本文選題：密碼子偏好性 + 稀有密碼子　； 參考：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：密碼子使用偏好性現(xiàn)象普遍存在于基因組之間和基因組內(nèi)部。在細(xì)菌中密碼子偏好性和基因組的核苷酸組成密切相關(guān),但真核生物中這種相關(guān)性并不強(qiáng)。密碼子偏好性影響翻譯調(diào)控的多個(gè)階段。一般將基因組使用頻率較高的密碼子稱為通用密碼子,反之為稀有密碼子。研究表明,稀有密碼子在蛋白質(zhì)編碼區(qū)(CDS,Coding sequence)5’端使用更多,可幫助調(diào)控早期翻譯速率和協(xié)助共翻譯過程。此外,稀有密碼子在不同基因中的分布規(guī)律也很不相同。分泌蛋白是細(xì)胞中一大類特殊的蛋白,其CDS 5’末端編碼信號(hào)肽序列,引導(dǎo)蛋白質(zhì)定位到真核生物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜或原核生物的細(xì)胞膜。信號(hào)肽區(qū)域及其下游區(qū)域都存在稀有密碼子的聚集。稀有密碼子在分泌蛋白基因編碼區(qū)5’端除了調(diào)控翻譯速度以外,可能存在更加復(fù)雜的生物學(xué)功能。目前關(guān)于分泌蛋白基因的密碼子偏好性研究主要集中在末端信號(hào)肽區(qū)域,而較少涉及下游區(qū)域。同時(shí)除了大腸桿菌和釀酒酵母,缺少對(duì)其他物種中分泌蛋白基因密碼子偏好性的全面研究。本論文在六個(gè)真核物種(黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、小鼠、人類、擬南芥和釀酒酵母)中研究了具有信號(hào)肽序列的分泌蛋白基因中的密碼子使用偏好性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),分泌蛋白基因在編碼區(qū)5’端的稀有密碼子使用頻率比非分泌蛋白基因5’端更高。對(duì)編碼區(qū)5’端稀有密碼子聚集區(qū)域的分析表明,分泌蛋白基因的稀有密碼子存在兩個(gè)不同的聚集區(qū)域,起始密碼下游前20個(gè)密碼子和第75 100個(gè)密碼子。在不同區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)稀有密碼子聚集的分泌蛋白基因參與不同的生理過程。分泌蛋白基因編碼區(qū)5’端的稀有密碼子偏好性部分來自于信號(hào)肽疏水區(qū)域的氨基酸偏好性影響。雖然分泌蛋白基因更容易在某些區(qū)域出現(xiàn)稀有密碼子的聚集,但稀有密碼子串聯(lián)出現(xiàn)的情況依然少有發(fā)生。我們認(rèn)為翻譯早期過多的連續(xù)稀有密碼子出現(xiàn)會(huì)增加核糖體碰撞、掉落事件發(fā)生的可能性,嚴(yán)重阻礙翻譯延伸的正常進(jìn)行。因此,連續(xù)稀有密碼子并不會(huì)頻繁出現(xiàn)。核糖體密度數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)稀有密碼子和通用密碼子的平均翻譯速率沒有顯著差異。不過分泌蛋白基因中存在兩個(gè)容易出現(xiàn)核糖體強(qiáng)停頓的區(qū)域。一個(gè)是起始密碼子附近,另一個(gè)是起始密碼子下游20 30個(gè)密碼子區(qū)域,兩個(gè)區(qū)域的核糖體停頓可能具有不同的調(diào)控功能。綜上,分泌蛋白基因編碼區(qū)5’端偏好使用稀有密碼子,具有不同生物學(xué)功能的基因傾向于在不同的局部區(qū)域出現(xiàn)稀有密碼子聚集,然而又不會(huì)選擇在相鄰位置頻繁使用稀有密碼子;同時(shí)稀有密碼子的翻譯速度并沒有顯著地低于通用密碼子。本論文的結(jié)果進(jìn)一步揭示了真核生物分泌蛋白基因中的密碼子使用規(guī)律,為今后研究稀有密碼子和其他翻譯調(diào)控因素如mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)、tRNA豐度等的協(xié)同作用提供了理論支持。
[Abstract]:Codon usage preference is common between genomes and within genomes. Codon preference in bacteria is closely related to nucleotide composition in the genome, but not in eukaryotes. Codon preference affects multiple stages of translation regulation. The codon with high frequency is generally referred to as the common codon, whereas the other is rare codon. It has been shown that the rare codon is used more frequently at the 5 'end of the protein coding region, which can help to regulate the early translation rate and assist in the co-translation process. In addition, the distribution of rare codon in different genes is also very different. Secretory protein is a kind of special protein in cell. Its CDS 5'terminal coding signal peptide sequence directs the protein to locate to the endoplasmic omentum of eukaryote or the cell membrane of prokaryote. There are rare codon aggregation in the signal peptide region and its downstream region. In addition to regulating translation speed, rare codon may have more complex biological functions at the 5 'end of secretory protein gene coding region. At present, the codon preference of secretory protein gene is mainly focused on the terminal signal peptide region, but less on the downstream region. Besides Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae, there is no comprehensive study on the codon preference of secretory protein gene in other species. The codon usage preference of secretory protein genes with signal peptide sequences was studied in six eukaryotic species (Drosophila melanogaster, Cryptotella elegans, mouse, human, Arabidopsis thaliana and Saccharomyces cerevisiae). The results showed that the rare codon of secretory protein gene at the 5 'end of the coding region was higher than that at the 5' end of the non secretory protein gene. The analysis of the 5 '-terminal rare codon cluster region showed that there were two different clustering regions in the rare codon of secretory protein gene: the first 20 codon downstream of the initial codon and the 75th 100 codon. The secretory protein genes with rare codon aggregation in different regions are involved in different physiological processes. The rare codon preference at the 5 'end of secretory protein gene is partly due to the amino acid preference in the hydrophobic region of the signal peptide. Although secretory protein genes are more likely to have rarity codon aggregation in some regions, rare codon concatenation is still rare. We think that the occurrence of excessive continuous rare codon in early translation will increase the possibility of ribosomal collision and fall, and seriously hinder the normal process of translation extension. Therefore, continuous rare codon does not occur frequently. The analysis of ribosomal density data showed that there was no significant difference between the average translation rates of rare codon and common codon. However, there are two regions of the secretory protein gene that are prone to strong ribosomal pauses. One is near the start codon and the other is the 20 ~ (30) codon downstream of the start codon. Ribosomal pauses in both regions may have different regulatory functions. In conclusion, the 5 'end of secretory protein gene coding region prefers to use rare codon, and genes with different biological functions tend to cluster rare codon in different local regions. However, the rare codon is not used frequently in the adjacent position, and the translation speed of the rare codon is not significantly lower than that of the common codon. The results of this paper further reveal the rule of codon use in eukaryotic secretory protein gene and provide theoretical support for the further study of the synergism of rare codon and other translation regulatory factors such as mRNA secondary structure tRNA abundance.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q78

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本文編號(hào)：2048490