استخدام Codon لتحليل التحيز لجينوم البلاستيدات الخضراء

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

1. كلية الصيدلة ، جامعة جيانغشي للطب الصيني ، نانتشانغ 330004 ، الصين 2. معهد تطوير النباتات الطبية ، الأكاديمية الصينية للعلوم الطبية وكلية طب اتحاد بكين ، بكين 100193 ، الصين 3. كلية الصيدلة ، جامعة دالي ، دالي 671000 ، الصين

خلاصة: الهدف هو توضيح تحيز استخدام الكودون والعوامل المؤثرة في جينوم البلاستيدات الخضراء في أربعة نباتات طبية من Cistanche spp.

طُرقمعلمات تحيز استخدام الكودون لـCistanche Deserticolaو C. salsa و C. sinensis و C. tubulosa بواسطة CUSP و CodonW 1.4.2 و SPSS و Microsoft Excel.

نتائجكان لجينومات البلاستيدات الخضراء لأربعة أنواع من Cistanche أنماط استخدام مشابه للشفرات ، حيث تنتهي القاعدة الثالثة من الكودونات جميعها بـ A / T وتميل إلى استخدام قواعد A / T بشكل أفضل. كانت قيم ENC (العدد الفعال للكودون) للأنواع الأربعة أعلى من 35 ، مما يشير إلى تفضيل الكودون لجينات البلاستيدات الخضراء في Cistanche spp. ضعيف. أشارت نتائج مخطط الحياد ومؤامرة ENC و PR 2- التحيز وتحليل المراسلات إلى أن الانتقاء الطبيعي كان العامل الرئيسي الذي يؤثر على تحيز استخدام رمز جينوم البلاستيدات الخضراء في Cistanche spp. تم استخدام قيم RSCU (استخدام الكودون المرادف النسبي) لتحديد أربعة أكواد مثالية مشتركة بين أربعة أنواع من Cistanche spp.

خاتمةفي هذه الدراسة ، قمنا بتحليل تحيز استخدام الكودون لجينومات البلاستيدات الخضراء لأربعة أنواع من Cistanche spp. وكشف عن العوامل المؤثرة التي تؤثر على تحيز الكودون ، والتي قدمت الأساس النظري المقابل لدراسة التطور المنهجي والتكيف البيئي وتحسين سلالة Cistanche spp. على المستوى الجزيئي.

الكلمات الدالة:سيستانش هوفمانز. & وصلة؛ Cistanche Deserticola Ma ؛ Cistanche salsa (CA Mey.) G. Beck ؛ سيستانش سينينسيس جي بيك ؛ سيستانش منغوليكا بيك ؛ جينوم البلاستيدات الخضراء تحيز استخدام الكودون الكودونات المثلى

الجينسنغ الصحراوي

Cistanche Hoffmann & Link هو نبات عشبي طفيلي معمر من عائلة Orobanchaceae ، يتم توزيعه بشكل أساسي في أوروبا وآسيا. هناك أربعة أنواع رئيسية من Cistanche في الصين ، موزعة في منغوليا الداخلية ، ونينغشيا ، وقانسو ، وتشينغهاي ، وشينجيانغ. يحتل هذا الجنس من النباتات مكانة بالغة الأهمية في النباتات الطبية الصينية ، ومن بينها Cistanche deserticola Ma الذي يتمتع بأعلى قيمة طبية. نظرًا لنموها الرئيسي في المناطق الصحراوية ، فهي تُعرف باسم "الجينسنغ الصحراوي". ومع ذلك ، فإن النباتات الطبية من جنس Cistanche تواجه صعوبات في الخلط بين تصنيف النبات والاستخدام المختلط للأصناف المتاحة تجاريًا. Chloroplast هو موقع التمثيل الضوئي لمعظم النباتات الخضراء ، والمشاركة في التنمية والأنشطة الأيضية الثانوية [4] ، وتنسيق التعبير الجيني بين الجينوم العضوي والنووي [5].

صحراءالحياة

انقر هنا لعرض منتجات Cistanche

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

تحتوي البلاستيدات الخضراء على جينوم موروث ذاتيًا وتستخدم على نطاق واسع في التحليل الوراثي للنبات ، وتحديد الأنواع ، وأبحاث التعبير عن التنوع الجيني. في السنوات الأخيرة ، مع النضج التدريجي لتقنية التسلسل عالي الإنتاجية لجينوم البلاستيدات الخضراء ، العديد من النباتات من جنس Cistanche ، مثل Cistanche deserticola ، C. salsa (CA Mey.) G. Beck ، C. sinensis G. Beck ، C . tubulosa Wight ، بحثًا عن تسلسل البلاستيدات الخضراء وحلل تطورها وتنوعها الجيني [2، 6-7] ، ومع ذلك ، لم يتم العثور على تقارير بحثية حول تفضيل الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء لنباتات Cistanche.

