珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性分析

孫月琪, 李密密, 周義峰

〔1. 南京林業(yè)大學(xué)林草學(xué)院、水土保持學(xué)院, 江蘇 南京 210037; 2. 江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園) 江蘇省植物資源研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210014〕

葉綠體是綠色植物和藻類(lèi)等真核自養(yǎng)生物特有的細(xì)胞器,為光合作用和生物合成的重要場(chǎng)所,能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供有機(jī)物和能量[1-2]。與體細(xì)胞基因組相比,葉綠體基因組的拷貝數(shù)非常高,且具有較保守的環(huán)狀結(jié)構(gòu);由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相對(duì)分子質(zhì)量小、進(jìn)化速率中等、突變率較低、單親遺傳等特征,葉綠體基因組在植物系統(tǒng)發(fā)育研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[3-4]?，F(xiàn)今,NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)收錄了多種植物葉綠體基因組數(shù)據(jù),且葉綠體基因組的相關(guān)研究涉及葉綠體遺傳工程、植物系統(tǒng)進(jìn)化[5]及近緣物種鑒定和遺傳多樣性分析[6]等領(lǐng)域。

密碼子是連接DNA和蛋白質(zhì)的橋梁,在蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中,作為序列單位和重要元件進(jìn)行遺傳信息的傳遞[7]。編碼同一氨基酸的多個(gè)密碼子互為同義密碼子,各同義密碼子在編碼蛋白質(zhì)時(shí)被使用的頻率不同,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為密碼子使用偏性(codon usage bias,CUB)[8],這是生物為適應(yīng)環(huán)境而表現(xiàn)出的進(jìn)化行為[9]。針對(duì)密碼子使用偏性產(chǎn)生了一系列的理論和假說(shuō),中性理論和選擇-突變-漂移平衡理論是其中的2個(gè)經(jīng)典理論[10]。中性理論認(rèn)為密碼子的選定僅與突變有關(guān),不受自然選擇的影響;而選擇-突變-漂移平衡理論認(rèn)為突變的發(fā)生是有方向的,密碼子使用偏性受選擇、突變和漂移的共同影響。密碼子使用偏性不僅在物種和種群間存在差異,也在基因間存在差異,并且不由單一因子決定。研究表明:密碼子使用偏性不僅受自然選擇、突變和漂移的影響,還受基因表達(dá)水平、基因長(zhǎng)度、tRNA豐度等的影響[11]。密碼子使用偏性研究被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如基因結(jié)構(gòu)和功能分析,動(dòng)植物、微生物和病毒的蛋白質(zhì)表達(dá)等[12]。分析植物葉綠體基因組密碼子使用偏性可以揭示物種的進(jìn)化關(guān)系;確定植物葉綠體基因組最優(yōu)密碼子可以提高基因表達(dá)效率;探究植物葉綠體基因組密碼子的使用模式及其影響因子,能夠?yàn)榛蚬こ痰妮d體選擇和基因表達(dá)提供理論依據(jù),對(duì)于物種進(jìn)化和遺傳研究具有重要意義[13-14]。

珊瑚菜(GlehnialittoralisF. Schmidt ex Miq.)隸屬于傘形科(Apiaceae)珊瑚菜屬(GlehniaF. Schmidt ex Miq.),為多年生草本植物。珊瑚菜的根是一種著名的傳統(tǒng)中藥材原料,俗稱(chēng)“北沙參”[15-16]。北沙參在中國(guó)的藥用歷史悠久,與人參、玄參、丹參、黨參并稱(chēng)為“五參”,有養(yǎng)陰清肺、益胃生津、化痰止咳等療效[17],在調(diào)節(jié)免疫功能、抗腫瘤和降血糖等方面具有明顯功效[18]。珊瑚菜野生資源分布相對(duì)分散,地理分布區(qū)狹窄,只在近海沙灘生長(zhǎng),由于過(guò)度開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境破壞,加之自然繁殖率較低[19],珊瑚菜野生資源已受到嚴(yán)重威脅,被國(guó)家林業(yè)和草原局列為國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物(http:∥www.forestry.gov.cn/c/www/lczc/10746.jhtml)。葉綠體基因組研究可為珊瑚菜的分子遺傳和系統(tǒng)進(jìn)化分析提供參考依據(jù),從而對(duì)其進(jìn)行更有效的保護(hù)和利用。目前,珊瑚菜葉綠體基因組的測(cè)序工作已經(jīng)完成,但關(guān)于珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究對(duì)珊瑚菜葉綠體基因組的密碼子使用偏性進(jìn)行分析,并探究密碼子使用偏性的影響因子,確定最優(yōu)密碼子,以期為后續(xù)珊瑚菜葉綠體基因組的相關(guān)研究提供重要信息,并為珊瑚菜基因功能和蛋白表達(dá)的進(jìn)一步研究及其基因改良和優(yōu)良性狀優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

