterns of synonymous codon usage bias in kloroplaszt genom magnövények [J]. For Stud China, 2008, 10(4): 235-242.

[42] Zhang Yuerong kodonhasználati minták a Gramineae kloroplasztisz genomjában és RNS szerkesztési analízis az Eupatorium adenophorum kloroplasztjában [D] Yang Ling: Northwest A&F University, 2013

[43] Zhou Tao, Yang Lin, Shu Junxia és mtsai. A kodonpreferencia elemzése három Michelia növényfaj kloroplasztisz genomjában [J] Western Forestry Science, 2022, 51 (3): 91-100

[44] Miao Y, Chen H, Xu W és mtsai. A kis egykópiás (SSC) régió szerkezeti mutációi öt Cistanche faj plasztid genomjában és fajok közötti azonosítás [J]. BMC Plant Biol, 2022, 22(1): 412.