كودون ، المعروف أيضًا باسم الكود الجيني ، هو جسر يربط بين الأحماض النووية والبروتينات ، وهو عامل مهم لتحديد ونقل المعلومات الجينية البيولوجية ، وجزء مهم من علم الوراثة والتنوع البيولوجي. بسبب الاختلافات في عمليات ترجمة البروتين بين الأنواع المختلفة ، هناك ميل لاستخدام واحد أو عدة أكواد مترادفة محددة أثناء عملية الترجمة. تسمى هذه الظاهرة تحيز استخدام الكودون (CUB) [9] ، والذي يلعب دورًا مهمًا في عمليات التمثيل الغذائي الخلوي مثل ترجمة mRNA ونسخ الحمض النووي والبنية والتعبير والوظيفة والطي المشترك للترجمة البروتينات [10]. شي يانشو وآخرون. [11] حلل تفضيل الكودون لجينومات البلاستيدات الخضراء في أربعة نباتات باناكس لين واستنتج أن العلاقات الجينية بين النباتات من نفس الجنس أقرب ؛ سونغ يون وآخرون. [12] أوضح أنه يمكن تحسين جين ICE1 بناءً على تفضيل الكودون للتعبير عنه تحت ضغط درجات الحرارة المنخفضة ؛ Li Xianhuang et al. [13] وجد أن تفضيل الكودون يمكن أن يعكس العلاقات التطورية بين الأنواع. تشانغ جونيان وآخرون. [14] أثبت أن الطفرة والانتقاء الطبيعي يؤثران معًا على Swertia bimaculate (Sieb. et Zucc.) Hook F. et Thoms. يوفر تفضيل الكودون لجينوم البلاستيدات الخضراء سابقًا لـ CB Clark أساسًا لإدخال وتدجين Swertia. لذلك ، يمكن أن توفر دراسة أنماط استخدام الكودون لجينومات البلاستيدات الخضراء للنبات دعمًا للبيانات لتحسين كفاءة بناء ناقلات التعبير الجيني ، واستكشاف علاقات تطور الأنواع ، وفهم الآليات الجزيئية للتكيف البيولوجي والبيئي ، وتحسين أنواع النباتات [15].

استنادًا إلى التسلسل عالي الإنتاجية ، حللت هذه الدراسة أنماط استخدام أكواد الجينوم البلاستيدات الخضراء لأربعة أنواع من Cistanche ، بما في ذلك Cistanche salsa و Cistanche deserticola و Cistanche tubulosa ، وحددت تفضيل كودون الجينوم البلاستيدات الخضراء والعوامل المؤثرة فيه لأربعة أنواع من Cistanche ، مما يوفر مرجعًا للبحث اللاحق حول اكتشاف التعبير الجيني ، والقدرة على التكيف ، والعلاقة التطورية لجينوم البلاستيدات الخضراء في Cistanche.

1 مادة

تم جمع نباتات Cistanche Deserticola و Salted Cistanche و Sand Cistanche و Tubular Cistanche من مناطق مختلفة (الجدول 1) وتم تحديدها بواسطة Huang Linfang ، الباحث في معهد النباتات الطبية في كلية الطب في اتحاد بكين ، كنباتات كاملة من الجنس Cistanche ، المخزنة في معشبة معهد النباتات الطبية ، كلية طب اتحاد بكين ، عينات القسيمة هي CMPB16201 ، CMPB16202 ، CMPB16203 ، و CMPB16204. تم تحميل تسلسل الجينوم الكامل للبلاستيدات الخضراء إلى GenBank ، مع تضمين أرقام MN614127 (Cistanche deserticola) و MN614128 (Cistanche salina) و MN614129 (Cistanche deserticola) و MN614130 (Cistanche tubulosa). أحجام جينوم البلاستيدات الخضراء لكل من Cistanche deserticola و Salted Cistanche deserticola و Sand Cistanche deserticola و Tubular Cistanche deserticola 109 495 و 111 710 و 111 500 و 75 375 bp على التوالي ، بما في ذلك 60 و 61 و 60 و 53 تسلسل الحمض النووي المشفر للبروتين (CDS). نظرًا لعدم القدرة على الحساب الدقيق لعدد الكودونات الفعالة في التتابعات القصيرة ، تمت إزالة CDS التي يقل طولها عن 300 زوج قاعدي [16]. بالإضافة إلى ذلك ، لا تقوم رموز الإنهاء UAA و UGA و UAG بتشفير أي أحماض أمينية ، و UGG و AUG هما الكودونات الوحيدة للتربتوفان والميثيونين ، على التوالي. هذه الكودونات ليس لها تفضيلات [17]. لذلك ، يبدأ CDS المحدد بـ ATG [18] وينتهي بـ TAA و TAG و TGA لتقليل خطأ النتائج ، وإزالة CDS المكرر. بعد المعالجة ، تم الاحتفاظ بـ 18 CDS لكل نوع واستخدامها للتحليل اللاحق.

الجدول 1 معلومات من العينات

2 طرق

2.1 تحليل تفضيل الكودون

قم بدمج 72 CDS المحدد في ملف fasta باستخدام برنامج CUSP https: //www.bioinformatics. احسب إجمالي محتوى GC (GCall) لمنطقة ترميز كل جين ومحتوى GC للكودون 1 (GC1) و 2 (GC2) و 3 (GC3) باستخدام nl / cgi bin / emboss / cusp. احسب العدد الفعال للكودونات (ENC) واستخدام الكودون المرادف النسبي (RSCU) باستخدام برنامج CodonW1.4.2 [19] ، وقم بإجراء تحليل المراسلات (COA). بعد ذلك ، تم تنظيم بيانات التحليل ورسمها باستخدام برنامج Microsoft Excel و IBM SPSS19. 0.

