Cistanche Kloroplast Genomunun Kodon Kullanımı Önyargı Analizi

FENG Zhan1 , JIANG Yuan3 , ZHENG Yan1 , MIAO Yu-jing2 , HUANG Lin-fang2 , LUO Guang-ming1

1. Eczacılık Fakültesi, Jiangxi Çin Tıbbı Üniversitesi, Nanchang 330004, Çin 2. Tıbbi Bitki Geliştirme Enstitüsü, Çin Tıp Bilimleri Akademisi ve Pekin Birliği Tıp Fakültesi, Pekin 100193, Çin 3. Eczacılık Okulu, Dali Üniversitesi, Dali 671000 , Çin

Soyut: Amaç Dört şifalı Cistanche spp.

YöntemlerKodon kullanım yanlılığı parametreleriCistanche Deserticola, C. salsa, C. sinensis ve C. tubulosa CUSP, CodonW 1.4.2, SPSS ve Microsoft Excel ile analiz edildi.

SonuçlarDört Cistanche türünün kloroplast genomları benzer kodon kullanım modellerine sahipti, kodonların üçüncü bazı A/T ile bitiyor ve A/T bazlarını daha uygun şekilde kullanma eğilimindeydi. Dört türün ENC (efektif kodon sayısı) değerleri 35'in üzerindeydi, bu da Cistanche spp. zayıftır. Tarafsızlık grafiği, ENC grafiği, PR2-yanlılık grafiği ve karşılık gelen analiz sonuçları, Cistanche spp.'de kloroplast genomu kodon kullanım eğilimini etkileyen ana faktörün doğal seçilim olduğunu gösterdi. RSCU (bağıl eşanlamlı kodon kullanımı) değerleri, Cistanche spp.'nin dört türü tarafından paylaşılan dört optimal kodonu tanımlamak için kullanıldı.

ÇözümBu çalışmada, dört Cistanche spp türünün kloroplast genomlarının kodon kullanım yanlılığını analiz ettik. Cistanche spp. moleküler düzeyde.

anahtar kelimeler:Cistanche Hoffmanns. & Bağlantı; Cistanche Deserticola Ma; Cistanche salsa (CA Mey.) G. Beck; Cistanche sinensis G. Beck; Cistanche mongolica Beck; kloroplast genomu; kodon kullanım yanlılığı; optimal kodonlar

Çöl ginsengi

Cistanche Hoffmann& Link, Orobanchaceae familyasından, çoğunlukla Avrupa ve Asya'da dağıtılan çok yıllık, parazitik otsu bir bitkidir. Çin'de İç Moğolistan, Ningxia, Gansu, Qinghai ve Sincan'da dağıtılan dört ana Cistanche türü vardır. Bu bitki cinsi, Cistanche Deserticola Ma'nın en yüksek tıbbi değere sahip olduğu Çin şifalı bitkilerinde son derece önemli bir konuma sahiptir. Esas olarak çöl bölgelerinde yetişmesi nedeniyle "" olarak bilinir.çöl ginsengi". Bununla birlikte, Cistanche cinsine ait şifalı bitkiler, bitki sınıflandırması karmaşası ve ticari olarak mevcut çeşitlerin karışık kullanımı konusunda zorluklarla karşılaşmaktadır. Kloroplast, çoğu yeşil bitkinin fotosentez bölgesidir, gelişmeye ve ikincil metabolik faaliyetlere katılır [4] ve gen ifadesini koordine eder organel ve nükleer genom arasındaki ilişki [5].

Çölyaşayan cistanche

Cistanche ürünlerini incelemek için tıklayınız

【Ask for more】 Email: xue122522@foxmail.com /  Whats App:  0086 18599088692 /  Wechat:  18599088692

Kloroplastlar otonom olarak kalıtılan bir genoma sahiptir ve bitki filogenetik analizinde, tür tanımlamasında ve genetik çeşitlilik ifade araştırmalarında yaygın olarak kullanılır. Son yıllarda, kloroplast genomu yüksek verimli dizileme teknolojisinin kademeli olarak olgunlaşmasıyla, Cistanche Deserticola, C. salsa (CA Mey.) G. Beck, C. sinensis G. Beck, C gibi Cistanche cinsine ait birçok bitki .tubulosa Wight, kloroplast dizileme araştırması yürüttü ve filogenisini ve genetik çeşitliliğini analiz etti [2, 6-7], Ancak, Cistanche bitkilerinin kloroplast genomundaki kodon tercihi hakkında hiçbir araştırma raporu bulunamadı.

