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‘白毫早’叶绿体与线粒体基因组密码子偏好性分析
1
作者 曾文娟 刘珊 +4 位作者 文聪 张其湘 黄静 龚意辉 陈致印 《茶叶科学》 北大核心 2025年第4期587-603,共17页
密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的关键驱动机制,在植物细胞器基因组演化中具有重要生物学意义。以茶树品种‘白毫早’(Camellia sinensis cv.‘Baihaozao’)为对象,系统解析其叶绿体(52个基因)与线粒体(29个基因)基因组的... 密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的关键驱动机制,在植物细胞器基因组演化中具有重要生物学意义。以茶树品种‘白毫早’(Camellia sinensis cv.‘Baihaozao’)为对象,系统解析其叶绿体(52个基因)与线粒体(29个基因)基因组的密码子使用模式及进化驱动力。结果表明:(1)叶绿体基因组平均有效密码子数(ENC=44.57±4.59)显著低于线粒体基因组(ENC=51.87±5.31),两者均呈现弱偏好性特征。中性分析揭示,叶绿体偏好性主要由自然选择主导(GC3s与ENC相关性R^(2)=0.016),而线粒体则受自然选择与突变压力协同调控(R^(2)=0.11),与双子叶植物细胞器基因组的进化约束差异规律一致。(2)相对同义密码子使用度(Relative synonymous codon usage,RSCU)分析表明,两类细胞器基因组均显著偏好以A/U结尾的同义密码子,其中叶绿体高表达基因(如ndhA、rps14)表现出更强的A/U末端偏好性,暗示翻译选择对高表达基因的优化作用。(3)通过多变量统计筛选,确定18个叶绿体最优密码子(GCA、GCU等)及18个线粒体最优密码子(GCA、AGA等),其中GCA在两类细胞器中均被优选,显示跨细胞器功能基因的适应性趋同。本研究阐明了‘白毫早’细胞器基因组密码子使用特征的异质性及其进化驱动力,为茶树分子育种中外源基因的适配性优化及跨细胞器表达调控网络的构建提供了理论依据。 展开更多
关键词 白毫早 叶绿体基因组 线粒体基因组 密码子使用偏好性 最优密码子
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‘槠叶齐’叶绿体与线粒体基因组密码子偏好性分析
2
作者 曾文娟 朱友鹏 +4 位作者 陈嘉欣 李洪玉 王双辉 龚意辉 陈致印 《茶叶科学》 北大核心 2025年第2期201-218,共18页
密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的重要驱动力,在植物细胞器基因组研究中具有特殊意义。‘槠叶齐’(Camellia sinensis cv.‘Zhuyeqi’)作为中国重要的茶树品种,其细胞器基因组密码子使用模式尚未见系统报道。本研究对‘槠... 密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的重要驱动力,在植物细胞器基因组研究中具有特殊意义。‘槠叶齐’(Camellia sinensis cv.‘Zhuyeqi’)作为中国重要的茶树品种,其细胞器基因组密码子使用模式尚未见系统报道。本研究对‘槠叶齐’52个叶绿体编码基因和29个线粒体编码基因开展系统生物学分析。结果表明:(1)‘槠叶齐’叶绿体基因组(ENC=44.64±3.25)和线粒体基因组(ENC=51.98±3.47)均呈现弱密码子偏好性,其中叶绿体偏好性主要受自然选择驱动(GC3s与ENC相关性R2=0.482),而线粒体受自然选择与突变压力共同作用(R2=0.312);(2)相对同义密码子使用度(RSCU)分析揭示两个细胞器基因组均显著偏好以A/U结尾的同义密码子,其中叶绿体基因组高表达基因(rpoC2、psbA等)呈现更强的密码子偏好;(3)通过多参数筛选获得20个叶绿体最优密码子(GCA、GCU等)和23个线粒体最优密码子(GCC、AGG等)。本研究阐明了‘槠叶齐’细胞器基因组密码子使用特征及其进化驱动力,为茶树分子育种体系优化和外源基因高效表达提供了重要理论依据。 展开更多
关键词 槠叶齐 叶绿体基因组 线粒体基因组 密码子使用偏好性 最优密码子
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茶树品种白毫早叶绿体基因组结构特征及其密码子偏好性分析
3
作者 曾文娟 周伟 +3 位作者 何诗恬 贺宁 龚意辉 陈致印 《江苏农业学报》 北大核心 2025年第7期1398-1411,共14页
本研究首次解析了茶树品种白毫早(Camellia sinensis cv.Baihaozao)的完整叶绿体基因组特征。采用Illumina高通量测序技术对白毫早的叶绿体基因组进行从头组装,并借助Geneious平台进行基因注释及微卫星标记检测。同时基于IRscope工具实... 本研究首次解析了茶树品种白毫早(Camellia sinensis cv.Baihaozao)的完整叶绿体基因组特征。采用Illumina高通量测序技术对白毫早的叶绿体基因组进行从头组装,并借助Geneious平台进行基因注释及微卫星标记检测。同时基于IRscope工具实现基因组结构的可视化分析。在密码子使用偏好性评估中,综合采用相对同义密码子使用度(RSCU)、有效密码子数(ENC)及中性绘图法系统解析密码子选择模式及其演化驱动力。结果表明,白毫早茶树叶绿体基因组是总长度为157025 bp的典型四分体环状结构,含有大小为86586 bp的大单拷贝区(LSC)、18277 bp的小单拷贝区(SSC)及1对大小各为26081 bp的反向重复序列(IR)区域;全基因组的G+C含量为37.30%,其中IR区域的G+C含量最高(42.95%),SSC区域的G+C含量最低(30.55%)。白毫早的叶绿体环状基因组共注释了133个功能基因,包括87个蛋白质编码基因、37个转运核糖核酸(tRNA)基因、8个核糖体核糖核酸(rRNA)基因及1个假基因,基因中内含子与外显子的分布呈现显著差异,如trnK-UUU的内含子最大,为2488 bp,ycf2的外显子最长,为6897 bp。此外,本研究检测到247个简单重复序列(SSR)位点,其中单核苷酸重复占比较高(占比为63.56%),且表现出明显的A/T偏好性(97.45%);本研究鉴定出40个长重复序列,包含20个正向重复序列、20个回文重复序列。密码子偏好性分析结果显示,密码子第3位碱基中G+C的平均含量(GC_(3)值)(27.59%)显著低于密码子第1位碱基中G+C的平均含量(GC_(1)值)(46.85%)、密码子第2位碱基中G+C的平均含量(GC_(2))(39.50%)。ENC的均值为44.57,表明密码子的偏好性较弱。中性回归分析结果显示,校正决定系数(R_(adj)^(2))=0.0160,自然选择是起主导作用的进化动力(贡献率为91.47%)。90%最优密码子以A/T结尾,这一特征与通过奇偶规则2(PR2)分析得出的密码子第3位的G含量(G_(3))>密码子第3位碱基中的C含量(C_(3))、密码子第3位的T含量(T_(3))>密码子第3位的A含量(A_(3))的偏好性结果一致。基于31个保守蛋白质编码基因构建系统发育树,结果显示,白毫早茶树与福鼎白毫茶树形成高支持的分支[自举值(bootstrap)=100%],属于山茶属核心类群。本研究结果为茶树遗传资源评价及叶绿体基因组进化机制的研究提供了参考。 展开更多
关键词 茶树 叶绿体基因组 密码子偏好性 最优密码子
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