2.2 تحليل مؤامرة محايد

يعد تحليل الرسم المحايد أحد طرق تحديد العوامل المؤثرة في تفضيل الكودون [20]. عادةً ما يكون موقع الطفرة في الكودونات المترادفة هو القاعدة الثالثة ، في حين أن موقع الطفرة للكودونات غير المجهولة هو عادةً القاعدة الأولى أو الثانية. ارسم مخطط تبعثر باستخدام متوسط ​​قيم GC1 و GC2 لكل جين (GC12) كمحور رأسي و GC3 كمحور أفقي في برنامج Microsoft Excel لتحليل الارتباط بين GC3 و GC12 ، حيث يمثل كل مبعثر جينًا واحدًا. إذا تم توزيع جميع النقاط قطريًا ، فهذا يشير إلى عدم وجود فرق كبير في القواعد في المواضع الثلاثة للكودون ، والتي تتأثر فقط بضغط الطفرة ؛ إذا كان الارتباط بين تغير GC12 و GC3 منخفضًا جدًا ، فهذا يشير إلى أن الانتقاء الطبيعي هو العامل المؤثر الرئيسي في أسلوب استخدام الكودون [21].

2.3 تحليل مخطط ENC

يمثل ENC الدرجة التي ينحرف بها الكودون عن الاختيار العشوائي [22]. يتم رسم مخطط تبعثر ثنائي الأبعاد في برنامج Microsoft Excel مع ENC باعتباره الإحداثي و GC3 باعتباره الإحداثي السيني. يتم رسم المنحنى القياسي باستخدام الصيغة ENC =2 بالإضافة إلى GC3 زائد 29 / [GC 3 2 زائد (1- GC3) 2] ، حيث يمثل كل مبعثر عاملًا أساسيًا واحدًا. يمكن أن يعكس مخطط التبعثر العلاقة بين تفضيل استخدام الكودون وتكوين قاعدة الجين. إذا كان تفضيل استخدام الكودون يتأثر بشكل أساسي بضغط الطفرة ، فسيتم وضع الانتثار على المنحنى القياسي أو أقل قليلاً من المنحنى القياسي. على العكس من ذلك ، إذا كان الجين أقل من المنحنى القياسي ، فسوف يتأثر بشكل أساسي بالاختيار وعوامل أخرى [24].

cistanche الأعشاب الصينية

2.4 تحليل مؤامرة PR2

تم استخدام تحليل مؤامرة التحيز PR2 لتحليل محتوى A و T و C و G في القاعدة الثالثة من الكودون ، وتجنب اختلال الطفرة بين A / T و C / G في القاعدة الثالثة من الكودون. قم بإنشاء مخططات مبعثرة باستخدام G3 / (G3 plus C3) كمحور أفقي و A3 / (A3 بالإضافة إلى T3) كمحور رأسي في برنامج Microsoft Excel. حدد درجة واتجاه إزاحة القاعدة عن طريق تحديد مسافة المتجه بين نقطة الانتثار ونقطة المركز (A=T، C=G) [25].

2.5 شهادة توثيق البرامج

تستخلص شهادة توثيق البرامج المحاور والاتجاهات الأكثر تأثيرًا من الفضاء متعدد الأبعاد وتستخدم على نطاق واسع لدراسة الاتجاهات الرئيسية في تغيرات استخدام الكودون بين الجينات [26]. من خلال تحليل الجينات المنفصلة عن محاور COA ، يمكن تحديد الأسباب الرئيسية لتحيز استخدام الكودون [27]. تم استخدام برنامج CodonW1.4.2 في شهادة توثيق البرامج. وفقًا لقيم RSCU لأربعة أنواع من Cistanche ، تم رسم جميع أكواد الجينات في مساحة ناقل الأبعاد 59- لتعكس الاتجاه المتغير لاستخدام الكودون. تمثل نسبة المحور 1 أكبر تأثير على تباين التردد لاستخدام الكودون ، بينما تمثل المحاور الـ 58 المتبقية عوامل تناقص تدريجية. بناءً على استخدام الكودونات المترادفة في الجينات في الفضاءات متعددة الأبعاد ، يمكن تحليل المصادر الرئيسية للتباين [28].

2.6 تحليل الكودون الأمثل

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>1 يعتبر كودون عالي التردد ، والكودون الذي يلبي كلا الشرطين يعتبر الكودون الأمثل [29].

