密码子偏好性读书报告演示

指标
8、GC3S
描述
第三位上的各种碱基的 含量，在蛋白质的合成 过程中同义密码子的使 用概率并不相同。 密码子使用偏性，进行 分析基因间的距离 整个基因组DNA序列的(A -T)/(A + T)的比值。 研究密码子是否高表达 以及基因编码蛋白质的 长度也可以作为衡量密 码子偏好性的指标 反映蛋白质的疏水性对 密码子使用偏好的影响
SYCO(Synonymous codon usage Gribskov statistic plot) CHIPS(Codon Heterozygosity in a Protein-coding Sequence) CUSP (Create a codon usage table) CodonPreference
4、核糖体和基因定位
5、预测物种亲缘关系生 存环境
6、预测未知基因功能和 表达水平
影响蛋白质的结构与功能基因的密码子偏性与所 马建民等［4］通过聚类分析方法研究发 编码蛋白质结构域的连接区和二级结构单元的连接 现，哺乳动物MHC 基因的密码子偏性与所编 区有关、翻译速率在连接区会降低。改变密码子使 码蛋白质的三级结构密切相关，可通过影响 用模式可目的性改变特定蛋白质的结构与功能。 mRNA 不同区域的翻译速度，来改变编码蛋 白质的空间构象，从而改变蛋白质功能 通过比较密码子的使用模式，来进行真核生物核 基因定位功能密码子的使用模式在细胞核 糖体在细胞内以及未知蛋白基因在基因组的定位。 和细胞质遗传物质之间也存在差异，如核基 因中的起始密码子只有ATG，而线粒体基因 中的起始密码子为ATN；核基因中的终止密 码子TGA 在线粒体基因中用来编码色氨酸等 ［5］。 预测进化规律类似的密码子使用模式，预示着物 目前已有研究通过比较密码子偏性的差异 种相近的亲缘关系或生存环境。 程度， 来分析物种间的亲缘关系和进化历 程。 线粒体基因组具有母系遗传、分子结构简 单、多态性丰富等优点，是一种重要的分子 标记，研究其密码子使用偏好性，可以很好 地用于确定动物类群的遗传分化和系统发生 关系 利用密码子使用偏好性和某种功能的关联程度， 对某些未知功能基因进行预测。利用已知的密码子 偏好知识，对未知表达水平的基因进行判定，初步 判断该基因的表达水平高或低。
2、CAI 密码子适应指数 3、CPP
9、COA 对应分析 10、AT-skew AT偏移 11、HE 高表达优越密码子
4、ENC 有效密码子数
5、FOP 最优密码子使用频率 6、CBI 密码子偏爱指数 7、G+C
12、GRAVY 蛋白疏水水平
13、Aromo芳香族氨基 反映芳香族蛋白质对密 酸比例 码子使用偏好的影响 发现EIG的表达量与密码 子使用偏好性存在相对 较强的相关性
4 ． E. coli Codon Usage Analyze
Leabharlann Baidu
5.Correspondence Analysis of Codon Usage
应用领域
发展历史
未来展望
应用领域
1、提高基因的异源表达
2. 影响翻译效率
详解
通过密码子使用偏好性判定最优密码子，针对这 些最优密码子设计基因工程表达载体，可以提高目 的基因的表达量。 翻译起始效应mRNA浓度是翻译起始速率的主要影 响因素之一， 密码子直接影响转录效率，决定 mRNA 浓度。
保守性高，偏好性高
DNA 的前导链与滞后链上密码对的使用 偏好存在差异 1 、 2 位是 A 、 U ，那么其第 3 位倾向 于使用 G或 C ，反之亦然
8、基因表达水平
9、蛋白质空间结构
与 tRNA 结合效率高的密码子较多的被 采用
稀有密码子与蛋白质结构域
常用指标 软件
在线数据库
指标
1、RSCU 相对同义密码子使用度
