热带作物学报

兰科ABI3基因的密码子偏性分析

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龚婷婷 , 李维仪 , 陶媛 , 李少凡 , 王嘉文 , 杨柏云 , 罗火林 ^*

热带作物学报 | 组学与生物技术 2023,44(2): 264-272

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热带作物学报 | 组学与生物技术 2023, 44(2): 264-272

兰科ABI3基因的密码子偏性分析

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龚婷婷, 李维仪, 陶媛, 李少凡, 王嘉文, 杨柏云, 罗火林^*

作者信息

南昌大学生命科学学院，江西南昌　330031

龚婷婷（2002—），女，本科生，研究方向：兰科植物生物信息分析。

通讯作者:

^* 罗火林（LUO Huolin），E-mail: 572460991@163.com。

Analysis of Codon Usage Bias of ABI3 Gene in Orchidaceae

Tingting GONG, Weiyi LI, Yuan TAO, Shaofan LI, Jiawen WANG, Boyun YANG, Huolin LUO^*

Affiliations

School of Life Science, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China

出版时间: 2023-02-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.005

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摘要

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密码子偏性是影响外源基因表达的重要因素，也是反映基因家族进化的关键线索之一。兰科植物是植物保护中的“旗舰”类群，且多数物种具有药用和观赏价值，但种子不易萌发，而ABI3（abscisic acid insensitive 3）基因是ABA信号转导的中心调控因子，是调控植物种子萌发的关键因子。因此，深入研究兰科ABI3基因密码子偏性，可为解析该基因功能、优化密码子组成奠定基础。本研究以拟南芥ABI3基因为探针，从公共数据库（NCBI）筛选出45条兰科植物ABI3基因，通过CodonW、SPSS、MEGA等生物信息学程序对其进行密码子使用模式和偏好性分析。相关参数分析结果表明，该基因的ENC（effective number of codon）值范围分布为40.84~58.46，其中大于52的占82.2%，CAI（codon adaptation index）平均值为0.203，远小于1，表明ABI3基因的密码子偏性相对较弱；中性绘图分析显示，GC₁₂与GC₃的回归曲线的斜率为0.6103，R²=0.7928，P<0.05，有极高的相关性，这暗示着碱基组成对密码子偏性具有重要的影响；ENC-plot分析中，所有基因ENC值都低于期望值，但相差不大，说明兰科ABI3基因密码子主要受碱基突变的影响，同时也受选择压力等其他因素影响。奇偶偏好性分析显示，大多数基因分布在平面图的右侧区域，密码子第3位A/T（U）的使用频率高于G/C。通过RSCU和ΔRSCU分析确定了26个最优密码子，其中以A/T（U）结尾的密码子有14个，以T（U）结尾的密码子有10个，说明兰科植物ABI3基因相对偏好使用A/U结尾的密码子，尤其偏好使用T（U）结尾的密码子，这与大多数单子叶植物密码子使用偏好不同。本研究可为兰科植物ABI3基因的系统发育、功能解析、提高ABI3基因表达效率提供理论基础，同时可为促进植物密码子生物学研究及外源基因改良提供参考。

关键词

兰科 / ABI3基因 / 密码子偏性

Abstract

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Codon bias is an important factor affecting gene expression, and it is also one of the key clues to reflect gene evolution. Orchidaceae plants are the "flagship" group in plant protection, and most species have medicinal and ornamental values, but seeds are not easy to germinate. ABI3 (abscisic acid insensitive 3) gene is the central regulator of ABA signal transduction, involved in seed development and dormancy processes, and is the key factor to regulate plant seed germination. Therefore, in-depth study of codon bias of orchid ABI3 gene can lay a foundation for analyzing the function of the gene and optimizing the codon composition. Using Arabidopsis thaliana ABI3 gene as a probe, 45 Orchidaceae ABI3 genes were screened from the public database (NCBI), and the codon use patterns and preferences were analyzed by bioinformatics programs such as CodonW, SPSS and MEGA. The ENC (effective number of codon) value of the genes ranged from 40.84 to 58.46, of which 82.2% was greater than 52. The average value of CAI (codon adaptation index) was 0.203, far less than 1, indicating that the codon usage bias of ABI3 gene was relatively weak. Neutral plot analysis showed that the slope of the regression curve between GC₁₂ and GC₃ was 0.6103, R²=0.7928 (P<0.05), indicating that the base composition has an important influence on codon bias. In ENC plot analysis, the ENC value of all genes was lower than the expected value, but the difference was small, indicating that the codon of orchid ABI3 gene is mainly affected by base mutation and other factors such as selection pressure. Parity preference analysis showed that most genes were distributed in the right region of the plan, and the use frequency of A/T (U) at codon 3 was higher than that of G/C. Through RSCU and ΔRSCU analysis, 26 optimal codons were identified, including 14 codons ending in A/T (U) and 10 codons ending in T (U), indicating that ABI3 gene of orchid plants relatively prefers to use codons ending in A/T (U), especially codons ending in T (U), which is different from that of most monocotyledonous plants. This study may provide a theoretical basis for the phylogenetic and functional elucidation of ABI3 genes in Orchidaceae and for improving ABI3 gene expression efficiency, as well as facilitating codon biology in plants and the improvement of exogenous genes.

Key words

Orchidaceae / ABI3 gene / codon usage bias

引用本文

龚婷婷, 李维仪, 陶媛, 李少凡, 王嘉文, 杨柏云, 罗火林. 兰科ABI3基因的密码子偏性分析. 热带作物学报, 2023 , 44 (2) : 264 -272 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.005

Tingting GONG, Weiyi LI, Yuan TAO, Shaofan LI, Jiawen WANG, Boyun YANG, Huolin LUO. Analysis of Codon Usage Bias of ABI3 Gene in Orchidaceae[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2023 , 44 (2) : 264 -272 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.005

基金

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国家自然科学基金项目(32160720)
兰科植物保护与利用国家林业和草原局重点实验室开放基金项目(OC202101)

参考文献

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2023年第44卷第2期

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doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.005

接收时间：2022-04-24
首发时间：2026-03-05
出版时间：2023-02-25

补充材料

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作者

出版历史

收稿日期：2022-04-24
修回日期：2022-05-26

基金

国家自然科学基金项目(32160720)

兰科植物保护与利用国家林业和草原局重点实验室开放基金项目(OC202101)

作者信息

南昌大学生命科学学院，江西南昌　330031

通讯作者:

^* 罗火林（LUO Huolin），E-mail: 572460991@163.com。

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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