珊瑚菜新鮮葉片采自浙江省寧波市象山縣鶴浦鎮(zhèn)大沙沙灘,硅膠干燥保存,利用多糖多酚植物基因組DNA提取試劑盒(上海浦迪生物科技有限公司)提取總DNA,送至北京諾禾致源科技股份有限公司,采用Illumina HiSeq 2500高通量測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序,對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行組裝、注釋,并將結(jié)果提交至NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性,剔除長(zhǎng)度小于300 bp的序列和重復(fù)序列。

1.2 方法

1.2.1 密碼子相關(guān)參數(shù)計(jì)算 參考文獻(xiàn)[20],使用EMBOSS在線(xiàn)程序CUSP(http:∥emboss.toulouse.inra.fr/cgi-bin/emboss/cusp)計(jì)算密碼子總GC含量(GCall),密碼子第1、第2和第3位堿基的GC含量(分別為GC1、GC2和GC3)以及密碼子第3位堿基上的A、T(U,下同)、C、G含量(分別為A3、T3、C3、G3);使用Codon W1.4.2軟件[21]計(jì)算葉綠體基因組的有效密碼子數(shù)(ENC)、密碼子適應(yīng)指數(shù)(CAI)、密碼子偏好指數(shù)(CBI)、最優(yōu)密碼子使用頻率(FOP)、相對(duì)同義密碼子使用度(RSCU)。若RSCU值等于1,說(shuō)明該密碼子沒(méi)有使用偏性;若RSCU值大于1,說(shuō)明該密碼子使用偏性較強(qiáng);若RSCU值小于1,說(shuō)明該密碼子使用偏性較弱[22]。使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.2.2 中性繪圖分析 以各基因的GC3值為橫坐標(biāo)、密碼子第1和第2位堿基GC含量的均值(GC12)為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖[23],分析二者的相關(guān)性。若回歸系數(shù)接近1,說(shuō)明該基因受突變影響較大,反之則說(shuō)明該基因受自然選擇影響較大[24]。

1.2.3 PR2-plot分析 以各基因的G3/(G3+C3)為橫坐標(biāo)、A3/(A3+T3)為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖[25]。若基因均勻位于2條中心線(xiàn)上或附近,說(shuō)明4種堿基的使用頻率相等或相近,表示密碼子使用偏性?xún)H受突變的影響;若基因距離2條中心線(xiàn)較遠(yuǎn),說(shuō)明4種堿基的使用頻率相差較大,表示密碼子使用偏性受自然選擇和突變的共同影響[26]。

1.2.5 對(duì)應(yīng)性分析 按照基因功能將所有基因分為5類(lèi),基于RSCU值將各基因分布在多維空間中,以第1軸為橫坐標(biāo)、第2軸為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)性分析[29]。

1.2.6 最優(yōu)密碼子的確定 RSCU值大于1的密碼子為高頻密碼子[28];對(duì)ENC值按照升序排列,分別將排列在前、后10%的基因建立高、低表達(dá)組,高、低表達(dá)組的RSCU差值(ΔRSCU)大于或等于0.08的密碼子為高表達(dá)密碼子[30]。既屬于高頻密碼子又屬于高表達(dá)密碼子的密碼子則為最優(yōu)密碼子[31]。