使获得组织特异基因及其表达丰度成为可能, 相应数据库的 建立和不断充实, 使人们能够方便获得大量所需的原始数据 组织特异的基因间密码子偏性模式没有很大的差 Hastings 等[12]从脊椎动物的cDNA 序列出发比较不同生物 不同组织的密码子使用模式, 认为组织特异的基因间密码子 别 偏性模式没有很大的差别 组织特异表达的基因间同义密码子的使用有显著 2004 年, 哈佛大学的研究人员在PNAS 上发表了一篇题为 “Tissue-specificcodon usage and the expression of 的不同 human genes”的文章, 提出组织特异表达的基因间同义密码 子的使用有显著的不同, 并认为这种差异主要来自于翻译选 择的“压力”[13], 2006 年3 月, 法国学者发表了相关的研究成果, 确认组织 特异基因密码子具有显著偏性的同时, 对前一篇文章所述的 差异来源的结论和实验方法提出质疑, 甚至予以否定[14] 人们开始关注高等植物、哺乳动物和人的基因组密码子偏性和组织特异性基因的密码子偏性, 从而着手于描述进化 规律, 阐释分化机理
密码子偏好性原因
信使RNA链上决定一个氨基酸的相邻的三个碱基， 亦称三联体密码
密码子的简并性
•RNA一共由4种氨基酸A、U、C、G组成，则密码子理论上应该有4x4x4=64 种，但自然界只有20种氨基酸。 •同一种氨基酸具有两个或更多个密码子的现象称为密码子的简并性。 （也就是多个密码子可以编码同一个氨基酸）
功能 查询不同物种的密码子使用 表
2、graphical codon usage analyzer 3、Codon Usage Analyzer
以图形的方式表现密码子偏 好性 Codon Usage Database 中 的所关心物种的密码子表。经 处理转化为可读性更强的图标 形式。 对于在 E.coli 中异源蛋白的表 达效率给出很好的建议
•在没有选择压力和中性突变的情况下，编码同 一个氨基酸的几个同义密码子的使用频率应该 相同但实际上它们是非随机使用的，并往往偏 向于使用某一种或几种特定的同义密码子 •其中被高频使用的密码子称为最优密码子 （optimal codon）。 •这种同义密码子非均衡使用的现象称为密码子 偏性（codon bias）。
Unix, linux
Unix , linux
Unix , linux
Unix , linux
CodonFrequency
Unix , linux
Correspond
Unix , linux
数据库 1、CUTG
数据库网址
http://www.kazu sa.or.jp/codon/ http://gcua.sch oedl.de/ http://bioinfor matics.org/codon/ cgi-bin/codon.cgi http://www.faculty .ucr.edu/~mmaduro /codonusage/usage. htm http://codonw.sou rceforge.net//
一般认为G+C含量越高，密 14、EIG 普遍表达且 码子的偏好性就可能就越 表达水平相对恒定的 强 基因
软件名称
操作系统
特 点
CodonW
Dos, unix, windows
对密码子使用进行多变量分析,可进行密码子、同义 密码子相对使用度和氨基酸的相关性分析,另外还可分 析最优密码子、密码子和(或)双核苷酸偏性、碱基组 成等。 EMBOSS 的组件之一,利用建立 Gribskov 统计图的方法, 通过比较某个序列的密码子使用特点和特定密码子频率表 之间的相似性来预测开放阅读框的工具。 EMBOSS 的组件之一, CHIPS可进行密码子使用频率统计, 该程序计算了特定序 列中有效密码子的ENC值。 EMBOSS 的组件之一,CUSP是对一个或多个CDS进行阅读 后计算出的密码子频率表． GCG 软件包的组件之一, 依据密码子使用特点(同义密 码子使用频率或密码子第 三位的碱基组成), 通过比较某 个序列的密码子使用特点和特定密码子频率表之 间的相 似性来识别蛋白编码区。 GCG 软件包的组件之一, 用于根据序列数据或表格来建 立密码子使用表格,以方便研究和其他程序(如: CodonPreference, Correspond, Frames )的使用。 GCG 软件包的组件之一, 通过比较密码子频率表,寻找 相似的密码子使用模式。
描述