3 النتائج والتحليل

3.1 تحليل تفضيل Codon لجينات البلاستيدات الخضراء

يظهر محتوى GC لجينوم البلاستيدات الخضراء لأربعة أنواع في جنس Cistanche في الشكل 1. محتوى GC (GCall) لمنطقة الترميز الكاملة لـ 18 جينًا من البلاستيدات الخضراء في Cistanche Deserticola و Salina Deserticola و Sand Deserticola و Tubular deserticola تراوحت من 36.60 في المائة إلى 37.22 في المائة. كان محتوى GC للكودونات 1 و 2 و 3 في جينوم البلاستيدات الخضراء من 44.03 بالمائة إلى 44.75 بالمائة و 38.97 بالمائة إلى 39.82 بالمائة و 25.80 بالمائة إلى 27.08 بالمائة على التوالي. أظهرت النتائج أن متوسط ​​محتوى GC لجميع الأنواع الأربعة كان أقل من 50 في المائة ، مما يشير إلى أن جينومات البلاستيدات الخضراء للأنواع الأربعة تميل إلى استخدام قواعد A / T وكودونات مع نهايات A / T. تتراوح قيم ENC من 20 (التفضيل الشديد ، مع كودون واحد فقط لكل حمض أميني) إلى 61 (بدون تفضيل ، مع استخدام جميع الكودونات المترادفة بشكل موحد لكل حمض أميني). عندما تكون قيمة ENC أقل من أو تساوي 35 ، يُعتبر أن هناك تفضيلًا مهمًا جدًا لاستخدام الكودون [22،30]. قيم ENC لمناطق ترميز جينوم البلاستيدات الخضراء لجميع الأنواع الأربعة أكبر من 35 ، مما يشير إلى تفضيل ضعيف للكودون في جين البلاستيدات الخضراء لأنواع Cistanche.

يوضح الشكل 2. تحليل الارتباط بين تعداد GC1 و GC2 و GC3 و GCall و ENC وكودون (CC) لجينات البلاستيدات الخضراء في أربعة أنواع من جنس Cistanche. (ص<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 هو 48.4 بالمائة و 50 بالمائة و 51.6 بالمائة و 46.9 بالمائة على التوالي. من بينها ، عدد الأحماض الأمينية المنتهية في A / U هو 27 و 27 و 28 و 26 على التوالي. يشير هذا إلى أن تكرار حدوث A أو U في جينوم البلاستيدات الخضراء لجنس Cistanche مرتفع نسبيًا ، وهو الكودون المفضل في جينوم البلاستيدات الخضراء لهذا الجنس. معظم الأحماض الأمينية مع RSCU<1 end in G/C, indicating that these are nonpreferred codons of the chloroplast genes in the genus Cistanche.

3.2 تحليل مؤامرة محايد

يظهر الرسم التخطيطي المحايد لجينات البلاستيدات الخضراء في جنس Cistanche في الشكل 3. معاملات الارتباط بين GC12 و GC3 في Cistanche deserticola و Saline Cistanche deserticola و Sand Cistanche deserticola و Tubular Cistanche deserticola 0. {{5} } 83 ، 0. 0 84 و 0.033 و 0.245 على التوالي ، ولا تصل الارتباطات إلى مستوى معنوي (P =0. 05) ، مما يشير إلى أن ضغط الطفرة لا يحتوي تأثير كبير على تحيز استخدام الكودون ؛ يُظهر منحدر رسم الخرائط المحايدة أن ضغط الطفرة لأربعة أنماط استخدام كودون الجينوم البلاستيدات الخضراء يمثل 4.44 في المائة ~ 32 في المائة ، مما يشير إلى أن ضغط الطفرة لأربعة أنماط استخدام كودون الجينوم البلاستيدات الخضراء يمثل نسبة صغيرة ، والانتقاء الطبيعي هو الأساس عامل يؤثر على تحيز استخدام الكودون.

الشكل 1 محتوى GC لمواضع مختلفة من الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء في Cistanche

الشكل 2 تحليل الارتباط للمعلمات المتعلقة بجينوم البلاستيدات الخضراء لـ Cistanche

الجدول 2 تحليل RSCU لمنطقة ترميز البروتين في البلاستيدات الخضراء في Cistanche

3.3 تحليل مخطط ENC

مخططات مؤامرة ENC لأربعة أنواع في جنس Cistanche موضحة في الشكل 4. معظم الجينات على مسافة معينة من المنحنى القياسي ، مع توزيع عدد صغير فقط من الجينات على المنحنى القياسي. يشير هذا إلى وجود انحراف معين وتحيز ضعيف بين القيم الفعلية والنظرية لـ ENC. يتم توزيع معظم الجينات أسفل المنحنى القياسي ، مما يشير إلى أن التحيز الجيني يتأثر بشكل أساسي بالانتقاء الطبيعي.

3.4 تحليل مؤامرة PR2

تتوزع الجينات في Cistanche deserticola و C. salina و C. تظهر النتائج أن معظم الجينات بعيدة عن المركز وموزعة في الزاوية اليمنى السفلى. وتجدر الإشارة إلى أنه لم يتم توزيع أي جينات تقريبًا في الزاوية اليسرى السفلية ، مما يشير إلى أن استخدام GC3 يتأثر بشكل أساسي بالانتقاء الطبيعي ، وأن G3 من النباتات الأربعة لديها تحيز في استخدام T / G.