2 結(jié)果和分析

2.1 葉綠體基因組密碼子使用偏性分析

2.1.1 堿基組成及表達(dá)特征分析 珊瑚菜葉綠體基因組(登錄號(hào):OQ863734.1)大小為147 507 bp,經(jīng)注釋后獲得84個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,最終篩選得到51個(gè)符合條件的蛋白質(zhì)編碼基因,這些基因的密碼子堿基組成和表達(dá)特征見(jiàn)表1。

表1 珊瑚菜葉綠體基因組密碼子的堿基組成和表達(dá)特征1)Table 1 Base composition and expression characteristics of codons in chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.1)

由表1可見(jiàn):珊瑚菜葉綠體基因組密碼子第1、第2、第3位堿基的GC含量及總GC含量(分別為GC1、GC2、GC3和GCall)的均值分別為47.6%、39.8%、29.2%和38.8%,GC3值明顯低于GC1和GC2值,說(shuō)明密碼子第3位堿基的組成與前2位堿基差異大,密碼子相對(duì)保守;密碼子不同位置堿基的GC含量均小于50%,說(shuō)明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子偏好使用A或U,且第3位堿基比第1、第2位堿基更偏好使用A或U。

由表1還可見(jiàn):珊瑚菜葉綠體基因組的有效密碼子數(shù)(ENC)介于34.6～54.5之間,均值為48.1,除rps8基因外,其他50個(gè)基因的ENC值均大于35;密碼子適應(yīng)指數(shù)(CAI)介于0.100～0.270之間,均值為0.168;密碼子偏好指數(shù)(CBI)介于-0.190～0.226之間,均值為-0.090;最優(yōu)密碼子使用頻率(FOP)介于0.276～0.550之間,均值為0.356。以上結(jié)果均表明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性較弱。

2.1.2 相關(guān)性分析 珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果(表2)顯示:GC1值與GC2值極顯著(P<0.01)正相關(guān),而GC3值與GC1和GC2值均無(wú)顯著(P>0.05)相關(guān)性,說(shuō)明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子第1和第2位堿基之間差異較小,而前2位與第3位堿基差異較大;CC1、CG2、CG3值均與GCall值極顯著正相關(guān);ENC值僅與GC3值極顯著正相關(guān),說(shuō)明密碼子第3位堿基組成對(duì)密碼子使用偏性的影響較大;此外,GCall值與ENC、CAI、CBI和FOP值均顯著(P<0.05)或極顯著正相關(guān),GC1值與CAI、CBI和FOP值極顯著正相關(guān),GC2值與CBI和FOP值顯著正相關(guān),GC3值與CBI和FOP值極顯著正相關(guān),說(shuō)明密碼子堿基組成對(duì)密碼子使用偏性影響較大,特別是第3位堿基的組成對(duì)密碼子使用偏性影響較大。

表2 珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析1)Table 2 Correlation analysis of related indexes of codon usage bias of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.1)

2.1.3 相對(duì)同義密碼子使用度(RSCU)分析 RSCU分析結(jié)果(表3)顯示:RSCU值大于1的密碼子有30個(gè),表明這30個(gè)密碼子的使用偏性較強(qiáng),為高頻密碼子,占密碼子總數(shù)的46.9%,其中,除AUC和UUG外,其余密碼子均以A(13個(gè))或U(15個(gè))結(jié)尾。

表3 珊瑚菜葉綠體基因組相對(duì)同義密碼子使用度分析1)Table 3 Analysis on relative synonymous codon usage of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.1)

2.2 中性繪圖分析

中性繪圖分析結(jié)果(圖1)顯示:珊瑚菜葉綠體基因組密碼子第1和第2位堿基GC含量的均值(GC12)為32.4%～51.5%,密碼子第3位堿基的GC含量(GC3)為18.6%～37.3%,且所有基因均處于對(duì)角線(xiàn)上方。GC12值與GC3值的回歸系數(shù)為0.301 2,且二者無(wú)顯著(P>0.05)相關(guān)性,表明密碼子第1和第2位堿基與第3位堿基的GC含量差異較大,說(shuō)明突變對(duì)珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性的影響較弱。

GC3: 密碼子第3位堿基的GC含量GC content of the third base of codon; GC12: 密碼子第1和第2位堿基GC含量的均值Mean of GC content of the first and second bases of codon.圖1 珊瑚菜葉綠體基因組中性繪圖分析Fig.. 1 Neutral mapping analysis of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.

