遺傳密碼又稱密碼子，編碼同種氨基酸的密碼子稱為同義密碼。同義密碼子提供了基因表達(dá)和蛋白質(zhì)進(jìn)化間的聯(lián)系，維持著生物體遺傳密碼的功能完整性。密碼子的使用頻率不同，有的密碼子使用頻率高于其他同義密碼子，形成了密碼子偏好性。不同物種密碼子偏性不同，但同一種物種或者親緣關(guān)系相近的物種間卻使用了相似的偏好性。密碼子偏好性的使用在基因表達(dá)水平、共翻譯蛋白質(zhì)折疊、mRNA的穩(wěn)定性等，反映了翻譯優(yōu)化中突變偏好與自然選擇的平衡，因此研究物種密碼子偏好性，為探究物種的進(jìn)化模式與其在系統(tǒng)發(fā)育史上的地位提供依據(jù)。

葉綠體是植物特有的細(xì)胞器，具有高度的保守性及較低的進(jìn)化率，是研究植物條形碼最有潛力的基因序列，在植物系統(tǒng)進(jìn)化、物種鑒定等方面廣泛應(yīng)用。完整的葉綠體基因組為認(rèn)識(shí)進(jìn)化和自然選擇提供機(jī)理性的啟示。不同基因組有其特有的密碼子使用模式，密碼子使用模式的分析有助于理解生物體適應(yīng)性及其在系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化史的地位，有益于基因表達(dá)水平的調(diào)控與基因的改造。

芒果是著名的熱帶水果，享有“熱帶水果之王”之美稱。外觀秀麗、果香四溢，含有豐富的維生素、蛋白質(zhì)、胡蘿卜素等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，深受大眾的喜愛，是南方熱區(qū)果農(nóng)增值創(chuàng)收的主要水果之一。目前為止尚未發(fā)現(xiàn)芒果密碼子使用偏好性相關(guān)方面的研究報(bào)道，本研究通過對(duì)芒果葉綠體基因組密碼子組成及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，首次闡明芒果密碼子使用偏好性的特點(diǎn)，確定芒果葉綠體基因組的最優(yōu)密碼子及密碼子偏好性發(fā)生的因素，為芒果資源保護(hù)、性狀改良及葉綠體基因組的應(yīng)用和研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基因序列

芒果葉綠體基因組共60個(gè)基因序列。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，剔除重復(fù)且長(zhǎng)度小于300bp的編碼序列，選擇以ATG為起始密碼子，以TAA、TAG、TGA為終止密碼子的序列，最終選出55條序列進(jìn)行分析。

1.2 中性繪圖分析

統(tǒng)計(jì)密碼子3個(gè)位置上的GC含量，以GC12為縱坐標(biāo)，GC3為橫坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.3 相對(duì)同義密碼子使用度分析

利用CodonW軟件對(duì)相對(duì)同義密碼子使用度進(jìn)行分析。RSCU表示一個(gè)密碼子的實(shí)際使用頻率與無偏好性時(shí)理論使用頻率間的比值。RSCU1時(shí)，表示該密碼子的使用頻率高于其他同義密碼子；當(dāng)RSCU=1時(shí)表示該密碼子沒有偏好性。

1.4 ENC-plot繪圖分析

以有效密碼子ENC為縱坐標(biāo)，GC3s為橫坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，計(jì)算公式：ENC=2+GC3s+29/[GC3s²+（1-GC3s）²]。結(jié)合ENC比值頻率對(duì)差異進(jìn)行量化分析。

1.5 PR2-plot繪圖分析

計(jì)算各密碼子第3位上的A、T、C、G的含量，以A3/（A3+T3）為縱坐標(biāo)，以G3/（G3+C3）為橫坐標(biāo)進(jìn)行PR2的偏倚分析。

1.6 最優(yōu)密碼子分析

最優(yōu)密碼子以芒果ENC值為偏性參考標(biāo)準(zhǔn)，選擇最低和最高10%的基因構(gòu)建高低偏性庫(kù)，分別計(jì)算兩組的RSCU值與△RSCU值，將RSCU＞1的密碼子確定為高頻率密碼子，△RSCU＞0.08的密碼子定義為高表達(dá)密碼子。同時(shí)滿足上述2種條件的密碼子定義為最優(yōu)密碼子。

2 結(jié)果與分析

2.1 密碼子使用的總體特征

對(duì)55條芒果葉綠體基因組的密碼序列的堿基組成進(jìn)行分析（表1），葉綠體基因組密碼子3個(gè)位置上的GC平均含量為37.94%。從密碼子不同位置的堿基組成來看，GC在密碼子的分布不均勻，GC1、GC2、GC3含量分別為47.14%、39.73%和29.35%，第3位上的GC含量低于前兩位，分布趨勢(shì)為GC1＞GC2＞GC3。GC3s的含量26.29%，表明密碼子中的第3位堿基以A/T結(jié)尾為主。

ENC表示偏性的強(qiáng)弱，其理論取值范圍為21～61，其值越小表示同義密碼子的偏性越強(qiáng)，反之同義密碼子的偏性越弱。當(dāng)ENC值為20時(shí)，表示同義密碼子完全偏倚；當(dāng)ENC值為60時(shí)，表示同義密碼子不偏倚。芒果葉綠體基因組編碼序列的ENC值均（48.14）值大于40，分布于35.38～56.56之間，由此可以判斷芒果葉綠體基因組密碼子的偏性不強(qiáng)。
芒果葉綠體基因密碼子參數(shù)的相關(guān)分析顯示GCall和GC1、GC2、GC3極顯著相關(guān)（表2）。GC1和GC2、GC3顯著相關(guān)，說明芒果葉綠體基因密碼子3個(gè)位置上的堿基組成相似。ENC值與GC2顯著負(fù)相關(guān)，與GC3極顯著相關(guān)，表明第2、3位上的堿基組成，特別是第3位對(duì)密碼子的偏好性影響較大。

相關(guān)鏈接：維生素，胡蘿卜素，蛋白質(zhì)

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