Genetik kod olarak da bilinen kodon, biyolojik genetik bilginin tanımlanması ve iletilmesi için önemli bir taşıyıcı olan ve biyolojik genetiğin ve varyasyonun çok önemli bir parçası olan nükleik asitleri ve proteinleri birbirine bağlayan bir köprüdür. Farklı türler arasındaki protein çeviri süreçlerindeki farklılıklar nedeniyle, çeviri işlemi sırasında bir veya daha fazla spesifik eşanlamlı kodon kullanma eğilimi vardır. Bu fenomen, mRNA translasyonu, DNA transkripsiyonu, yapısı, ekspresyonu, fonksiyonu ve proteinlerin birlikte translasyonel katlanması gibi hücresel metabolizma süreçlerinde önemli bir rol oynayan kodon kullanım yanlılığı (CUB) [9] olarak adlandırılır [10]. Shi Yanshuo ve ark. [11], dört Panax Linn bitkisinde kloroplast genomlarının kodon tercihini analiz etti ve aynı cinsten bitkiler arasındaki genetik ilişkilerin daha yakın olduğu sonucuna vardı; Song Yun ve ark. [12], ICE1 geninin, düşük sıcaklık stresi altında ifade etmek için kodon tercihine dayalı olarak optimize edilebileceğini gösterdi; Li Xianhuang ve ark. [13] kodon tercihinin türler arasındaki evrimsel ilişkileri yansıtabileceğini bulmuşlardır; Zhang Junyan ve ark. [14], mutasyon ve doğal seçilimin birlikte Swertia bimaculate (Sieb. et Zucc.) Hook F. et Thoms'u etkilediğini kanıtladı. Eski CB Clark'ın kloroplast genomunun kodon tercihi, Swertia'nın tanıtılması ve evcilleştirilmesi için bir temel sağlar. Bu nedenle, bitki kloroplast genomlarının kodon kullanım modellerini incelemek, gen ekspresyon vektörü yapısının etkinliğini artırmak, türlerin evrim ilişkilerini keşfetmek, biyolojik ve çevresel adaptasyonun moleküler mekanizmalarını anlamak ve bitki çeşitlerini geliştirmek için veri desteği sağlayabilir [15].

Yüksek verimli sıralamaya dayalı olarak bu çalışma, Cistanche salsa, Cistanche Deserticola ve Cistanche tubulosa dahil olmak üzere dört Cistanche türünün kloroplast genom kodonlarının kullanım modellerini analiz etti ve kloroplast genom kodonu tercihini ve dört Cistanche türünün bunu etkileyen faktörlerini belirledi. , Cistanche'nin kloroplast genomunun gen ekspresyonu tespiti, uyarlanabilirliği ve evrimsel ilişkisi üzerine sonraki araştırmalar için bir referans sağlar.

1 Malzeme

Cistanche Deserticola, Salted Cistanche, Sand Cistanche ve Tubular Cistanche bitkileri farklı bölgelerden toplandı (Tablo 1) ve Peking Union Medical College Tıbbi Bitkiler Enstitüsünde araştırmacı olan Huang Linfang tarafından bu cinsin tüm bitkileri olarak tanımlandı. Cistanche, Pekin Birliği Tıp Fakültesi Tıbbi Bitkiler Enstitüsünün herbaryumunda saklanan kupon örnekleri CMPB16201, CMPB16202, CMPB16203 ve CMPB16204'tür. Kloroplastların tam genom sekansı, MN614127 (Cistanche Deserticola), MN614128 (Cistanche salina), MN614129 (Cistanche Deserticola) ve MN614130 (Cistanche tübulosa) içerme numaralarıyla birlikte GenBank'a yüklenmiştir. Cistanche Deserticola, Tuzlu Cistanche Deserticola, Sand Cistanche Deserticola ve Tubular Cistanche Deserticola'nın kloroplast genom boyutları sırasıyla 109 495, 111 710, 111 500 ve 75 375 bp'dir. 60, 61, 60 ve 53 protein kodlayan DNA dizileri (CDS). Kısa dizilerdeki etkili kodonların sayısının doğru olarak hesaplanamaması nedeniyle, uzunluğu 300 bp'den az olan CDS çıkarılmıştır [16]. Ek olarak, sonlandırma kodonları UAA, UGA ve UAG herhangi bir amino asidi kodlamaz ve sırasıyla UGG ve AUG, sırasıyla triptofan ve metiyonin için tek kodonlardır. Bu kodonların tercihleri ​​yoktur [17]. Bu nedenle, seçilen CDS, sonuçların hatasını azaltmak için ATG [18] ile başlar ve TAA, TAG ve TGA ile biter, Yinelenen CDS'yi ortadan kaldırır. İşlemden sonra, her tür için 18 CDS tutuldu ve sonraki analiz için kullanıldı.

Tablo 1 Numune bilgileri

2 Yöntem

2.1 Kodon tercihinin analizi

Seçilen 72 CDS'yi çevrimiçi yazılım CUSP（ https://www.bioinformatics kullanarak bir fasta dosyasına entegre edin. nl/cgi bin/emboss/cusp kullanarak her bir genin kodlama bölgesinin toplam GC içeriğini (GCall) ve kodon 1 (GC1), 2 (GC2) ve 3'ün (GC3) GC içeriğini hesaplayın. CodonW1.4.2 yazılımını [19] kullanarak etkili kodon sayısını (ENC) ve göreli eşanlamlı kodon kullanımını (RSCU) hesaplayın ve uygunluk analizi (COA) gerçekleştirin. Ardından, analiz verileri Microsoft Excel ve IBM SPSS19.0 yazılımı kullanılarak düzenlendi ve çizildi.

