摘要：
HUNANAGRICULTURALSCIENCES某一物种或某一类基因普遍存在同义密码子非均衡使用的现象，即密码子偏好性，其中最常使用的一种或几种特定的同义密码子被称为最优..... HUNANAGRICULTURALSCIENCES某一物种或某一类基因普遍存在同义密码子非均衡使用的现象，即密码子偏好性，其中最常使用的一种或几种特定的同义密码子被称为最优密码子。大肠杆菌[1-4]、细菌[6-7]、拟南芥[8-9]、玉米[10-11][12]、籼稻[13]、杨树[14-16][17]、牦牛[18]、大豆[19-20]不同物种的某一类功能基因在密码子使用上存在着明显的偏性，而且某些特定基因[21]密码子使用频率与其功能在一定的范围内呈现正相关趋势。然而，有关逆境相关基因密码子用法特征分析还少见报道。因此，拟以来源于不同植物的17个逆境相关基因完整的CDS序列为对象，运用CodonW软件分析各基因的密码子使用特性，并结合SPSS软件使用聚类分析的方法比较不同基因密码子偏好的差异，以期为植物逆境相关功能基因资源的高效利用提供参考。数据来源和分析方法1.1数据来源从GenBank下载几种植物逆境相关基因的全长编收稿日期：2014-04-23基金项目：新疆农业大学资助项目（XJAU201101）作者简介：任燕萍（1985-），女，四川西充县人，实验师，主要从事植物分子生物学研究。
通讯作者：张**2（1.新疆农业大学农业生物技术重点实验室，新疆乌鲁木齐830052；2.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐830052）要：运用CodonW1.4.2和SPSS16.0软件对来源于不同植物的17个逆境相关基因的密码子特性进行了分析。结果显示：除CarPRP1基因的ENC值小于40外，其余基因ENC值均介于40~61之间；除CarPRP1基因的GC含量较高外，其余基因的GC含量均在0.35~0.45之间；除CarNAC5基因之外，其他基因密码子第三位碱基的A和T含量远高于C和G含量。这表明：所选逆境相关基因偏爱以A或T结尾的密码子；而且密码子的偏好性与GC含量有关，GC含量越高的基因则密码子使用偏好性越高。聚类分析结果表明：除CarPRP1基因之外，NAC基因家族、CarEP1基因、NHX同源基因、P5CS同源基因、DREB基因相互之间的距离系数相对较小。关键词：植物；逆境相关基因；密码子；偏好性；聚类分析中图分类号：Q755文献标识码：A文章编号：1006-060X（2014）09-0012-05AnalysisCodonBiasStressRelatedGenesPlantsRENYan-ping1,2YAOZheng-pei1,2NIZhi-yong1,2ZHANGHua1,2KeyLaboratoryAgriculturalBiotechnology,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,PRC;Agriculture,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,PRC)Abstract:codoncharacters17stressrelatedgenesfromdifferentplantswereanalyzedsoftwareCodonW1.4.2resultsshowedENCvaluesstressrelatedgeneswerebetween40~61,CarPRP1gene’slessthan40;GCcontentsstressrelatedgeneswerebetween0.35~0.45,CarPRP1gene’srelativelyhigh;GC3scontentsstressrelatedgeneswereexceptCarNAC5gene’s.Therefore,selectedstressrelatedgenespreferredcodonbiasrelatedGCcontent,GCcontentcodonusagebiasclusteranalysisindicatedexceptCarPRP1gene,squaredEuclideandistancecodonusagebiasrelativelysmallbetweenNACgenefamily,CarEP1gene,NHXgenes,P5CSgenesDREBgenes.Keywords:plant;stressrelatedgenes;codon;bias;clusteranalysis码区序列（codingDNAsequence，简称CDS），其在NCBI数据库的登录号见表1。