الشكل 3 تحليل مخطط الحياد

الشكل 4 تحليل مؤامرة ENC

الشكل 5 PR 2- تحليل قطعة الأرض

3.5 تحليل المراسلات

من أجل التحقيق في مصدر اختلاف كودون البلاستيدات الخضراء في جنس Cistanche ، تم إجراء تحليل المراسلات بناءً على قيم RSCU على أكواد جينومات البلاستيدات الخضراء في Cistanche deserticola و Salina deserticola و Sand Deserticola و Tubular deserticola (الشكل 6). يمثل التباين التفسير التراكمي للمحاور الأربعة الأولى 52.97 في المائة و 53.96 في المائة و 53.29 في المائة و 52.18 في المائة من التباين الإجمالي ، وشكل التباين القابل للتفسير للمحور الأول 17.89 في المائة و 18.70 في المائة و 17.39 في المائة و 17.57 في المائة من التباين الكلي ، على التوالي ، فإن الاختلافات القابلة للتفسير للمحاور من الثاني إلى الرابع هي Cistanche deserticola (12.87٪ ، 11.35٪ ، و 10.87٪) ، Saline Cistanche deserticola (12.91٪ ، 12. 00٪ ، 10.34٪ ) ، و Sand Cistanche Deserticola (13.10 بالمائة و 12.07 بالمائة و 10.73 بالمائة) و ​​Tubular Cistanche deserticola (12.12 بالمائة و 11.65 بالمائة و 10.83 بالمائة) على التوالي. تحتوي المحاور الثانية والثالثة والرابعة للأنواع الأربعة على تباين أقل قابلية للتفسير من المحور الأول ، لذا فإن المحور الأول له أكبر مساهمة في تحيز الكودون ، لكن المحور الأول لا يمثل سوى جزء من اختلاف استخدام الكودون في الجينوم من C.

3.6 تحليل الكودون الأمثل

يظهر تحليل الكودون الأمثل لأربعة أنواع في جنس Cistanche في الجدول 3.

الشكل 6 تحليل المقابلة

الجدول 3 الكودونات المثلى في جينوم البلاستيدات الخضراء في سيستانش

Underline: Codon usage with the value of RSCU>1 ؛ *: △ RSCU أكبر من أو يساوي 0. 0 8 ، **: △ RSCU أكبر من أو يساوي 0. 3 ، ***: △ RSCU أكبر من أو يساوي إلى 0.5 ؛ يتم تمييز الكودونات المثلى في المبالغة

أظهرت النتائج أن هناك 1 0 ، و 11 ، و 13 ، و 12 ، و Deserticola ، و Deserticola ، و Deserticola ، و Deserticola ، على التوالي. من بينها ، Cistanche deserticola و Salina deserticola هما الأكثر تشابهًا ، مع ما مجموعه 9 أكواد متطابقة (الشكل 7) ، و 4 كودونات (GUA و UCA و CCU و ACA) تتقاسمها الأنواع الأربعة. في الكودون الأمثل الشائع ، يوجد واحد فقط RSCU أكبر من 0.5 ، وهو GUA.

الشكل 7 مخطط فين من الرموز المثلى

4. مناقشة

يشير تفضيل Codon إلى تواتر الكودونات المترادفة المختلفة المستخدمة في عملية ترجمة البروتين ، وهي سمة مهمة لتطور الجينوم البيولوجي. يرتبط تفضيل Codon بمحتوى GC ، ووفرة الحمض النووي الريبي ، ومستوى التعبير الجيني ، وبنية البروتين ، وعوامل أخرى [15]. تعد دراسة تحيز كودون النبات ذا أهمية كبيرة للاستكشاف المتعمق للتطور الجزيئي وتعبير البروتين الأجنبي [31-32]. من بين العديد من العوامل التي تؤثر على تفضيل الكودون ، والطفرة ، والانتقاء الطبيعي هي العوامل المهيمنة. يجعل الانتقاء الطبيعي النباتات رمزًا تفضيليًا أفضل كودون في الترجمة. ستؤدي الطفرة إلى وجود بعض الكودونات غير المفضلة في النباتات [33-34]. لذلك ، في هذه الدراسة ، يكون ضغط الطفرة الجينية وضغط الانتقاء الطبيعي معنيين بشكل وثيق.

Cistanche Deserticola YCMa (2)

في هذه الدراسة ، كان محتوى GCall في جينومات البلاستيدات الخضراء في Cistanche deserticola و Cistanche Deserticola و Sand Cistanche Deserticola و Tubular Cistanche Deserticola من 36.60 بالمائة إلى 37.22 بالمائة ، مع تراوحت محتويات GC1 و GC2 و GC3 من 44.03 بالمائة إلى 44.75 بالمائة ، 38.97 في المائة إلى 39.82 في المائة ، و 25.80 في المائة إلى 27.08 في المائة على التوالي ، وكلها كانت أقل من 50 في المائة. يشير هذا إلى أن القاعدة الثالثة لجينات البلاستيدات الخضراء في الأنواع الأربعة من جنس Cistanche تنتهي في الغالب في A / T أو تميل أكثر نحو قواعد A / T ، وهو ما يتوافق مع التقارير السابقة عن Euphorbiaceae [32] ، Solanaceae [35] البلاستيدات الخضراء دراسات الجينوم للنباتات مثل الجينسنغ [11] والهيل [36] متسقة ، مما يشير إلى وجود تشابه معين في تفضيلات استخدام الكودون بين الأنواع المختلفة من جينات البلاستيدات الخضراء.