2.2 Tarafsız arsa analizi

Nötr arsa analizi, kodon tercihini etkileyen faktörleri belirleme yöntemlerinden biridir [20]. Eşanlamlı kodonların mutasyon bölgesi genellikle üçüncü baz iken, eş anlamlı olmayan kodonların mutasyon bölgesi genellikle birinci veya ikinci bazdır. Her bir dağılımın bir geni temsil ettiği GC3 ve GC12 arasındaki korelasyonu analiz etmek için Microsoft Excel yazılımında dikey eksen olarak her bir gen (GC12) için ortalama GC1 ve GC2 değerlerini ve yatay eksen olarak GC3'ü kullanarak bir dağılım grafiği çizin. Tüm noktalar çapraz olarak dağılmışsa, sadece mutasyon baskısından etkilenen kodonun üç pozisyonundaki bazlarda önemli bir fark olmadığını gösterir; GC12 ve GC3 varyasyonu arasındaki korelasyonun çok düşük olması, doğal seçilimin kodon kullanım modunu etkileyen ana faktör olduğunu gösterir [21].

2.3 ENC arsa analizi

ENC, kodonun rastgele seçimden sapma derecesini temsil eder [22]. Microsoft Excel yazılımında ordinat olarak ENC ve apsis olarak GC3 ile iki boyutlu bir dağılım grafiği çizilmiştir. Standart eğri, ENC=2 artı GC3 artı 29/[GC3 2 artı (1-GC3) 2] formülü kullanılarak çizilir ve her dağılım 1 temel faktörü temsil eder. Dağılım grafiği, kodon kullanım tercihi ile gen bazı bileşimi arasındaki ilişkiyi yansıtabilir. Kodon kullanım tercihi esas olarak mutasyon baskısından etkileniyorsa, dağılım standart eğri üzerinde veya standart eğrinin biraz altında yer alacaktır. Tersine, eğer gen standart eğrinin altındaysa, esas olarak seçilim ve diğer faktörlerden etkilenir [24].

Çin otu cistanche

2.4 PR2 arsa analizi

PR2 bias plot analizi kodonun üçüncü bazında A, T, C ve G içeriğini analiz etmek için kullanıldı ve kodonun üçüncü bazında A/T ve C/G arasında bir mutasyon dengesizliği önlendi. Microsoft Excel yazılımında yatay eksen olarak G3/(G3 artı C3) ve dikey eksen olarak A3/(A3 artı T3) kullanarak dağılım grafikleri oluşturun. Saçılma noktası ile merkez noktası (A=T, C=G) [25] arasındaki vektör mesafesini belirleyerek taban kaymasının derecesini ve yönünü belirleyin.

2.5 COA

COA, çok boyutlu uzaydan en etkili eksenleri ve yönleri çıkarır ve genler arasındaki kodon kullanım değişikliklerindeki ana eğilimleri incelemek için yaygın olarak kullanılır [26]. COA eksenlerinden ayrılan genleri analiz ederek, kodon kullanım yanlılığının ana nedenleri belirlenebilir [27]. COA için CodonW1.4.2 yazılımı kullanıldı. Dört Cistanche türünün RSCU değerlerine göre, kodon kullanımının değişen eğilimini yansıtmak için tüm gen kodonları 59-boyutlu vektör uzayında çizildi. Eksen 1'in oranı, kodon kullanımının frekans değişimi üzerindeki en büyük etkiyi temsil ederken, kalan 58 eksen kademeli olarak azalan faktörleri temsil eder. Çok boyutlu uzaylarda genlerdeki eşanlamlı kodonların kullanımına dayalı olarak, varyasyonun ana kaynakları analiz edilebilir [28].

2.6 Optimal Kodon Analizi

Using the ENC values of four plant codons as reference indicators, the gene sequences with the highest (10%) and lowest (10%) ENC values were selected to construct libraries, respectively, as high-expression and low-expression groups. Using CodonW 1.4.2 software to calculate the RSCU values and Δ RSCU value（ Δ RSCU=RSCU high expression - RSCU low expression). Among them, Δ A codon with an RSCU ≥ 0.08 is considered a high expression codon, a codon with an RSCU>1, yüksek frekanslı bir kodon olarak kabul edilir ve her iki koşulu da karşılayan bir kodon, optimal kodon olarak kabul edilir [29].

3 Sonuçlar ve Analiz

3.1 Kloroplast genlerinin kodon tercih analizi

Cistanche cinsindeki dört türün kloroplast genomunun GC içeriği, Şekil 1'de gösterilmektedir. Cistanche Deserticola, Salina Deserticola, Sand Deserticola ve Tubular Deserticola'daki 18 kloroplast geninin tüm kodlama bölgesinin GC içeriği (GCall) Yüzde 36,60'a yüzde 37,22. Kloroplast genomundaki kodon 1, 2 ve 3'ün GC içeriği sırasıyla yüzde 44.03 ila yüzde 44.75, yüzde 38.97 ila yüzde 39.82 ve yüzde 25.80 ila yüzde 27.08 idi. Sonuçlar, dört türün hepsinin ortalama GC içeriğinin yüzde 50'den az olduğunu gösterdi; bu, dört türün kloroplast genomlarının A/T bazlarını ve A/T sonları olan kodonları kullanma eğiliminde olduğunu gösteriyor. ENC değerleri 20 (aşırı tercih, amino asit başına yalnızca bir kodon ile) ila 61 (tercih yok, tüm eşanlamlı kodonlar amino asit başına tek tip olarak kullanılır) arasında değişir. ENC değeri 35'ten küçük veya eşit olduğunda, kodon kullanımı için çok önemli bir tercih olduğu düşünülmektedir [22,30]. Dört türün tümünün kloroplast genom kodlama bölgelerinin ENC değerleri 35'ten büyüktür, bu da Cistanche türlerinin kloroplast geninde zayıf kodon tercihini gösterir.