其中，CarNAC基因与植物生长发育的调节以及多种环境胁迫的响应有关，CarPRPl基因在拟南芥中的过量表达能显著增强植株抗盐和抗冷冻胁迫的能力[22]，MvNHX1[23]、MvP5CS[23]MfNHX[24]、MfP5CS[24]基因与植物耐盐抗旱性相关，MvDREB123]基因是耐寒性相关基因的转录因子，AdNHX、SsNHX、CgNHX、KfNHX基因与植物耐盐抗旱性相关。以上基因在作物抗逆基因工程上均具有潜在应用价值。1.2密码子使用特性分析运用密码子分析软件CodonW1.4.2，计算以下衡量同义密码子使用偏性的主要参数：密码子第三位T含量（T3s）、密码子第三位C含量（C3s）、密码子第三位A含量（A3s）、密码子第三位G含量（G3s）、密码子适应指数（CAI）、密码子偏爱指数（CBI）、最优密码子使用频率（FOP）、有效密码子数（ENC）、密码子第三位GC含量（GC3s）、全长基因GC含量（GC）、同义密码子相对使用度（RSCU）。1.3密码子使用偏好性的聚类分析利用SPSS16.0对来源于不同植物的17个逆境相关基因进行密码子使用偏性的聚类分析。在对基因密码子使生理生化｜遗传育种｜耕作栽培湖南农业科学13用概率分析时，将每一条基因作为一个对象，同义密码子的RSCU值作为变量，采用59个同义密码子的RSCU值对其密码子使用偏性进行分析。
基因间的距离规定为同义密码子相对使用度的欧拉平方距离[25]。构建距离系数矩阵，并进行基于该系数的聚类分析。结果与分析2.1逆境相关基因同义密码子使用偏好性分析由表2可知，CarPRP1基因的ENC值小于40，表明该基因具有较强的密码子使用偏好性；而CarNAC4-6、CarEP1、MvNHX1、MvDREB1、MfNHX、AdNHX、SsNHX、CgNHX、KfNHX的ENC值较高，均大于50，表明这类基因密码子使用的偏好性较弱。进一步分析这些不同逆境相关基因的GC含量，发现CarPRP1基因的GC含量较高，在0.50以上；而其余基因（CarNAC5除外）的GC含量较低，均在0.35~0.45之间。从密码子第三位碱基来看，除CarNAC5基因之外，其余基因密码子第 三位的碱基T和A的含量均高于C和G的含量，即密码子 第三位碱基含量表现出A/T＞C/G的规律，且密码子第 三位的A和T的含量远高于C和G。由此可见，CarNAC5 基因与其余逆境相关基因的密码子用法明显不同， CarNAC5基因中绝大部分密码子第三位分布的是G或C 碱基，其他逆境相关基因密码子第三位分布的则是A或 T碱基。
2.2 不同逆境相关基因同义密码子的使用频率 从表3中看出，在59个同义密码子中，CarNAC1、 Car NAC2、Car NAC3、Car NAC4、Car NAC5、 CarNAC6、CarPRP1、CarEP1、MvNHX1、MvP5CS、 MvDREB1、MfNHX、MfP5CS、AdNHX、SsNHX、 CgNHX和KfNHX基因分别有27、24、27、27、25、 29、21、26、26、26、24、25、26、25、23、30和27个 密码子的RSCU值大于1，它们中80%的密码子以A或T 碱基结尾。由此可见，这些逆境相关基因偏爱A或T结 尾的密码子。 另外，根据同义密码子相对使用度可以看出，不 序列登录号 物种来源EU339183 CarNAC1 鹰嘴豆 EU339184 CarNAC2 鹰嘴豆 FJ356671 CarNAC3 鹰嘴豆 FJ477885 CarNAC4 鹰嘴豆 FJ477886 CarNAC5 鹰嘴豆 FJ477887 CarNAC6 鹰嘴豆 EU339185 CarPRP1 鹰嘴豆 FJ477888 CarEP1 鹰嘴豆 EU375310 MvNHX1 EU371644MvP5CS GU073286MvDREB1 GU265772MfNHX 黄花苜蓿 GU180149 MfP5CS 黄花苜蓿 AY211397 AdNHX AY261806SsNHX AY371319CgNHX AY825250KfNHX 几个逆境相关基因序列登录号Table accessionnumber severalstress related genes gene T3s C3s A3s G3s CAI CBI FOP ENC GC3s GC CarNAC1 0.405 CarNAC20.528 CarNAC30.464 CarNAC40.492 CarNAC50.306 CarNAC60.391 CarPRP10.513 CarEP10.463