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 و Populus euphratica Oliv أظهرت نباتات Poaceae Barnhart [42] نتائج غير متسقة لـ A=T و G=C. يمكن ملاحظة أن هناك اختلافات كبيرة في التركيب الأساسي لجينومات البلاستيدات الخضراء بين النباتات المختلفة ، مما يؤدي إلى تفضيلات الكودونات المختلفة. قيمة ENC هي المعيار للحكم على قوة تفضيل الكودون. عندما يكون ENC أقل من 35 ، يكون تحيز استخدام الكودون أكبر ، وعندما يكون ENC أعلى من 35 ، يكون التحيز أصغر. في الأنواع النباتية الأربعة من جنس Cistanche ، تكون قيم ENC لمنطقة ترميز جينوم البلاستيدات الخضراء أكبر من 35 ، مما يشير إلى تفضيل ضعيف للكودون في جين البلاستيدات الخضراء من جنس Cistanche. في تحليل الارتباط ، أظهر GCall للأنواع الأربعة علاقة ارتباط ذات دلالة إحصائية مع GC1 و GC2. بالإضافة إلى ذلك ، تباينت ارتباطات القيم الأخرى. نظرًا للموائل المختلفة لهذه الأنواع الأربعة من Cistanche ، يمكن الاستدلال على أن بيئات النمو المختلفة قد تؤدي إلى اختلافات GC بين الأنواع المختلفة.

تشير نتائج تحليل الخرائط المحايدة وتحليل مخطط ENC ومؤامرة PR2 إلى أن أكواد جينوم البلاستيدات الخضراء في Cistanche deserticola و C. salina و C. النتائج المعلنة لـ Amoum Roxb [36] Michelia Linn النتائج متسقة مع تلك الخاصة بالنباتات في جنس الجينسنغ [11] ، لكن Medicago truncatula Gaertn [17] Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. و Populus przewalskii Maxim إن تفضيل الكودون لجينومات البلاستيدات الخضراء في نباتات مثل [41] يتأثر أساسًا بالطفرات ، مما يشير إلى أن تفضيل الكودون للنباتات المختلفة هو نتيجة شاملة لعدة عوامل.

المكونات الكيميائية الرئيسية لـ Cistanche deserticola

يُظهر تحليل الكودون الأمثل أن أرقام الكود الأمثل لـ Cistanche deserticola و Saline Cistanche deserticola و Sand Cistanche deserticola و Tubular Cistanche deserticola هي 10 و 11 و 13 و 12 ، مع رقم كودون أمثل مشترك هو 4. ومن الجدير بالذكر أن تشترك Cistanche Deserticola و Cistanche Deserticola المملحة في 9 أكواد مثلى متطابقة ، مما يجعلها النوعين الأكثر تشابهًا بين الأنواع الأربعة في جنس Cistanche. يمكن الاستدلال على أنه داخل جنس Cistanche ، فإن Cistanche deserticola و Salted Cistanche deserticola لهما تفضيلات مماثلة لاستخدام الكودون وعلاقات أقرب للتطور ، وهو ما يتوافق مع الاستنتاجات التي حصل عليها Miao Yujing et al. [44] ويانغ كياوكياو وآخرون. [2] من خلال التحليل الوراثي للجنس Cistanche.

حللت هذه الدراسة أولاً جنس Cistanche المحلي بناءً على تفضيل الكودون لجينوم البلاستيدات الخضراء ، وأوضحت بشكل منهجي العوامل التي تؤثر على تفضيل الكودون ، وكشفت أن العوامل التي تؤثر على تفضيل الكودون كانت مرتبطة بضغط الانتقاء الطبيعي ، وتم فحص الكودون الأمثل ، ووجدت أن العلاقة الجينية بين Cistanche و C. salina داخل الجنس كانت أوثق. يوفر هذا الأساس العلمي والدعم النظري لبحوث الهندسة الوراثية اللاحقة ، وتحديد الموارد ، وبناء جينات التعبير الخارجية لأنواع Cistanche.

مرجع

[1] لجنة تحرير فلورا الصين ، الأكاديمية الصينية للعلوم فلورا أوف الصين (المجلد 42 ، القسم 1) [M] بكين: مطبعة العلوم ، 1993: 26-29

[2] تحليل الجينوم الكامل لـ Yang Qiaoqiao ، الجينوم المقارن ، ودراسة النشوء والتطور للبلاستيدات الخضراء في نباتات Cistanche الصينية [د] بكين: كلية الطب في اتحاد بكين ، 2019

[3] Zhang Xinhua و Gao Han و Wang Jia وآخرون تحليل جودة Cistanche deserticola في تقييم أخذ عينات من الأدوية في منغوليا الداخلية [J] China Pharmaceutical ، 2022 ، 31 (7): 85-88

[4] Wicke S ، Schneeweiss GM ، DePamphilis CW ، وآخرون. تطور الكروموسوم البلاستيد في النباتات البرية: المحتوى الجيني ، الترتيب الجيني ، الوظيفة الجينية [J]. Plant Mol Biol، 2011، 76 (3/4/5): 273-297.