Cistanche cinsinin dört türündeki kloroplast genlerinin GC1, GC2, GC3, GCall, ENC ve kodon sayılarının (CC) korelasyon analizi Şekil 2'de gösterilmektedir. Dört türün GCall'ı, GC1 ve GC2 ile oldukça anlamlı bir korelasyon göstermiştir. (P<0.01), among which the GC1 and GC2 of the halophytic Cistanche deserticola and the tubular Cistanche deserticola showed a significant correlation (P<0.05), indicating that the composition of the first and second codons of these two species was similar, but there was a significant difference in the composition of the third codon; The ENC value of Cistanche deserticola is significantly correlated with GC3, while the ENC value of Saline Cistanche deserticola is significantly correlated with GC1 and GC2, indicating that the composition of the 3rd codon base in Cistanche deserticola has a significant impact on codon usage bias. In Saline Cistanche deserticola, the composition of the 1st and 3rd codon bases has a significant impact on codon usage bias, while in Sand Cistanche and Tubular Cistanche, The composition of bases has no significant impact on codon usage bias; The correlation coefficient between the number of gene codons CC and the ENC value of the four species ranges from 0.18 (Salicornia deserticola) to 0.27 (Salicornia deserticola), and the correlation did not reach a significant level. This indicates that the influence of CC on ENC is weak, and the length of chloroplast genes has no effect on codon usage bias.

In order to further explore the codon usage patterns, the RSCU values of the four species were calculated separately (Table 2), and the results showed that the RSCU values of the four species showed no significant difference. RSCU>1 indicates a high bias in the use of this codon, while conversely, it is a nonpreferred codon. In Cistanche deserticola, Salted Cistanche deserticola, Sand Cistanche deserticola, and Tubular Cistanche deserticola, the proportion of amino acids with RSCU>1, sırasıyla yüzde 48,4, yüzde 50, yüzde 51,6 ve yüzde 46,9'dur. Bunlar arasında A/U ile biten amino asitlerin sayısı sırasıyla 27, 27, 28 ve 26'dır. Bu, Cistanche cinsinin kloroplast genomunda A veya U görülme sıklığının nispeten yüksek olduğunu ve bu cinsin kloroplast genomunda tercih edilen kodon olduğunu gösterir. RSCU'lu amino asitlerin çoğu<1 end in G/C, indicating that these are nonpreferred codons of the chloroplast genes in the genus Cistanche.

3.2 Tarafsız arsa analizi

Cistanche cinsindeki kloroplast genlerinin nötr eşlemesi Şekil 3'te gösterilmektedir. Cistanche Deserticola, Saline Cistanche Deserticola, Sand Cistanche Deserticola ve Tubular Cistanche Deserticola'da GC12 ve GC3 arasındaki korelasyon katsayıları 0'dir.{{5} }83, 0.084, 0.033 ve 0.245 ve korelasyonlar önemli bir düzeye ulaşmaz (P=0.05), bu da mutasyon baskısının olmadığını gösterir. kodon kullanım yanlılığı üzerinde önemli bir etki; Nötr eşlemenin eğimi, dört kloroplast genom kodonu kullanım modelinin mutasyon basıncının yüzde 4,44 ~ yüzde 32'ye tekabül ettiğini gösterir; bu, dört kloroplast genom kodonu kullanım modelinin mutasyon basıncının küçük bir oran oluşturduğunu ve doğal seçilimin ana olduğunu gösterir. kodon kullanım yanlılığını etkileyen faktör.

Şekil 1 Cistanche'nin kloroplast genomundaki farklı kodon pozisyonlarının GC içeriği

Şekil 2 Cistanche'nin kloroplast genomuyla ilgili parametrelerinin korelasyon analizi

Tablo 2 Cistanche kloroplastındaki protein kodlama bölgesinin RSCU analizi

3.3 ENC arsa analizi

Cistanche cinsindeki dört türün ENC grafiği çizimleri Şekil 4'te gösterilmektedir. Çoğu gen, standart eğri üzerinde dağıtılan yalnızca az sayıda gen ile standart eğriden belirli bir mesafede bulunmaktadır. Bu, ENC'nin gerçek ve teorik değerleri arasında belirli bir sapma ve zayıf yanlılık olduğunu gösterir. Çoğu gen, standart eğrinin altında dağılmıştır; bu, gen yanlılığının esas olarak doğal seçilimden etkilendiğini gösterir.

3.4 PR2 arsa analizi

Cistanche Deserticola, C. salina, C. Deserticola ve C. tubulosa'daki genler, PR2 çiziminin dört düzlem alanında eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır (Şekil 5). Sonuçlar, çoğu genin merkezden uzakta olduğunu ve sağ alt köşede dağıldığını gösteriyor. Sol alt köşede neredeyse hiçbir genin dağılmadığını belirtmekte fayda var, bu da GC3 kullanımının esas olarak doğal seçilimden etkilendiğini ve dört bitkinin G3'ünün bir T/G kullanım yanlılığına sahip olduğunu gösterir.

