紅藍光對草莓轉錄組特異表達基因密碼子使用偏好性的影響

馮 琛，湯浩茹，江雷雨，宋 霞，張云婷，葉云天，陳 清，孫 勃

(四川農業大學 園藝學院， 四川 成都 611130)

紅藍光對草莓轉錄組特異表達基因密碼子使用偏好性的影響

馮 琛，湯浩茹*，江雷雨，宋 霞，張云婷，葉云天，陳 清，孫 勃

(四川農業大學 園藝學院， 四川 成都 611130)

草莓轉錄組中特異表達基因密碼子的使用偏好性分析能夠為基因異源表達提供參考。為了探究紅藍光處理對草莓轉錄組特異表達基因密碼子使用偏好性的影響，以四川農業大學果樹分子生物學實驗室前期紅藍光處理后的草莓轉錄組數據為原始實驗數據，以白光處理的草莓轉錄組數據為原始對照數據，利用perl語言及測序結果中的FPKM值(fragments per kb per million fragments)對轉錄組數據進行篩選，通過Mobyle在線程序對篩選得到的特異表達基因進行密碼子偏好性分析。結果表明：藍光處理后的特異表達基因有114條，大約是紅光處理的2倍；從GC含量結合GC3s含量來看，紅光和藍光處理中的特異表達基因各自均有91%偏好使用以A/T結尾的密碼子；最優密碼子中，紅光特異基因偏好以A/T結尾的最優密碼子所占的比例比藍光特異基因多2.84%；密碼子使用頻率比較結果發現，酵母表達系統更適合用于2種處理特異表達基因的異源表達實驗，擬南芥更適合作為2種處理特異表達基因的轉基因受體。

紅藍光；轉錄組；草莓；密碼子偏好性

承載物種遺傳信息的DNA所編碼的蛋白質都是由氨基酸組成的，自然界中共有64個密碼子編碼這些氨基酸，同一種氨基酸(起始密碼子、終止密碼子，色氨酸除外)可能由不同種同義密碼子編碼[1]。物種在不斷進化的過程中，會出現對密碼子不平衡選擇的現象，即密碼子使用偏好性(codon usage bias)。對這一特定現象的深入分析，能夠幫助我們了解物種的發展過程、進化規律、突變方式[2-3]，有利于初步預測基因的表達水平，為密碼子優化奠定基礎[4]；同時，也有助于我們尋找基因的最適外源表達宿主等[5-6]。目前，有關密碼子使用偏好性的研究已經越來越多，不僅僅局限于某個物種的單一基因、某基因家族或轉錄組[7-9]，不同的物種之間同一基因或基因家族、轉錄組或基因組密碼子使用偏好比較分析的研究也逐漸增多[10-12]。

植物生長發育過程中，光質是一個很重要的調節因素[13]。許多研究證明，可以通過改變光質來調節植物的光合作用[14]、成熟衰老[15]、抗逆生長[16]等過程。目前，光質在草莓(Fragaria×ananassa)上的研究主要集中在生理生化(如改善果實品質)以及基因功能驗證方面[17-19]，而在基因大數據層面上，如新基因的挖掘、密碼子偏好性分析等還鮮見報道。本課題組前期對豐香草莓進行了不同光質的處理[20]，獲得了不同處理下的果實，并對其進行了轉錄組測序(RNA-Seq)。本文利用果實轉錄組數據進行了不同處理下特異表達基因的密碼子分析，以期為后期新基因功能的驗證提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗數據來源

不同光質處理后的草莓品種豐香成熟果實材料[20]，由四川農業大學果樹分子生物學實驗室提供，課題組于2016年3月完成轉錄組測序及分析。以拼接好的轉錄組數據為原始數據，為降低取樣誤差，利用perl語言程序(編碼序列長度≥300 bp，以ATG為起始密碼子，以TAA、TAG或TGA為終止密碼子且序列中間無終止密碼子)提取用于初步分析的CDS(coding sequence)序列。為獲得不同光質處理的特異表達基因，利用測序報告中提供的FPKM值對得到的初步結果進行二次篩選，其中，FPKM≥1定義為高表達，<1為低表達或不表達。