[5] Woodson JD، Chory J. تنسيق التعبير الجيني بين الجينوم العضوي والنووي [J]. نات ريف جينيت ، 2008 ، 9 (5): 383-395.

[6] Xu WQ و Chen HM و Tian LX وآخرون. فقدان جيني واسع النطاق في بلاستوم نبات الطفيليات الشاملة Cistanche tubulosa (Orobanchaceae) [J]. Mitochondrial DNA B Resour، 2020، 5 (3): 2679-2681.

[7] Li X و Zhang TC و Qiao Q وآخرون. يكشف التسلسل الكامل لجينوم البلاستيدات الخضراء في Holoparasite Cistanche deserticola (Orobanchaceae) فقدان الجينات ونقل الجينات الأفقي من مضيفه Haloxylon amodendron (Chenopodiaceae) [J]. بلوس وان ، 2013 ، 8 (3): e58747.

[8] بحث Zheng Yuanting حول بناء وتطبيق منصة تحسين تحليل الكودون متعددة الوظائف [D] Hangzhou: Zhejiang University ، 2020

[9] Hershberg R، Petrov D A. التحديد على تحيز الكودون [J]. Annu Rev Genet، 2008، 42: 287-299.

[10] Lyu XL ، Yang Q ، Zhao FZ ، وآخرون. ينظم استخدام الكودون والتغذية المرتدة المعتمدة على طول البروتين من استطالة الترجمة بدء الترجمة وسرعة الاستطالة [J]. Nucleic Acids Res، 2021، 49 (16): 9404-9423.

[11] شي يانشو ، تحليل Zhao Yongxing لتفضيل الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء لنباتات Panax [J] Molecular Plant Breeding ، 2022 ، 20 (19): 6350-6361

[12] Song Yun ، Jia Mengjun ، Chen Liang ، وآخرون تحليل تفضيلات Codon واختيار نظام المستقبل لجين Lonicera japonica ICE1 [J] Journal of Plant Physiology ، 2020 ، 56 (11): 2459-2468

[13] Li Xianhuang، Yang Shengchao، Xin Yaxuan، et al. تحليل تفضيل الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء في Erigeron breviscapus [J] Journal of Yunnan Agricultural University: Natural Science، 2021، 36 (3): 384-392

[14] Zhang Junyan ، Zeng Yang ، Li Jinping ، وآخرون تحليل Codon Preferences in Chloroplast Genomes of Two Medicinal Swertia Species [J] المجلة الصينية لمعلومات الطب الصيني التقليدي ، 2022 ، 29 (1): 96-102

[15] Wu Xianming و Wu Songfeng و Ren Daming وآخرون طرق التحليل والتقدم البحثي المتعلق بتحيز الكودون [J] علم الوراثة ، 2007 ، 29 (4): 420-426

[16] Rosenberg MS، Subramanian S، Kumar S. أنماط تحيزات الطفرات الانتقالية داخل وبين جينومات الثدييات [J]. مول بيول إيفول ، 2003 ، 20 (6): 988-993.

[17]

Yang Guofeng و Su Kunlong و Zhao Yiran وآخرون تحليل Codon Preferences in Chloroplasts of Medicago truncatum L. [J] Journal of Grassland Industry ، 2015 ، 24 (12): 171-179

[18] Hou Zhe ، Lou Xiaoming ، Li Ang ، وآخرون تحليل التسلسل وتفضيل الكودون لجينوم البلاستيدات الخضراء في Pinus tangutorum [J] Journal of Southwest Forestry University: Natural Science Edition: 2020، 18: 1-13

[19] استخدام Sharp PM، Li W H. Codon في الجينات التنظيمية في الإشريكية القولونية لا يعكس اختيار الكودونات "النادرة" [J]. Nucleic Acids Res، 1986 ، 14 (19): 7737-7749.

[20] Lu Qifeng ، Luo Wenhua ، Huang Zhihuan Codon ، تحليل التحيز لاستخدام اثنين من جينومات البلاستيدات الخضراء في wutong [J] Guangxi Botany ، 2020 ، 40 (2): 173-183

[21] Sueoka N. ضغط الطفرة الاتجاهية والتطور الجزيئي المحايد [J]. Proc Natl Acad Sci USA، 1988، 85 (8): 2653-2657.

[22] Wright F. "العدد الفعال للكودونات" المستخدمة في الجين [J]. جين ، 1990 ، 87 (1): 23-29.

[23] Romero H، Zavala A، Musto H. Codon الاستخدام في المتدثرة الحثرية هو نتيجة للتحيزات الطفرية الخاصة بالخيوط ونمط معقد من القوى الانتقائية [J]. Nucleic Acids Res، 2000، 28 (10): 2084-2090.

[24] Jin Gang ، Qin Xu ، Long Lingyun ، وآخرون خصائص استخدام الكودونات في تسلسل ترميز جينوم البلاستيدات الخضراء لقنب السيزال [J] Journal of Fujian A&F University: Natural Science Edition، 2018، 47 (6): {{ 4}}

[25] Sueoka N. الانتهاك المقترن بالترجمة لقاعدة التكافؤ 2 في الجينات البشرية ليس سببًا لعدم تجانس محتوى DNA G زائد C لموضع الكودون الثالث [J]. جين ، 1999 ، 238 (1): 53-58.