Şekil 3 Tarafsızlık grafiğinin analizi

Şekil 4 ENC grafiği analizi

Şekil 5 PR2-grafik analizi

3.5 Yazışma analizi

Cistanche cinsindeki kloroplast kodon varyasyonunun kaynağını araştırmak için Cistanche Deserticola, Salina Deserticola, Sand Deserticola ve Tubular Deserticola kloroplast genomlarının kodonları üzerinde RSCU değerlerine dayalı uygunluk analizi yapılmıştır (Şekil 6). İlk dört eksenin kümülatif yorumlanabilir değişimi, toplam varyasyonun yüzde 52,97'sini, yüzde 53,96'sını, yüzde 53,29'unu ve yüzde 52,18'ini, birinci eksenin yorumlanabilir değişimini ise yüzde 17,89'unu, yüzde 18,70'ini, yüzde 17,39'unu ve yüzde 17,57'sini oluşturdu. 2. ila 4. eksenlerin yorumlanabilir varyasyonları Cistanche Deserticola (yüzde 12.87 , yüzde 11.35 ve yüzde 10.87 ), Saline Cistanche Deserticola (yüzde 12.91 , yüzde 12.{28}} ve yüzde 10.34'tür. ), Sand Cistanche Deserticola (yüzde 13,10 , yüzde 12,07 ve yüzde 10,73 ) ve Tubular Cistanche Deserticola (yüzde 12,12 , yüzde 11,65 ve yüzde 10,83 ). Dört türün ikinci, üçüncü ve dördüncü eksenleri, birinci eksenden daha az yorumlanabilir varyasyona sahiptir, bu nedenle birinci eksen, kodon yanlılığına en büyük katkıyı sağlar, ancak birinci eksen, genomdaki kodon kullanım yanlılığının varyasyonunun yalnızca bir kısmını temsil eder. C. Deserticola kloroplastlarının C. Deserticola kloroplastlarındaki kodon kullanım yanlılığını etkileyen faktörlerin bir olmadığını, aynı zamanda mutasyon, doğal seçilim, gen uzunluğu ve işlevi ve diğer faktörlerle ilişkili olabileceğini gösterir.

3.6 Optimal Kodon Analizi

Cistanche cinsindeki dört türün optimal kodon analizi Tablo 3'te gösterilmektedir.

Şekil 6 Karşılık gelen analiz

Tablo 3 Cistanche'nin kloroplast genomundaki optimal kodonlar

Underline: Codon usage with the value of RSCU>1; * : △RSCU Büyük veya eşittir 0.08, **: △RSCU Büyük veya eşittir 0.3,**: △RSCU Büyük veya eşittir 0,5'e; Optimal kodonlar aşırı çarpmada işaretlenir

Sonuçlar, sırasıyla 10, 11, 13 ve 12 Deserticola Deserticola, Saline Deserticola, Kum Deserticola ve tübüler Deserticola olduğunu gösterdi. Bunların arasında, Cistanche Deserticola ve Salina Deserticola, toplam 9 özdeş kodon (Şekil 7) ve 4 tür tarafından paylaşılan 4 kodon (GUA, UCA, CCU ve ACA) ile en benzer olanlardır. Ortak optimal kodonda, Δ 0,5'ten büyük tek bir RSCU vardır, bu da GUA'dır.

Şekil 7 Optimal kodonların Venn diyagramı

4. Tartışma

Kodon tercihi, biyolojik genom evriminin önemli bir özelliği olan protein translasyon sürecinde kullanılan farklı eşanlamlı kodonların sıklığını ifade eder. Kodon tercihi, GC içeriği, tRNA bolluğu, gen ekspresyon seviyesi, protein yapısı ve diğer faktörlerle ilişkilidir [15]. Bitki kodon önyargısını incelemek, moleküler evrimin ve yabancı protein ifadesinin [31-32] derinlemesine araştırılması için büyük önem taşır. Kodon tercihini etkileyen birçok faktör arasında mutasyon ve doğal seleksiyon baskın faktörlerdir. doğal seçilim bitkilerin translasyonda tercihen en iyi kodonu kodlamasını sağlar. Mutasyon, bitkilerde [33-34] bazı tercih edilmeyen kodonların varlığına yol açacaktır. Bu nedenle, bu çalışmada gen mutasyon baskısı ve doğal seleksiyon baskısı yakından ilgilenmektedir.

Cistanche Deserticola YCMa (2)

Bu çalışmada, Cistanche Deserticola, Saliniferous Cistanche Deserticola, Sand Cistanche Deserticola ve Tubular Cistanche Deserticola'nın kloroplast genomlarındaki GCall içeriği yüzde 36,60 ila yüzde 37,22, GC1, GC2 ve GC3 içerikleri yüzde 44,03 ila yüzde 44,75 arasında değişiyordu. Sırasıyla yüzde 38,97'den yüzde 39,82'ye ve yüzde 25,80'den yüzde 27,08'e, bunların tümü yüzde 50'nin altında kaldı. Bu, Cistanche cinsinin dört türündeki kloroplast genlerinin üçüncü bazının çoğunlukla A/T'de sona erdiğini veya Euphorbiaceae [32], Solanaceae [35]'nin önceki raporları ile tutarlı olarak A/T bazlarına daha fazla eğildiğini gösterir. Ginseng [11] ve Cardamom [36] gibi bitkilerin genom çalışmaları tutarlıdır ve farklı kloroplast gen türleri arasında kodon kullanım tercihlerinde belirli bir benzerlik olduğunu göstermektedir.

