真核基因起始与终止密码子旁侧序列特征分析

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第!卷
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万方数据
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［!］ 则” 。该保守序列特征在新基因预测和生物工程 ［"］ 产品的开发与研究中起到了重要的作用 。然而， ［>］ 此， 本文拟基于高质量的 ,01/02 数据库 （ ESSW： \\
， 对 ’()* 翻译起始 YYYI F’JD I FACI FDE I G4Z \ ,01/02 \ ） 位点旁侧碱基的保守特征进行统计学分析， 可望在 大规模数据量尺度上回答该问题， 从而能够更好地 揭示真核基因起始密码子旁侧序列的特征。同时， 启发， 本文进一步分析了终止密码 受 “34567 规则” 子旁侧碱基序列的特征， 并分析了在真实开放阅读 下起始、 终止密码子在 框架 （ 4W0F N06VDFG 1N6C0， +,-） 同相位的串联使用情况， 以期找出密码子串联使用 的整体规律并分析其生物学意义。
第<期
翁景然， 等： 真核基因起始与终止密码子旁侧序列特征分析
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数据与方法
数据的来源 由于 #$%&$’ 数据库中的记录经过了加工整理，
计算所提取的序列片段中四种碱基分布概 （=） 率， 并绘制概率分布图； 根据不同物种对所提取的序列片段进行分 （<） 组， 然后采用 &>&& %?@ AB)C?D: E F 8 版进行方差分析。 采用 5G,$H 方法， 取显著性水平 8 F !， 得到相应的正 则表达式； 统计同相位串联起始、 终止密码子出现数 （6） 量， 计算出现概率。
较 ($)*+), 等数据库有较小的冗余度和较高的准确 性及可靠性， 因此， 本文拟利用 #$%&$’ 数据库提供 的 -./0 序列作为分析样本。具体分析步骤如下： !"1 分析方法 （!） 提取 #$%&$’ 数据库中编码区字段即 2.& 字 段的信息， 确定 -./0 序列的真实 3#4。剔除线粒 这是因为线粒体的遗传密码 体来源 -./0 的序列， 和标准密码子有差异； 抽取翻译起始密码子 （ 05(） 上游 !6 个碱基 （1） 与下游 7 个碱基； 抽取终止密码子上游 !8 个碱基与 下游 7 个碱基作为分析样本。对密码子旁侧碱基数 目达不到要求的少数序列， 首先将其定位到基因组 序列， 然 后 提 取 所 需 序 列， 这一点通过本地化的 *9+:Βιβλιοθήκη Baidu 软件和本地化的数据库实现 仍达不到要求的序列， 将其剔除；
能提示不同进化地位与起始密码子旁侧序列的使用 特征有关。 对于 D 类终止密码子旁侧序列的特征分析发现 它们各有不同， 但总体上小鼠、 大鼠、 智人 D 个物种 的结果较相近， 与斑马鱼的分析结果有差别。从进 化树上来看， 小鼠、 大鼠、 智人 D 个物种属于哺乳动 物在同一分支上， 而斑马鱼则与它们在进化距离上 位于另一分支。这可能是出现区别的一个原因。 另外， 从表 = 中可以看出无论哪个物种终止密 明显高于另两种 码子 &?< 的出现频率都接近 BAJ ， 终止密码子出现的概率， 这提示真核基因对 &?< 作 为终止密码可能具有一定的偏好性。 >K> 真实 LM" 下同相位终止密码子串联使用情况 以下的数据和讨论都是在真实 LM" 下得到的。 对同相位两个以上终止密码子连续串联的现象进行 分析的结果见表 D。
终止密码子 2:;< 序列的数量见 ! 个物种起始、 表 =。根据统计分析所推导出的正则表达式见表 >。
&-,.( = 物种 斑马鱼 小鼠 大鼠 智人 表 = 不同密码子 2:;< 序列的数量 &’( 867,(* +5 2:;< 1(96(82(1 #8 4#55(*(8/ 2+4+81 <&? > @AB =! >>! D F@= =@ AD= &<? BC= D B>@ @!! ! !CA &<< = A@! D @!E = =BB B CB@ &?< = D@@ F BFA > AF= @ @E=
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第!期
翁景然， 等： 真核基因起始与终止密码子旁侧序列特征分析
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图!
智人起始、 终止密码子旁侧序列概率堆积图
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生物信息学
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研究论文
真核基因起始与终止密码子旁侧序列特征分析
" 翁景然!， ， 张宏!， 耿美英"， 张成岗!!