对于某一特定的密码子在 编码对应氨基酸的同义密 码子间的相对概率 根据已知高表达基因的序 列来估计未知基因密码子 使用的偏好性程度 CPP的变化范围为0 ~ 18, 越接近18表示密码子被非 随机使用的程度越高 描述密码子使用偏离随机 选择的程度，反映密码子 家族中同义密码子非均衡 使用的偏好程度 最优密码子是指在某物种 高表达基因中使用频率最 高的密码子 一个具体基因中高表达优 越密码子的组分情况
密码子偏好性读书报告
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密码子及其偏好性
密码子偏好性的常用指标、方法、软件工具
密码子偏好性进展 引用文献
密码子的概念、密 码子偏好性的概念、 密码子偏好性的原 因
计算密码子偏好 性的指标、方法、 软件工具
密码子偏好性进展、 小组读书报告汇总 撰写、小组读书报 告演示
密码子概念 密码子偏好性概念
原因
偏好性关系
1、翻译选择 2、碱基组成和G+C 含量 3、基因长度 4、tRNAs 丰度
密码子偏性与表达水平之间呈正（或负） 相关 密码子偏性受基因组碱基组成的影响 较短的基因，受密码子数量和种类限制， 往往具有较高的偏好性 最优密码子对应于丰度高的 tRNAs
5、氨基酸保守性
6、蛋白质编码基因在 DNA 双链位置 7、密码子碱基组成的上下文关系
基因芯片技术的产生和发展
现阶段
J.Robert Coleman 等利用非最优 密码子翻译脊髓灰质炎病毒衣 壳蛋白，造成了病毒的弱化， 通过感染不仅使小鼠获得了自 身免疫，而且有效地避免了毒 力返强现象的发生［15］。 这或许提供了一个有效解决现 有的病毒性疫苗毒力返强问题 的思路。
由于DNA是遗传信息的载体, 遗 传密码中所隐藏的奥秘, 关系着 整个生命天书的“破译”。 随着基因组学研究的继续深入和 蛋白质组学的大规模兴起,密码 子偏性问题必然会涉及更广泛的 生物学领域,也一定会揭示出更 多的生物学意义。
【1】梁菲菲.密码子偏性的影响因素及研究意义. (畜牧与饲料 科学)2010，31 （1 ）:118-119
【2】吴宪明1,2, 吴松锋2, 任大明1, 朱云平2, 贺福初2. 密码 子偏性的分析方法及相关研究进展. (ISSN 0253-9772)2007 年4 月, 29(4): 420―426
发展时期 早期
理论 密码子的选择模式在进化过程中是保守的 密码子使用的偏爱与相应的同工tRNA浓度相关,从 而有利于翻译的效率和准确性
理论依据
数据来源单细胞的大肠杆菌和酵母[6]，二者的最优密码子 有很大差异,但密码子选择模式很相似
多细胞生物（尤其是哺乳动物和人）：细胞高度分化；基因表达调控系统复杂 密码子的选择模式与单细胞生物有所差别, 也因此使密码子偏性的研究进入新的发展阶段。 Bierne等[7]通过分析果蝇中3种不同位点(同义, 非同义,基 密码子偏性在进化过程中会转变 因区内)的多态性和分歧与密码子偏性的关系, 认为蛋白的选 择压力, 是密码子偏性进化的主要原因。 哺乳动物和人类基因的偏性特点 低表达丰度的蛋白也具有很强的偏性 可能是依靠其对应较少的相应同工tRNA 来控制蛋白合成时 发 的延伸速率,或者是通过降低合成速度来提高高能量消耗的蛋 展 白合成过程的准确性[8]。 真核生物中密码子的偏性并不是由翻译效率决定 Kanaya 等[9]在研究种特异的密码子偏性时, 通过对5个真 阶 核生物(酵母、线虫、果蝇、非洲爪蟾和人)的密码子使用模 段 式进行的对比发现, 并不是所有的高表达基因(如编码核糖体 蛋白和组蛋白的基因)都有显著的密码子偏性现象, 说明真核 生物中密码子的偏性并不是由翻译效率决定。 植物中密码子偏性的分析也得到了类似的结论[10]。
实例
基因工程中，通过水稻密码子的偏爱性， 人工合成的抗虫基因cry2A，并在大肠杆菌 中的表达。 单子叶植物在“翻译起始区”的密码子偏 性大于“翻译终止区”,即“翻译起始区” 的密码子可以提高蛋白翻译的效率和精确性。 因此，通过修饰编码区5′端的DNA序列，来 提高蛋白质的表达水平将有望成为可能。
3、影响蛋白质结构和功 能