2.3 PR2-plot分析

PR2-plot分析結(jié)果(圖2)顯示:珊瑚菜葉綠體基因組各基因所在位置與2條中心線(xiàn)的距離差異較大,且在4個(gè)平面區(qū)域中并非均勻分布,多數(shù)分布在右下角區(qū)域,由此看出,密碼子第3位堿基的使用頻率為T(mén)大于A(yíng)、G大于C。說(shuō)明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性同時(shí)受突變和自然選擇的影響,且受自然選擇影響更大。

G3,C3,A3,T3: 分別為密碼子第3位堿基的G、C、A、T含量Contents of G,C,A and T of the third base of codon, respectively.圖2 珊瑚菜葉綠體基因組PR2-plot分析Fig.. 2 PR2-plot analysis of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.

2.4 ENC-plot分析

結(jié)果(圖3和表4)顯示:珊瑚菜葉綠體基因組中大多數(shù)基因的有效密碼子數(shù)(ENC)大于35,集中在40～55之間,多數(shù)分布在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)下方,表明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性受突變的影響較小。分析ENC比值分布發(fā)現(xiàn),14個(gè)基因分布在[-0.05, 0.05)區(qū)間,位于標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)附近,即ENC實(shí)際值(ENCact)與期望值(ENCexp)較接近,說(shuō)明這些基因的密碼子受突變的影響較大;37個(gè)基因分布在[-0.05, 0.05)區(qū)間外,且與標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的距離均較遠(yuǎn),即ENCact值與ENCexp值差距較大,說(shuō)明這些基因的密碼子使用偏性較強(qiáng),受自然選擇的影響較大。以上結(jié)果表明:珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性除受突變的影響外,更多受到自然選擇的影響。

GC3: 密碼子第3位堿基的GC含量GC content of the third base of codon; ENC: 有效密碼子數(shù)Effective number of codon.圖3 珊瑚菜葉綠體基因組ENC-plot分析Fig.. 3 ENC-plot analysis of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.

表4 珊瑚菜葉綠體基因組有效密碼子數(shù)(ENC)比值分布Table 4 Distribution of ratio of effective number of codon (ENC) in chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.

2.5 對(duì)應(yīng)性分析

基于相對(duì)同義密碼子使用度(RSCU)的對(duì)應(yīng)性分析結(jié)果(圖4)顯示:第1和第2軸的貢獻(xiàn)率分別為10.30%和8.74%。按照基因功能將所有基因分為5類(lèi),分別為遺傳系統(tǒng)基因(4個(gè))、核糖體蛋白基因(14個(gè))、光合系統(tǒng)基因(25個(gè))、其他蛋白基因(5個(gè))和保守開(kāi)放閱讀框(3個(gè))。不同功能的基因分布較分散,說(shuō)明這些基因密碼子的使用模式相差較大,其密碼子使用偏性可能受到多種因子的影響。

●: 遺傳系統(tǒng)基因Genetic system gene; ○: 核糖體蛋白基因Ribosomal protein gene; ▲: 光合系統(tǒng)基因Photosynthetic system gene; △: 其他蛋白基因Other protein gene; ■: 保守開(kāi)放閱讀框Conserved open reading frame. 括號(hào)中百分?jǐn)?shù)為貢獻(xiàn)率The percentages in brackets are the contribution rates.圖4 珊瑚菜葉綠體基因組對(duì)應(yīng)性分析Fig. 4 Correspondence analysis of chloroplast genome of Glehnia littoralis F. Schmidt ex Miq.