[26] Lloyd AT، Sharp P M. تطور أنماط استخدام الكودون: مدى وطبيعة الاختلاف بين المبيضات البيضاء و Saccharomyces cerevisiae [J]. Nucleic Acids Res، 1992، 20 (20): 5289-5295.

[27] جرانثام آر ، غوتييه سي ، جوي إم وآخرون. استخدام كتالوج كودون هو استراتيجية جينوم معدلة للتعبير الجيني [J]. Nucleic Acids Res، 1981، 9 (1): r 43- r74.

[28] وانج HC ، هيكي دي أ. الاختلاف السريع في أنماط استخدام الكودون داخل جينوم الأرز [J]. BMC Evol Biol، 2007 ، 7 (1): S6.

[29] Xiang H ، Zhang RZ ، Butler RR 3rd ، وآخرون. تحليل مقارن لأنماط التحيز لاستخدام الكودون في جينومات ميكروسبوريديان [J]. بلوس وان ، 2015 ، 10 (6): e0129223.

[30] جيانغ واي ، دينغ ف ، وانغ هيل ، وآخرون. تحليل شامل لنمط استخدام الكودون العالمي لفيروسات البكتيريا [J]. أرش فيرول ، 2008 ، 153 (12): 2273-2282.

[31] Sharp PM، Matassi G. استخدام كودون وتطور الجينوم [J]. Curr Opin Genet Dev، 1994 ، 4 (6): 851-860.

[32] Wang ZJ ، Xu BB ، Li B ، وآخرون. تحليل مقارن لأنماط استخدام الكودون في جينومات البلاستيدات الخضراء لستة أنواع من الفربيون [J]. PeerJ، 2020، 8: e8251.

[33] Shields DC، Sharp P M. يعكس استخدام الكودون المرادف في Bacillus subtilis الاختيار متعدية والتحيزات الطفرية [J]. Nucleic Acids Res، 1987، 15 (19): 8023-8040.

[34] Plotkin JB، Kudla G. مرادف لكن ليس نفس الشيء: أسباب وعواقب تحيز الكودون [J]. نات ريف جينيت ، 2011 ، 12 (1): 32-42.

[35] Zhang RZ، Zhang L، Wang W، et al. الاختلافات في تحيز استخدام الكودون بين الجينات المرتبطة بالتمثيل الضوئي والجينات المرتبطة بالنظام الجيني لجينومات البلاستيدات الخضراء في أنواع Solanum المزروعة والبرية [J]. Int J Mol Sci ، 2018 ، 19 (10): 3142.

[36] Ma Mengli و Zhang Wei و Meng Hengling وآخرون تحليل تحيز الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء للنباتات الطبية في جنس الهيل [J] الطب العشبي الصيني ، 2021 ، 52 (12): 3661-3670

[37] Wu Miaoli، Chen Shipin، Chen Hui تحليل تحيز استخدام الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء لعائلة الخيزران الفرعية [J] Journal of Forestry and Environment، 2019 ، 39 (1): 9-14

[38] Zhang WJ و Zhou J و Li ZF وآخرون. تحليل مقارن لأنماط استخدام الكودون بين الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء

والجينات النووية في Triticum aestivum L [J]. J Integr Plant Biol، 2007، 49 (2): 246-254.

[39] Wang Wenbin ، Yu Huan ، Qiu Xiangpo تحليل تسلسل التكرار وتفضيل الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء في Scutellaria baicalensis [J] Molecular Plant Breeding ، 2018 ، 16 (8): 2445-2452

[40] Shang Mingzhao ، Liu Fang ، Hua Jinping ، وآخرون تحليل تحيز استخدام الكودون في جينوم البلاستيدات الخضراء لقطن المرتفعات [J] العلوم الزراعية الصينية ، 2011 ، 44 (2): 245-253

[41] Zhou M، Long W، Li X. أنماط استخدام الكودون المرادف في جينومات البلاستيدات الخضراء لنباتات البذور [J]. بالنسبة إلى Stud China ، 2008 ، 10 (4): 235-242.

[42] أنماط استخدام Zhang Yuerong Codon في جينوم البلاستيدات الخضراء لتحليل Gramineae وتحرير RNA في البلاستيدات الخضراء في Eupatorium adenophorum [D] Yang Ling: Northwest A&F University، 2013

[43] Zhou Tao ، Yang Lin ، Shu Junxia ، وآخرون تحليل تفضيل الكودون في جينومات البلاستيدات الخضراء لثلاثة أنواع من نباتات Michelia [J] Western Forestry Science ، 2022 ، 51 (3): 91-100

[44] Miao Y و Chen H و Xu W وآخرون. الطفرات الهيكلية لمنطقة نسخة مفردة صغيرة (SSC) في جينومات البلاستيد لخمسة أنواع من أنواع Cistanche وتحديد الأنواع بين الأنواع [J]. مصنع بيول BMC ، 2022 ، 22 (1): 412.