（!# 军事医学科学院放射医学研究所， 北京 !$$%&$； 北京 !$$$""） "# 北京工业大学应用数理学院，
摘要： 真核基因起始与终止密码子旁侧序列的特征对于确定 ’()* 开放阅读框架 （ +,-） 和预测基因组序列中的编码区 （ .(/） 在较大数据规模下统计分析了起始密码子旁侧序列所具有的 “ 34567 规则” ， 发现不同 非常重要。基于高质量 ,01/02 数据库， 物种之间存在差别。同时分析了不同终止密码子旁侧序列的统计学特征， 给出了相应的正则表达式。由于发现多种基因中 存在同相位起始、 终止密码子串联使用的情况， 亦对此进行了讨论。 关键词： 真核基因； 起始密码子； 终止密码子； 序列特征； ’()* 序列； 34567 规则 中图分类号： 89&: 文献标识码： * 文章编号： （"$$<） !:9" ; &&:& ; $< ; $$!$ ; $&
在多个物种基因组计划已经完成、 大量 ’()* 序列 数据库已经发布的今天， 34567 规则是否仍然能够 代表 *@L 旁侧 序 列 的 特 征， 尚 无 人 系 统 研 究。因
收稿日期： 修回日期： "$$< ; $9 ; $9； "$$< ; $% ; !$
基金项目： 国家重点基础研究发展计划 （=9> 计划） （"$$>.?9!&=$$） ， 国家高技术研究发展计划 （%:> 计划） （"$$"**"><$"!） 资助。 作者简介： 翁景然 （!=9= ; ） ， 女， 北京人， 在读硕士， 主要研究方向： 应用数学。 张成岗， 男， 副研究员， @0A： $!$ ; ::=>!&=$， B ; C6DA： 5E6FG’GH FD’I JCD I 6’I ’F。 !通讯作者： 万方数据
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结果分析
起始密码子和终止密码子旁侧序列特征 小鼠、 大鼠、 智人四 对 #$%&$’ 数据库中斑马鱼、
个物种每个位置四种碱基的详细概率堆积图请见图 其中： ! I 图 <， 的概率、 代表腺嘌呤 0 出现的概率、 代表鸟嘌呤 ( 出现 代表胞嘧啶 2 出现的概率、
代表胸腺嘧 5 出现的概率。横轴表示
56)&$#%&： @E0 ’E6N6’S0NT 41 T02U0F’0 1A6F7DFG SE0 TS6NS ’4V4F 6FV TS4W ’4V4F DF 0U76NR4SD’ G0F0T WA6R 6F DCW4NS6FS N4A0 DF （+,-）DF ’()* T02U0F’0T 6FV ’4VDFG N0GD4F（ .(/）DF G0F4CD’ ()* T02U0F’0T I XTDFG V01DFDFG SE0 4W0F N06VDFG 1N6C0 EDGE 2U6ADSR ’()* T02U0F’0T 41 ,01/02 V6S6J6T0， SE0“ 34567 NUA0”Y0N0 1UNSE0N ’4F1DNC0V 4F 6 A6NG0 ; T’6A0 A0Z0A， JUS YDSE 6 ADSSA0 VD110N0FS J0SY00F VD110N0FS TW0’D0T I *S SE0 T6C0 SDC0， SE0 1A6F7DFG T02U0F’0 ’E6N6’S0NT 41 SEN00 TS4W ’4V4FT Y0N0 6AT4 6F6AR50V I @E0 N0GUA6N 0[WN0TTD4F 14N VD110N0FS TS4W ’4V4FT Y0N0 V0VU’0V I Q4N04Z0N， SE0 JD4A4GD’6A TDGFD1D’6F’0 41 S6FV0C DF ; 1N6C0 N0W06S0V TS6NS ’4V4FT 6FV TS4W ’4V4FT Y6T 6AT4 VDT’UTT0V DF SEDT W6W0N I 7’, 8-$3)： 0U76NR4SD’ G0F0； ’()* T02U0F’0； TS6NS ’4V4F； TS4W ’4V4F； T02U0F’0 ’E6N6’S0N； 34567 NUA0 美国学者 34567 通过对 :== 条脊椎动 !=%9 年， 非编码区 < 种碱基分布概率的统计学研 物 ’()* &’ 究分析发现， 在脊椎动物 ’()* 翻译起始位点上游 一段 序 列 相 对 保 守， 在 *@L 旁 侧 的 保 守 序 列 是 “ （ L.. ）L..* \ L..*@LL ” ，即 著 名 的“ 34567 规
。对于处理后
位置和每个位置的方差， 纵轴为出现概率。显然， 四 种碱基出现概率和为 !。
图!
斑马鱼起始、 终止密码子旁侧序列概率堆积图
万方数据
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" ， KB)L MDFG ; N6F!， OP*)L P4FG! ， LB)L Q0D ; RDFG" ， OP*)L .E0FG ; G6FG!!
不同物种起始和终止密码子旁侧序列的正则表达式
&’( 2’-*-2/(*1 +5 1(96(82( 5.-83#8$ /’( 1/-*/ 2+4+8 -84 1/+) 2+4+8 #8 4#55(*(8/ 1)(2#(1 &<? （ < O &） NN< N &<? （ N O ?） （ < O ?） < <N &<? （ N O ?） （ < O &） < < N &<? （ < O &） N<; ; &<?<< &<< <;<<N &<<<< （ < O &） <;< N &<<< <;<<N &<<< （ < O ?） <N <; &<<< &?< <N;<N &?<?? （& O <） （ ? O N） <N; N &?<? （ N O ?） < ;<N &?<? （ < O ?） （ < O ?） <N <N &?<
相比于 G+H-3 对 C@@ 条脊椎 动 物 所 进 行 的 分 析， 我们发现小鼠、 大鼠、 智人 D 个物种起始密码子 “ G+H-3 规则” 相吻合， 而斑马鱼的 <&? 旁侧序列与 在 I !、 这可 结果与 “G+H-3 规则” I > 位有较大差别，
表> &-,.( > 物种 智人 大鼠 小鼠 斑马鱼 !; <&? （ N O ?） N<NN <&??N （ N O ?） N<NN <&??N （ N O ?） N<NN <&??N （ N O &） （ < O N） <<N <&??N