2.6 最優(yōu)密碼子分析

結(jié)果(表5)顯示:高、低表達(dá)組的RSCU差值(ΔRSCU)大于或等于0.08的密碼子有27個(gè),其中1個(gè)為終止密碼子,因此高表達(dá)密碼子為26個(gè),以A和U結(jié)尾的分別有8和10個(gè)。以既是高頻密碼子又是高表達(dá)密碼子為依據(jù)共確定了16個(gè)最優(yōu)密碼子,分別為GCU、GCA、CGA、UGU、CAA、GGU、AAA、UUA、CUU、UUU、CCU、CCA、UCU、ACU、GUU和GUA,其中7個(gè)以A結(jié)尾,9個(gè)以U結(jié)尾。說(shuō)明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子偏好以A或U結(jié)尾。

3 討論和結(jié)論

密碼子使用偏性與GC含量密切相關(guān)[32]。密碼子第1和第2位堿基的突變通常為非同義突變,突變率較低,密碼子第3位堿基的突變通常為同義突變,因此,密碼子第3位堿基的組成可以作為分析密碼子使用偏性的主要依據(jù)[33]。本研究發(fā)現(xiàn),珊瑚菜葉綠體基因組密碼子3個(gè)位置堿基的GC含量不同,表現(xiàn)為密碼子第1位堿基的GC含量(GC1)大于密碼子第2位堿基的GC含量(GC2),二者均大于密碼子第3位堿基的GC含量(GC3),GC1值與GC2值極顯著(P<0.01)正相關(guān),GC3值與GC1和GC2值無(wú)顯著(P>0.05)相關(guān)性,密碼子不同位置堿基的GC含量均小于50%,表明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子偏好使用A或U,且第3位堿基比第1和第2位堿基更偏好使用A或U。而有效密碼子數(shù)(ENC)僅與GC3值極顯著相關(guān),表明GC3值對(duì)珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性的影響較大。

ENC表示密碼子偏離隨機(jī)選擇的程度[34],是衡量密碼子使用偏性的重要指標(biāo)。ENC值由20到61,表示密碼子使用偏性由強(qiáng)到弱[35],當(dāng)ENC值小于或等于35時(shí),說(shuō)明密碼子具有較強(qiáng)的使用偏性[36]。珊瑚菜葉綠體基因組ENC均值為48.13,除rps8基因的ENC值小于35外,其他50個(gè)基因的ENC值均大于35,表明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子整體使用偏性較低。核糖體蛋白S8(RPS8)是小核糖體亞基中的一種蛋白質(zhì)[37],結(jié)構(gòu)較為保守。rps8基因在地理分布廣泛的被子植物中差異極小,說(shuō)明該基因具有保守的DNA序列,在進(jìn)化過(guò)程中受外部影響小[38]。珊瑚菜葉綠體基因組中rps8基因的GC含量保守性較高,受突變的影響較小,密碼子使用偏性較強(qiáng),因此ENC值最低。

本研究結(jié)果顯示:珊瑚菜高頻密碼子和高表達(dá)密碼子主要以A或U結(jié)尾,最優(yōu)密碼子均以A或U結(jié)尾,說(shuō)明珊瑚菜偏好使用A或U結(jié)尾的密碼子,這一結(jié)果與西藏凹乳芹(Vicatiathibeticade Boiss.)[39]和人參(PanaxginsengC. A. Meyer)[40]等的研究結(jié)果一致。一般來(lái)說(shuō),在較強(qiáng)的正向選擇和突變壓力的影響下,最優(yōu)密碼子數(shù)量相對(duì)較多;而在純化選擇下,最優(yōu)密碼子數(shù)量較少[41]。本研究共確定了16個(gè)珊瑚菜葉綠體基因組的最優(yōu)密碼子,數(shù)量較多,因此推測(cè)珊瑚菜葉綠體基因組可能處于正向選擇和突變壓力之下。不同物種的最優(yōu)密碼子及數(shù)量不同,說(shuō)明不同物種在進(jìn)化過(guò)程中受到的進(jìn)化壓力有所不同。目前,已報(bào)道的多數(shù)高等植物和藻類(lèi)植物葉綠體基因組的最優(yōu)密碼子大部分以A或U結(jié)尾[28-32,39-40,42],這種密碼子使用模式可能是由于葉綠體基因組中含有豐富的A或U,同時(shí)葉綠體基因組密碼子的使用偏性在進(jìn)化關(guān)系上較為保守。

