Page 31 - 《广西植物》2020年第7期

７ 期 唐向民等: 栽培大豆和野生大豆线粒体基因组密码子使用偏性的比较分析 ９ ２ ７

ｔｉｖｅｌｙꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｉｔｏｇｅｎｏｍｅ ｗａｓ ｒｉｃｈ ｉｎ Ａ/ Ｔ ｂａｓｅ. (２) ＰＲ２￣ｐｌｏｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｂａｓｅ ｏｆ ｃｏｄｏｎ ｕｓａｇｅ ｗａｓ ｂｉａｓｅｄꎬ ｗｈｅｒｅ ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｔｈａｎ ｐｕｒｉｎｅꎻ Ｎｃ￣ｐｌｏｔ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｅｎｅｓ ｗｉｔｈ Ｎｃ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ －０.１－０.２ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ９５％ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ
ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｅｎｅｓ. Ｔｈｅ ａｂｏｖｅ￣ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｆｆｅｃｔｅｄ
ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｄｏｎ ｕｓａｇｅ ｂｉａｓ ｉｎ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｉｔｏｇｅｎｏｍｅ. ＧＣ１ ａｎｄ ＧＣ２ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＧＣ３ꎬ
ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｃｏｄｏｎ ｂｉａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｔｏｇｅｎｏｍｅ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ａｎｄ ｗｉｌｄ ｓｏｙｂｅａｎｓ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｍｕｔａｔｉｏｎ. (３) Ｉｎ
ａｄｄｉｔｉｏｎꎬ ２０ ａｎｄ ２１ ｃｏｄｏｎｓ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ｔｏ ｂｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｄｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｔｏｇｅｎｏｍｅ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ａｎｄ ｗｉｌｄ ｓｏｙｂｅａｎｓꎬ
ｗｉｔｈ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｓｙｎｏｎｙｍｏｕｓ ｃｏｄｏｎｓ ｅｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａ ｏｒ Ｔ ｂａｓｅ. Ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｃｏｄｏｎ ｂｉａｓ ｏｆ ｃｕｌ￣
ｔｉｖａｔｅｄ ｓｏｙｂｅａｎ ｗａｓ ｍｏｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｗｉｌｄ ｓｏｙｂｅａｎꎬ ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｂｅ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ
ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｓｏｙｂｅａｎ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍａｘꎬ Ｇｌｙｃｉｎｅ ｓｏｊａꎬ ｍｉｔｏｇｅｎｏｍｅꎬ ｃｏｄｏｎ ｕｓａｇｅ ｂｉａｓꎬ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｄｏｎ

同义密码子使用偏好性是指编码序列中同义 好ꎬ可以更好地了解其线粒体基因组进化过程ꎮ

密码子被生物体偏爱使用的不同频率( Ｑｉｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ 大豆是豆科大豆属一年生草本植物ꎮ 一年生
２０１１ꎻＨａｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎮ 由于生物界通用密码 野生大豆(Ｇｌｙｃｉｎｅ ｓｏｊａ) 为栽培大豆( Ｇ. ｍａｘ) 的祖
子的简并性ꎬ每个氨基酸至少对应 １ 种密码子ꎬ最多 先种ꎬ是开展栽培大豆遗传育种工作的宝贵种质ꎮ
有 ６ 种对应的密码子ꎮ 同义的三联体密码子通常不 栽培大豆是从野生大豆经过人工改良驯化和长期
是被随机使用的ꎬ这种偏好性确保了最优密码子可 定向选择逐渐积累有益农艺性状演化而成的ꎮ 虽

以与数量最多 ｔＲＮＡ 基因的反密码子配对( Ｓｕｎ ｅｔ 然栽培大豆和野生大豆的线粒体全基因组已完成
ａｌ.ꎬ ２００９)ꎮ 同时避免了氨基酸的错掺ꎬ减少了翻译 测序(Ｃｈａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３ꎻＳａｊｊａｄ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎬ但关

加工差错(Ｗｅｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４)ꎮ 研究同义密码子使用 于两者的 ｍｔＤＮＡ 编码基因的密码子使用模式比较
的偏好性以及导致其形成的因素ꎬ可以帮助更好地 研究尚未见报道ꎮ 比较研究野生大豆和栽培大豆
了解生物基因组的特征、分子进化以及生态适应性 ｍｔＤＮＡ 编码基因的密码子偏好性ꎬ能够更好地揭
等ꎮ 之前关于陆地植物全基因组和叶绿体基因组 示两个同属物种的线粒体基因表达系统差异和进
密码 子 偏 性 的 相 关 研 究 较 多 ( Ｍａｚｕｍｄａｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ 化差异ꎮ 本研究拟以大豆属的野生大豆和栽培大
２０１７)ꎬ但植物线粒体基因组的密码子使用模式及 豆线粒体基因组为研究对象ꎬ对其密码子使用特

其相关作用力尚未得到很好的研究ꎮ 征进行系统分析ꎬ揭示影响其密码子偏性形成的
作为一种细胞核外的遗传系统ꎬ线粒体基因 主要因素ꎬ并确定最优密码子ꎮ 通过比较两个同
组具有重排进化快、叶绿体 ＤＮＡ 插 入 等 结 构 特 属物种对线粒体编码序列密码子使用的差异ꎬ以

点ꎮ 目前ꎬ对线粒体基因组的研究主要体现在对 期为大豆在人工驯化进程中线粒体表达系统遗传
基因的结构和功能、基因表达的时空调控、核质互 变异的深入研究奠定理论基础ꎮ
作、分子进化规律、物种的起源进化以及线粒体的

起源等生物学领域的研究( 夏玉玲等ꎬ２００８ꎻＫｏｎｇ １ 材料与方法
ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３)ꎮ ｍｔＤＮＡ 已被广泛应用于物种鉴定、
种内母系演化、种间系统发育、种群系统进化及遗 １.１ 序列材料

传多样性分析等方面的研究( Ｇａｌｔｉｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００９ꎻ 在 ＮＣＢＩ 数据库检索一年生野生大豆和栽培
Ｗｅｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４ꎻ 农 全 东 等ꎬ ２０１９ꎻ 李 平 等ꎬ 大豆的线粒体基因组序列ꎬ其 ＧｅｎＢａｎｋ 登录号分
２０１９)ꎮ 高等植物的线粒体基因组具有 ＲＮＡ 编辑 别为 ＮＣ＿０３９７６８.１ 和 ＮＣ＿０２０４５５.１ꎮ 分别下载 ２
和密码子偏好性等特殊的表达方式( 李玉秋等ꎬ 个物种的线粒体基因组所有编码序列ꎬ剔除重复
２０１１)ꎮ 了解植物线粒体基因组密码子的使用偏 的编码序列以及小于 ３００ ｂｐ 的编码序列ꎬ并经开