The change in the third base of the codon usually does not result in a change in the coding amino acid, so studying the composition of the third base of the codon is of great significance for studying codon preference [37]. PR2 analysis was conducted on the A, T, C, and G contents at the third base of the chloroplast genome of Cistanche deserticola, Cistanche salina, Cistanche deserticola, and Cistanche tubulosa. The results showed that T>A, G>C, which is consistent with wheat Triticum aestvumLinn [38] Agave sisalana Perr ex Engelm. [24], Scutellaria baicalensis Georgi [39], Gossypium hirsutum Linn Plants such as [40] exhibit T>A, C>G ve Populus euphratica Oliv Poaceae Barnhart bitkileri [42], A=T ve G=C için tutarsız sonuçlar gösterdi. Farklı bitkiler arasında kloroplast genomlarının baz bileşiminde önemli farklılıklar olduğu ve bunun da farklı kodon tercihlerine yol açtığı görülmektedir. ENC değeri, kodon tercihinin gücünü değerlendirmek için standarttır. ENC 35'in altında olduğunda, kodon kullanım yanlılığı daha fazladır ve ENC 35'in üzerinde olduğunda sapma daha küçüktür. Cistanche cinsinin dört bitki türünde, kloroplast genom kodlama bölgesinin ENC değerlerinin tümü 35'ten büyüktür ve bu, Cistanche cinsinin kloroplast geninde zayıf kodon tercihini gösterir. Korelasyon analizinde, dört türün GCall'ı, GC1 ve GC2 ile oldukça anlamlı bir korelasyon gösterdi. Ayrıca, diğer değerlerin korelasyonları değişkenlik göstermiştir. Bu dört Cistanche türünün farklı habitatları nedeniyle, farklı büyüme ortamlarının farklı türler arasında GC farklılıklarına yol açabileceği çıkarımı yapılabilir.

Nötr haritalama analizinin, ENC çizim analizinin ve PR2 grafiğinin sonuçları, Cistanche Deserticola, C. salina, C. Deserticola ve C. tubulosa'nın kloroplast genom kodonlarının, öncekinden farklı olarak doğal seçilimden daha fazla etkilendiğini göstermektedir. Amoum Roxb'nin rapor edilen sonuçları [36] Michelia Linn Sonuçlar, Ginseng cinsi [11] bitkilerininkilerle tutarlıdır, ancak Medicago truncatula Gaertn [17] Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. ve Populus przewalskii Maxim [41] gibi bitkilerde kloroplast genomlarının kodon tercihi esas olarak mutasyonlardan etkilenir, bu da farklı bitkilerin kodon tercihinin birçok faktörün kapsamlı bir sonucu olduğunu gösterir.

Cistanche Deserticola'nın Ana Kimyasal Bileşenleri

Optimal kodon analizi, Cistanche Deserticola, Saline Cistanche Deserticola, Sand Cistanche Deserticola ve Tubular Cistanche Deserticola için en uygun kodon sayılarının 10, 11, 13 ve 12 olduğunu ve paylaşılan en uygun kodon sayısı 4 olduğunu göstermektedir. Cistanche Deserticola ve Salted Cistanche Deserticola, 9 özdeş optimal kodonu paylaşır, bu da onları Cistanche cinsindeki dört tür arasında en benzer iki tür yapar. Cistanche cinsi içinde, Cistanche Deserticola ve Salted Cistanche Deserticola'nın benzer kodon kullanım tercihlerine ve daha yakın filogenetik ilişkilere sahip olduğu sonucuna varılabilir, bu da Miao Yujing ve diğerleri tarafından elde edilen sonuçlarla tutarlıdır. [44] ve Yang Qiaoqiao ve ark. [2] Cistanche cinsinin filogenetik analizi yoluyla.

Bu çalışma ilk olarak yerli Cistanche cinsini kloroplast genomunun kodon tercihine göre analiz etmiş, kodon tercihini etkileyen faktörleri sistematik olarak netleştirmiş, kodon tercihini etkileyen faktörlerin doğal seleksiyon baskısıyla ilgili olduğunu ortaya koymuş, optimal kodonu elemiş ve bulmuştur. cinsi içinde Cistanche ve C. salina arasındaki genetik ilişkinin daha yakın olduğu. Bu, daha sonraki genetik mühendislik araştırmaları, kaynak tanımlama ve Cistanche türlerinin ekzojen ekspresyon genlerinin inşası için bilimsel temel ve teorik destek sağlar.

referans

[1] Çin Florası Yayın Kurulu, Çin Bilimler Akademisi Çin Florası (Cilt 42, Bölüm 1) [M] Beijing: Science Press, 1993: 26-29

[2] Yang Qiaoqiao Çin Cistanche Bitkilerindeki Kloroplastların Eksiksiz Genom Analizi, Karşılaştırmalı Genomu ve Filogenetik Çalışması [D] Pekin: Pekin Birliği Tıp Fakültesi, 2019

[3] Zhang Xinhua, Gao Han, Wang Jia, ve arkadaşları İç Moğolistan'daki ilaçların değerlendirme örneklemesinde Cistanche Deserticola'nın kalite analizi [J] China Pharmaceutical, 2022, 31 (7): 85-88

[4] Wicke S, Schneeweiss GM, DePamphilis CW, et al. Kara bitkilerinde plastid kromozomunun evrimi: Gen içeriği, gen sırası, gen fonksiyonu [J]. Plant Mol Biol, 2011, 76(3/4/5): 273-297.