密碼子使用偏性表現(xiàn)出的基因和物種的特異性能夠影響基因的表達(dá)水平。一般來(lái)說(shuō),密碼子使用偏性越強(qiáng),基因表達(dá)水平越高[43]。密碼子適應(yīng)指數(shù)(CAI)可以根據(jù)已知高表達(dá)基因的序列預(yù)估未知基因密碼子使用偏性程度,范圍為0～1,數(shù)值越大表示偏性越強(qiáng)[44];密碼子偏好指數(shù)(CBI)和最優(yōu)密碼子使用頻率(FOP)分別表示最優(yōu)密碼子子集在特定基因中的使用程度和基因中最優(yōu)密碼子占同義密碼子數(shù)量的比值,范圍均為0～1,當(dāng)最優(yōu)密碼子使用次數(shù)比平均使用次數(shù)還少時(shí),CBI為負(fù)值[8]。本研究中,CAI、CBI和FOP的均值分別為0.168、-0.090和0.356,均表明珊瑚菜葉綠體基因組密碼子使用偏性較弱,基因表達(dá)也較弱;相關(guān)性分析中,密碼子不同位置堿基的GC含量與CAI、CBI和FOP值均有相關(guān)性,FOP、CAI、CBI值兩兩間均極顯著相關(guān),說(shuō)明密碼子的堿基組成,特別是第3位堿基的組成對(duì)珊瑚菜葉綠體基因的表達(dá)有很大影響。基因表達(dá)受密碼子使用偏性調(diào)控,同時(shí)最優(yōu)密碼子的使用能夠提升翻譯的速率、效率和精確率[45]。因此,本研究中珊瑚菜葉綠體基因組中包含最優(yōu)密碼子的基因可能表現(xiàn)出較高的表達(dá)水平。

中性繪圖分析表明:GC1、GC2與GC3值的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平,說(shuō)明突變對(duì)密碼子使用偏性影響不大,密碼子使用偏性更多地受自然選擇的影響;ENC-plot和PR2-plot分析均表明珊瑚菜密碼子使用模式同時(shí)受到自然選擇和突變的共同影響,且受自然選擇影響較大;對(duì)應(yīng)性分析表明突變是影響珊瑚菜密碼子使用偏性的重要因子,但并不是惟一因子。綜合上述分析,影響珊瑚菜密碼子使用偏性的主要因子是自然選擇,這與西藏凹乳芹[39]和人參[40]等植物的研究結(jié)果一致。另有研究表明:澤芹屬(SiumLinn.)[46]和胡蘿卜(Daucuscarotavar.sativaHoffm.)[47]的葉綠體基因組密碼子使用偏性受突變的影響更大。在系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系中,珊瑚菜與人參和西藏凹乳芹的親緣關(guān)系較近,而與滇西澤芹〔Siumventricosum(H.Boissieu) Li Song Wang et M.F. Watson〕和胡蘿卜的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)[48]。因此,可以推斷親緣關(guān)系較近的物種葉綠體基因組具有相似的密碼子使用偏性。

本研究在珊瑚菜葉綠體基因組中共篩選到51個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,密碼子3個(gè)位置的堿基組成具有不同的特征,第3位堿基的組成與第1和第2位堿基的組成差異較大,且第3位堿基的GC含量最低;珊瑚菜葉綠體基因組密碼子和最優(yōu)密碼子均偏好使用A或U,密碼子使用偏性較弱,基因表達(dá)也較弱;密碼子使用偏性受到突變和自然選擇的共同影響,且自然選擇發(fā)揮主要作用。另外,本研究缺乏珊瑚菜不同居群的密碼子使用偏性對(duì)比,導(dǎo)致研究結(jié)果不夠全面客觀(guān),缺乏代表性,有待后續(xù)工作對(duì)珊瑚菜不同居群之間密碼子使用偏性進(jìn)行對(duì)比分析及深入研究。