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密码子使用偏性是指生物体中编码同一种氨基酸的同义密码子的非均衡使用现象。在后基因组时代的今天,大量的研究表明从原核生物基因组到真核生物基因组密码子使用偏性广发存在,并且已经提出了“选择—突变—漂变(selection—mutation—drift)”理论来解释密码子偏性的进化机制。已经知道在大多数细菌、酵母和果蝇等基因组中同义密码子趋向于使用G或C结尾的密码子。这些密码子是稍微有利的,因为他们对应了相应基因组中的tRNA丰度分布,从而有利于基因编码产物的高效合成。了解不同物种的密码子使用特点,可以为外源基因导入过程中的基因改造提供依据,从而实现外源基因的高效表达。鸡是最重要的模式动物和经济动物之一,因此本实验选择了鸡做为试验材料。
本实验从鸡Z染色体上全部基因完整的cDNA序列从NCBI数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/mapview/map)下载,最终共有626个基因的CDS序列纳入统计分析。使用CodonW(1.4.2)进行密码子偏性分析,确定了CGG、AGC、UGC等26个密码子为Z染色体基因表达的“最优”密码子。“最优”密码子的确定为通过分子遗传工程对Z染色体的内源和外源基因进行分子改造,提高特定蛋白的表达量及转基因等提供依据。采用高频密码子分析法,对和鸡在进化关系上比较相近的七种鸟类的线粒体上的编码序列(coding DNA sequence,CDS)进行了分析。计算出同义密码子相对使用频率(relative frequency of synonymous codon,RFSC),确定了七种鸟类的高频率密码子,发现虽然不同种类的鸟密码子上有一些差别,但是偏爱密码子的差别却很小,共性的密码子占绝大多数。仅有Ala,Val和Arg等少数几个氨基酸的偏爱密码子有差别。这种共性提示我们,用不同种类的鸟中任何一种鸟类的偏爱密码子设计的外源基因在其他鸟类中也可以使用。
对应分析表明,影响鸡Z染色体上基因的密码子偏性的主要因素分别为GC3s、基因的表达丰度、GC含量、CDS长度及氨基酸的疏水性。Z染色体基因的密码子用法受到了核苷酸组成偏好的显著影响。因此初步以为,这种核苷酸组成偏好很可能是突变偏畸、固定偏畸及基因转换导致的。对于鸡这种群体有效规模较大的群体,密码子的偏性更有可能是核苷酸组成偏好及选择等因素综合作用的结果。