1.2 密碼子使用偏好性分析

利用Mobyle在線程序CodonW和CUSP(http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py？#f orms::CodonW/CUSP)對每條CDS序列的密碼子進行分析，參數包括：第3位上相對堿基的出現頻率(A3s/T3s/G3s/C3s)、第1/2/3位的GC含量(GC1/2/3s)、GC含量(GC)、有效密碼子數(effective number of codons，ENc)、同義密碼子相對使用度(relative synonymous codon usage，RSCU)、密碼子偏愛指數(codon bias index，CBI)、密碼子適應指數(codon adaptation，CAI)等。以GC3s為橫坐標，GC1/2s為縱坐標，繪制衡量選擇與突變對密碼子使用模式影響程度的中性繪圖(neutrality plots)。在計算第3位密碼子核苷酸含量基礎上，分別計算A3/(A3+U3)與G3/(G3+C3)值，并以G3/(G3+C3)為橫坐標，A3/(A3+U3)為縱坐標，繪制PR2(Parity Rule 2)圖。

ENc值與GC3s的相關性又稱為ENc繪圖分析，以密碼子第3位上的GC含量為橫坐標，ENc值為縱坐標，被廣泛用于分析影響密碼子使用的主要因素。若位于標準曲線附近的基因比較多，則說明該基因的密碼子偏好性受堿基組成(即突變作用)影響比較大；反之，說明密碼子偏好性受選擇作用比較大。

1.3 最優密碼子確定

為了更精準地確定最優密碼子，本研究采用了高頻優越密碼子和高表達優越密碼子相結合的辦法。高頻優越密碼子以同義密碼子出現次數的多少為選擇標準；高表達優越密碼子以ENc值為偏性標準，分別計算ENc值前后各10%的2組基因中每個基因密碼子的RSCU值，相同密碼子RSCU的差值大于0.08的為最優密碼子。

1.4 受體系統比較

密碼子使用頻率的比值多用來反映物種間密碼子使用偏好性的差異。一般認為比值≤0.5或者≥2時物種間的密碼子使用偏好性差異較大。為了確定適合表達的異源宿主，將得到的基因密碼子使用頻率與常用的異源宿主(包括大腸埃希菌、酵母菌、擬南芥、煙草、小麥、玉米)的密碼子使用頻率(從密碼子使用數據庫上獲得，http://www.kazusa.or.jp/codon)進行比較。

1.5 數據處理

利用Mobyle在線程序中CodonW和CUSP計算所有基因序列堿基組成和密碼子偏好性指標，利用SPSS 23.0軟件進行相關性和差異顯著性分析，利用EXCEL 2016繪制相關分析圖。

2 結果與分析

2.1 序列篩選及密碼子偏好性參數分析

通過對轉錄組數據進行紅藍光篩選后發現，藍光處理后的特異表達基因有114個，大約是紅光處理(56個)的2倍。對這些基因進行密碼子偏好性參數分析，結果(表1)表明，紅光處理后的特異表達基因中，GC含量變化范圍為39%～53%，其中大于50%的僅有5條序列，同時，這一處理中全部特異表達基因的GC3s含量為44%，表明紅光處理下的特異表達基因偏好使用以A或T結尾的密碼子；藍光處理下，114條序列的GC含量從40%變化到57%，其中大于50%的有10條，全部特異表達基因的GC3s含量為46%，說明藍光處理下的特異表達基因也偏好使用以A或T結尾的密碼子。

對基礎數據進行中性繪圖分析(圖1)發現，紅光處理下GC12s和GC3s的相關系數為0.172，雙尾檢驗未達顯著水平，說明此處理下密

表1 紅藍光處理下草莓轉錄組特異表達基因的密碼子組成及使用偏好性參數

Table 1 Composition and codon usage bias of specific genes in strawberry transcriptome under the red and blue light

