27种Ardisia物种叶绿体基因组中的密码子使用偏倚

《Acta Physiologiae Plantarum》：Codon usage biases in the chloroplast genomes of 27 Ardisia species

红草属27种植物叶绿体基因CDS密码子使用偏好分析显示，GC含量37.34%-38.39%，第三位碱基以A/T为主，有效密码子数（ENC）均显著高于35，表明密码子使用偏好较弱。自然选择与碱基突变共同作用形成该现象，通过RSCU分析筛选出5个最优密码子（ACA, UAU, CAU, AGA, GGA），为系统发育研究和叶绿体基因改造提供参考。

　　

摘要

叶绿体基因组具有高度的保守性，进化速度较慢。研究叶绿体基因组的密码子使用偏好（CUB）可以阐明基因表达的效率，探讨影响CUB形成的因素，并确定植物系统演化和物种演化的过程。本研究分析了27种Ardisia属植物（包括Ardisia japonica、A. mamillata、A. lindleyana、A. pedalis和A. merrillii等）叶绿体基因编码区（CDS）序列的密码子使用偏好。分析结果表明，27种Ardisia属植物的密码子使用偏好相似，其基因序列以A/T碱基为主，密码子的第三个碱基主要以A/T结尾。27种植物叶绿体基因CDS序列的平均GC含量为37.34%-38.39%，均未超过50%。27种Ardisia属植物叶片叶绿体基因中每个基因的有效密码子数（ENC）介于37.16至57.63之间，均显著高于35，表明这些植物叶绿体基因组的密码子使用偏好相对较弱。ENC-plot、PR2-plot和中性图分析显示，27种Ardisia属植物的密码子使用偏好是由自然选择、碱基突变等多种因素共同作用的结果，其中自然选择起主导作用。通过相对同义密码子使用频率（RSCU）的分析，发现了28个以A/T结尾的高频密码子和28个以G/C结尾的低频密码子。根据RSCU和△RSCU值，研究最终确定了5个最优密码子，分别是ACA（苏氨酸）、UAU（酪氨酸）、CAU（组氨酸）、AGA（精氨酸）和GGA（甘氨酸）。上述结果可为Ardisia属植物的系统演化及后续叶绿体基因组的外源基因改良提供参考。