[5] Woodson JD, Chory J. Organel ve nükleer genomlar arasındaki gen ekspresyonunun koordinasyonu [J]. Nat Rev Genet, 2008, 9(5): 383-395.

[6] Xu WQ, Chen HM, Tian LX, et al. Holoparazit bitki Cistanche tubulosa'nın (Orobanchaceae) [J] plastomunda yoğun gen kaybı. Mitokondriyal DNA B Kaynağı, 2020, 5(3): 2679-2681.

[7] Li X, Zhang TC, Qiao Q ve ark. Holoparazit Cistanche Deserticola'nın (Orobanchaceae) tam kloroplast genom dizisi, ev sahibi Haloxylon ammodendron'dan (Chenopodiaceae) [J] gen kaybını ve yatay gen transferini ortaya koyuyor. PLoS Bir, 2013, 8(3): e58747.

[8] Çok İşlevli Bir Kodon Analizi Optimizasyon Platformunun Yapısı ve Uygulaması Üzerine Zheng Yuanting Araştırması [D] Hangzhou: Zhejiang Üniversitesi, 2020

[9] Hershberg R, Petrov DA A. Kodon yanlılığı üzerine seçim [J]. Annu Rev Genet, 2008, 42: 287-299.

[10] Lyu XL, Yang Q, Zhao FZ ve ark. Çeviri uzamasından kodon kullanımı ve protein uzunluğuna bağlı geri bildirim, çeviri başlatma ve uzama hızını [J] düzenler. Nükleik Asitler Res, 2021, 49(16): 9404-9423.

[11] Shi Yanshuo, Zhao Yongxing Panax bitkilerinin kloroplast genomundaki kodon tercihinin analizi [J] Molecular Plant Breeding, 2022, 20 (19): 6350-6361

[12] Song Yun, Jia Mengjun, Chen Liang, ve arkadaşları Lonicera japonica ICE1 geninin kodon tercih analizi ve reseptör sistemi seçimi [J] Journal of Plant Physiology, 2020, 56 (11): 2459-2468

[13] Li Xianhuang, Yang Shengchao, Xin Yaxuan, et al Erigeron breviscapus'un kloroplast genomundaki kodon tercihinin analizi [J] Yunnan Tarım Üniversitesi Dergisi: Doğa Bilimleri, 2021, 36 (3): 384-392

[14] Zhang Junyan, Zeng Yang, Li Jinping ve diğerleri İki Tıbbi Swertia Türünün Kloroplast Genomlarında Kodon Tercihinin Analizi [J] Chinese Journal of Traditional Chinese Medicine Information, 2022, 29 (1): 96-102

[15] Wu Xianming, Wu Songfeng, Ren Daming ve diğerleri Kodon yanlılığının analiz yöntemleri ve ilgili araştırma ilerlemesi [J] Genetics, 2007, 29 (4): 420-426

[16] Rosenberg MS, Subramanian S, Kumar S. Memeli genomları içinde ve arasında geçiş mutasyon önyargılarının kalıpları [J]. Mol Biol Evol, 2003, 20(6): 988-993.

[17]

Yang Guofeng, Su Kunlong, Zhao Yiran, et al. Analysis of Codon Preference in Medicago truncatum L. [J] Journal of Grassland Industry, 2015, 24 (12): 171-179

[18] Hou Zhe, Lou Xiaoming, Li Ang, ve diğerleri Pinus tangutorum'un kloroplast genomunun sekanslama ve kodon tercih analizi [J] Journal of Southwest Forestry University: Natural Science Edition: 2020, 18:1-13

[19] Sharp PM, Li WH. Escherichia coli'deki düzenleyici genlerdeki kodon kullanımı 'nadir' kodonlar için seçimi yansıtmaz [J]. Nükleik Asitler Res, 1986, 14(19): 7737-7749.

[20] Lu Qifeng, Luo Wenhua, Huang Zhihuan wutong'un iki kloroplast genomunun kodon kullanımı önyargı analizi [J] Guangxi Botany, 2020, 40 (2): 173-183

[21] Sueoka N. Yönlü mutasyon basıncı ve nötr moleküler evrim [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1988, 85(8): 2653-2657.

[22] Wright F. Bir gende kullanılan 'etkili kodon sayısı' [J]. Gene, 1990, 87(1): 23-29.

[23] Romero H, Zavala A, Musto H. Chlamydia trachomatis'te kodon kullanımı, zincire özgü mutasyon önyargılarının ve karmaşık bir seçici güç modelinin sonucudur [J]. Nükleik Asitler Res, 2000, 28(10): 2084-2090.