密碼子組成和使用參數Compositionandcodonusagebias紅光處理Redlighttreatment變化范圍Range平均數Average標準差Standarddeviation藍光處理Bluelighttreatment變化范圍Range平均數Average標準差Standarddevia-tionT3s0.25～0.480.390.050.18～0.500.390.06C3s0.15～0.430.260.060.15～0.530.270.06A3s0.20～0.400.320.050.14～0.440.310.06G3s0.19～0.440.280.050.18～0.550.300.06CAI0.16～0.280.200.020.15～0.310.200.02CBI-0.15～0.11-0.050.06-0.18～0.13-0.050.06ENc44.81～59.0353.443.1647.16～59.1153.582.82GC0.39～0.530.450.030.40～0.570.450.03GC1s0.42～0.570.500.030.40～0.600.500.04GC2s0.31～0.500.400.040.30～0.540.400.41GC3s0.33～0.610.440.060.35～0.730.460.07L_sym289～1210563.84214.21288～2450531.71305.72L_aa306～1262586.79221.01304～2544552.68316.44Gravy-0.87～0.70-0.210.38-1.97～0.66-0.270.37Aromo0.04～0.150.090.020.03～0.160.080.03FOP0.33～0.490.390.040.31～0.490.390.03

T3s，密碼子在第3位的胸腺嘧啶含量；C3s，密碼子在第3位的胞嘧啶含量；A3s，密碼子在第3位的腺嘌呤含量；G3s，密碼子在第3位的鳥嘌呤含量；CAI，密碼子適應指數；CBI，密碼子偏好指數；ENc，有效密碼子數；GC，鳥嘌呤+胞嘧啶含量；GC1s，密碼子第1位的G+C含量；GC2s，密碼子第2位的G+C含量；GC3s，密碼子第3位的G+C含量；L_sym，同義氨基酸數；L_aa，氨基酸序列的長度；Gravy，平均親水性值；Aromo，芳香族氨基酸頻率；FOP，最優密碼子使用頻率。

T3s， content of thymine at the third nucleotide of a codon; C3s， content of cytosine at the third nucleotide of a codon; A3s， content of adenine at the third nucleotide of a codon; G3s， content of guanine at the third nucleotide of a codon; CAI， codon adaptation; CBI， codon bias index; ENc， effective number of codons; GC， content of guanine and cytosine; GC1s， content of guanine and cytosine at the first nucleotide of a codon; GC2s， content of guanine and cytosine at the second nucleotide of a codon; GC3s， content of guanine and cytosine at the third nucleotide of a codon; L_sym， synonymous amino acids; L_aa， length of amino acid sequence; Gravy， hydrophobic average; Aromo， aromaticity; FOP， frequency of optimal codons.

碼子偏好性受選擇作用影響較大；藍光處理下GC12s和GC3s的相關系數為0.195，雙尾檢驗達顯著水平，說明此處理下受突變作用影響較大。

PR2繪圖結果(圖2)表明，紅光和藍光處理下密碼子第3位T的使用頻率均高于A，G使用頻率均高于C，4個堿基的不均衡使用表明這2個處理下基因密碼子偏好性除受突變壓力影響外，還受選擇作用等因素的影響。

由ENc-GC3s plot分析圖(圖3)可知，紅光處理下大部分基因分布在標準曲線下方，只有少部分基因分布在距離曲線較近的位置，表明此處理中基因的密碼子偏好性主要受選擇作用的影響；藍光處理下多數基因分布在標準曲線附近，表明此處理中基因的密碼子偏好性除受到突變壓力影響外，還受到選擇作用等因素的影響。

2.2 最優密碼子確定

以同義密碼子出現的多少，確定了GCT、TGT等21個密碼子為紅光處理特異表達基因的高頻優越密碼子(表2)，GCT、TGC等21個密碼子為藍光處理特異表達基因的高頻優越密碼子(表3)；根據高、低基因表達組的RSCU值之差，確定了GCT、GCG等51個密碼子，GCA、GCC等39個密碼子分別為紅光和藍光處理特異表達基因的高表達優越密碼子。通過上述2種方法，最終確定GCT、TGT等共計16個為紅光處理特異表達基因的最優密碼子，GCT、TTT等共計11個為藍光處理特異表達基因的最優密碼子。紅藍光2種處理下特異表達基因的最優密碼子分別有93.75%、90.91%偏愛以A或T結尾。

a，紅光處理；b，藍光處理a， Red light treatment; b， Blue light treatment圖1 中性繪圖(GC12s vs. GC3s)Fig.1 Neutrality plot (GC12s vs. GC3s)

