肌動(dòng)蛋白Actin1基因參與構(gòu)成植物細(xì)胞骨架,功能域高度保守,在植物系統(tǒng)演化中具有特殊作用,是重要的管家基因。本研究選取石榴等63種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值或生態(tài)價(jià)值的陸生植物Actin1基因,分析其密碼子使用偏好性和進(jìn)化。研究結(jié)果表明:石榴Actin1基因有效密碼子值為46.809,密碼子使用偏性較弱。石榴Actin1基因同義密碼子相對(duì)使用度大于1的密碼子大部分偏向于使用以G/C結(jié)尾,其偏性主要是由于自然選擇壓力影響。石榴等陸生植物的Actin1基因偏向使用AAC、GAU、CAG、GAG密碼子,這種偏向性在陸生植物之間屬于趨同進(jìn)化模式,親緣關(guān)系相近的物種對(duì)Actin1基因密碼子使用模式相似。由63種陸生植物的Actin1基因密碼子偏性分析證實(shí)與物種密碼子偏性與其進(jìn)化及親緣關(guān)系相關(guān)。本研究通過(guò)對(duì)石榴等陸生植物Actin1基因密碼子偏向性與進(jìn)化分析為Actin1基因家族的后續(xù)研究提供理論參考。 

【文章來(lái)源】：分子植物育種. 2020,18(06)北大核心

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【部分圖文】：

63物種Actin1基因ENC值箱線

圖1 63物種Actin1基因ENC值箱線密碼子的第3位堿基是決定氨基酸的種類的重要指標(biāo)，因此是分析密碼子偏向性時(shí)必須參考的一個(gè)因素(石元豹等,2019)。除石榴以外的雙子葉植物GC3含量在31.34%～58.99%,GC含量在45.3%～49.89%之間，單子葉植物GC3s含量在45.62%～65.87%,GC含量在50.09%～54.5%之間，說(shuō)明單子葉植物的Actin1基因優(yōu)先使用G/C結(jié)尾密碼子。整體來(lái)說(shuō)，低等植物的Actin1密碼子的使用偏性與高等植物差異很大，并且由低等向高等進(jìn)化的過(guò)程中密碼子偏好性逐漸減弱，推測(cè)是Actin1隨著物種進(jìn)化引起Actin1基因結(jié)構(gòu)功能的改變，從而產(chǎn)生密碼子偏性的變化。

藻類植物進(jìn)化為蕨類植物，裸子植物有蕨類植物進(jìn)化而來(lái)，而被子植物起源自裸子植物。從被子植物的內(nèi)部可以明顯看出從雙子葉到單子葉的進(jìn)化順序(張孟偉等,2018)�；贏ctin1基因同義密碼子相對(duì)使用度的聚類分析(圖3)，使用63種植物的蛋白質(zhì)編碼基因CDS序列構(gòu)建Actin1基因在不同物種里的ML系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(圖4)，從系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)可知基于CDS序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)與基于密碼子使用頻率構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)存在差異，例如低等植物的泥炭蘚并沒(méi)有和小立碗蘚、卷柏、地錢具為一支，而是和裸子植物火炬松、挪威云杉、銀杏具為一支；甜橙與同為柑橘屬的柚子沒(méi)有具為一支而是和中華獼猴桃具為一支，由此可知基于Actin1基因的CDS序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)可能無(wú)法正確反映出物種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，但是由上述密碼子使用偏性分析結(jié)果可知密碼子使用偏性與親緣關(guān)系遠(yuǎn)近有關(guān)，親緣關(guān)系近的物種密碼子使用模式相近，反之，則密碼子使用模式差別較大。分析數(shù)據(jù)，可知本研究物種對(duì)密碼子偏性情況從而了解這些物種對(duì)Actin1基因密碼子偏性是屬于趨同進(jìn)化還是平行進(jìn)化(表1)。趨同進(jìn)化是指兩種或兩種以上親緣關(guān)系甚遠(yuǎn)的生物，由于棲居于同一類型的環(huán)境之中，演化成具有相似的形態(tài)特征或構(gòu)造的現(xiàn)象，即源自不同祖先的生物，由于相似的生活方式，整體或部分形態(tài)結(jié)構(gòu)向著同一方向改變(Stern,2013)。來(lái)源于同一祖先的兩個(gè)或兩個(gè)以上的植物種或類群，在相似的生態(tài)環(huán)境中，形成了類似的生態(tài)適應(yīng)性，這樣的進(jìn)化稱為平行進(jìn)化(Nosil et al.,2002)。本研究的孢子植物，裸子植物，單子葉植物和雙子葉植物對(duì)編碼天門冬酰胺(Asn)、天門冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)的密碼子偏性是一樣的，都偏向使用密碼子AAC、GAU、CAG、GAG。由此推測(cè)孢子植物、裸子植物、單子葉植物、雙子葉植物對(duì)編碼這幾個(gè)氨基酸最優(yōu)密碼子的偏向性是趨同進(jìn)化的；單子葉和雙子葉植物又屬于被子植物，被子植物和裸子植物屬于種子植物，說(shuō)明孢子植物和種子植物對(duì)密碼子AAC、GAU、CAG、GAG的偏性也是趨同的；陸生植物對(duì)天門冬酰胺(Asn)、天門冬氨酸(Asp)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)最優(yōu)密碼子偏性是趨同進(jìn)化的。孢子植物對(duì)編碼酪氨酸(Tyr)的密碼子偏向使用UAG，裸子植物、單子葉植物及雙子葉植物偏向使用UAU密碼子，表明種子植物之間對(duì)UAU密碼子偏性屬于趨同進(jìn)化，孢子植物和種子植物之間對(duì)編碼酪氨酸(Tyr)最優(yōu)密碼子偏性是平行進(jìn)化；孢子植物編碼纈氨酸(Val)的密碼子偏向使用GUC，裸子植物、單子葉植物和雙子葉植物則偏好使用GUU,同樣說(shuō)明在裸子植物和種子植物之間對(duì)編碼纈氨酸(Val)最優(yōu)密碼子的偏性是平行進(jìn)化，種子植物之間是趨同進(jìn)化。

【參考文獻(xiàn)】：
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