[24] Jin Gang, Qin Xu, Long Lingyun, et al. 4}}

[25] Sueoka N. İnsan genlerinde Eşlik Kuralı 2'nin translasyon-bağlı ihlali, üçüncü kodon pozisyonunun [J] DNA G artı C içeriğinin heterojenliğinin nedeni değildir. Gene, 1999, 238(1): 53-58.

[26] Lloyd AT, Sharp P M. Kodon kullanım modellerinin evrimi: Candida albicans ve Saccharomyces cerevisiae [J] arasındaki farklılığın kapsamı ve doğası. Nükleik Asitler Res, 1992, 20(20): 5289-5295.

[27] Grantham R, Gautier C, Gouy M, et al. Kodon kataloğu kullanımı, gen ifadesi [J] için modüle edilmiş bir genom stratejisidir. Nucleic Acids Res, 1981, 9(1): r43-r74.

[28] Wang HC, Hickey DA. Pirinç genomu [J] içindeki kodon kullanım modellerinin hızlı farklılaşması. BMC Evol Biol, 2007, 7(1): S6.

[29] Xiang H, Zhang RZ, Butler RR 3rd, et al. Mikrosporidian genomlarında [J] kodon kullanım yanlılığı modellerinin karşılaştırmalı analizi. PLoS Bir, 2015, 10(6): e0129223.

[30] Jiang Y, Deng F, Wang HL ve ark. Bakülovirüslerin [J] küresel kodon kullanım modeli üzerine kapsamlı bir analiz. Arch Virol, 2008, 153(12): 2273-2282.

[31] Sharp PM, Matassi G. Kodon kullanımı ve genom evrimi [J]. Curr Opin Genet Dev, 1994, 4(6): 851-860.

[32] Wang ZJ, Xu BB, Li B ve ark. Altı Euphorbiaceae türünün [J] kloroplast genomlarındaki kodon kullanım modellerinin karşılaştırmalı analizi. PeerJ, 2020, 8: e8251.

[33] Shields DC, Sharp P M. Bacillus subtilis'te eşanlamlı kodon kullanımı hem translasyonel seçilimi hem de mutasyonel sapmaları yansıtır [J]. Nükleik Asitler Res, 1987, 15(19): 8023-8040.

[34] Plotkin JB, Kudla G. Eşanlamlı ama aynı değil: Kodon yanlılığının nedenleri ve sonuçları [J]. Nat Rev Genet, 2011, 12(1): 32-42.

[35] Zhang RZ, Zhang L, Wang W, et al. Yetiştirilmiş ve yabani Solanum türlerinde [J] fotosentezle ilgili genler ile kloroplast genomlarının genetik sistemle ilişkili genleri arasındaki kodon kullanım yanlılığındaki farklılıklar. Int J Mol Sci, 2018, 19(10): 3142.

[36] Ma Mengli, Zhang Wei, Meng Hengling ve diğerleri Kakule [J] Çin bitkisel tıbbı cinsindeki şifalı bitkilerin kloroplast genomundaki kodon yanlılığının analizi, 2021, 52 (12): 3661-3670

[37] Wu Miaoli, Chen Shipin, Chen Hui Bambu alt ailesinin kloroplast genomundaki kodon kullanım yanlılığının analizi [J] Ormancılık ve Çevre Dergisi, 2019, 39 (1): 9-14

[38] Zhang WJ, Zhou J, Li ZF, et al. Mitokondri, kloroplast arasındaki kodon kullanım modellerinin karşılaştırmalı analizi

ve Triticum aestivum L'deki [J] nükleer genler. J Integr Plant Biol, 2007, 49(2): 246-254.

[39] Wang Wenbin, Yu Huan, Qiu Xiangpo Scutellaria baicalensis'in kloroplast genomundaki tekrar dizisi ve kodon tercihinin analizi [J] Molecular Plant Breeding, 2018, 16 (8): 2445-2452

[40] Shang Mingzhao, Liu Fang, Hua Jinping, ve diğerleri Yayla pamuğunun kloroplast genomundaki kodon kullanım yanlılığının analizi [J] Chinese Ziraat Bilimi, 2011, 44 (2): 245-253

[41] Zhou M, Long W, Li X. Tohum bitkilerinin kloroplast genomlarında eşanlamlı kodon kullanım yanlılığının kalıpları [J]. Stud China için, 2008, 10(4): 235-242.

[42] Gramineae'nin kloroplast genomundaki Zhang Yuerong Kodon kullanım modelleri ve Eupatorium adenophorum'un kloroplastındaki RNA düzenleme analizi [D] Yang Ling: Northwest A&F University, 2013

[43] Zhou Tao, Yang Lin, Shu Junxia ve diğerleri Üç Michelia bitki türünün kloroplast genomlarındaki kodon tercihinin analizi [J] Western Forestry Science, 2022, 51 (3): 91-100

[44] Miao Y, Chen H, Xu W ve ark. Beş Cistanche türünün plastid genomlarındaki küçük tek kopya (SSC) bölgesinin yapısal mutasyonları ve türler arası tanımlama [J]. BMC Fabrika Biol, 2022, 22(1): 412.