a，紅光處理；b，藍光處理。灰色圓圈表示每個點平均分布位置；a值為x=0.52616579561±0.0746123231，y=0.45179773266±0.0473135499；b值為x=0.5317688611±0.0664334405，y=0.4448534344±0.0527922866a， Red light treatment; b， Blue light treatment. Grey open circle indicated the average position for each plot; a calculated as follows: x=0.52616579561±0.0746123231， y=0.45179773266±0.0473135499; b calculated as follows: x=0.5317688611±0.0664334405， y=0.4448534344±0.0527922866圖2 PR2 繪圖[(A3/(A3+T3) vs. G3/(G3+C3)]Fig.2 PR2-bias plot [A3/(A3+T3) against G3/(G3+C3)]

2.3 受體系統的選擇

基因的異源表達是轉基因研究的重要部分，合適的受體是轉基因高效表達的必要條件之一。如果基因含有較多的與受體表達系統差異較大的稀有密碼子，可能就會造成基因在該受體中表達量低甚至無法表達，不利于研究。為了探明這些特異基因的功能，本研究將紅藍光處理的特異表達基因與常見受體系統的密碼子使用頻率進行了比較(表4)。結果顯示，紅光處理的特異基因與擬南芥、煙草這2種雙子葉植物的密碼子使用頻率比值中，≤0.5或≥2.0的分別有1、2種；與單子葉植物小麥、玉米的密碼子使用頻率比值中，≤0.5或≥2.0的分別有23、8種；藍光處理特異基因與這4種植物的密碼子使用頻率比值中，≤0.5或≥2.0的分別有0、2、18、9種。上述結果說明雖然2種處理特異表達基因與4個物種的密碼子使用偏好存在差異，但與雙子葉植物的差異明顯比與單子葉植物小，且擬南芥更適合作為2種處理特異表達基因的轉基因受體。

為了解紅藍光處理特異表達基因在真核和原核表達系統的表達情況，分別選取了酵母菌和大腸埃希菌作為代表。結果(表4)發現，紅光處理特異基因與大腸埃希菌、酵母的密碼子使用頻率比值中，≤0.5或≥2.0的分別有27、5個；藍光處理特異表達基因與這2種表達系統的使用頻率比值中，≤0.5或≥2.0的分別有25、6個。這一結果說明，對紅藍光處理特異表達基因而言，酵母表達系統可能要優于大腸埃希菌表達系統。

a，紅光處理；b藍光處理a， Red light treatment; b， Blue light treatment圖3 ENc-GC3s繪圖Fig.3 ENc-GC3s plot

表2 紅光處理下草莓轉錄組特異表達基因同義密碼子相對使用度

Table 2 The RSCU of specific genes in strawberry transcriptome under the red light

密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達Lowexpression密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達Lowexpression密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達LowexpressionGCA#Ala0.941.64AAGLys1.131.10AGC#Ser0.881.03GCC#Ala1.040.58CTA#Leu0.860.55AGT#Ser1.010.80GCG#Ala0.740.04CTC#Leu1.150.48TCA#Ser0.941.89GCT#Ala1.281.74CTG#Leu0.721.27TCC#Ser1.350.51TGC#Cys0.970.78CTT#Leu1.411.61TCG#Ser0.660.17TGT#Cys1.031.22TTA#Leu0.530.67TCT#Ser1.171.59GAC#Asp0.890.67TTG#Leu1.321.41ACA#Thr1.211.37GATAsp1.271.33ATGMet1.001.00ACCThr1.031.04GAA#Glu0.841.15AAC#Asn1.220.92ACG#Thr0.840.24GAG#Glu1.160.85AAT#Asn0.781.08ACT#Thr0.881.35TTC#Phe1.030.65CCA#Pro1.461.94GTA#Val0.360.50TTT#Phe0.971.35CCCAsn0.390.40GTC#Val0.970.63GGAGly1.251.24CCG#Asn1.170.02GTGVal1.201.26GGC#Gly0.600.50CCT#Asn0.981.29GTT#Val1.471.61GGG#Gly0.911.02CAA#Gln1.070.91TGGTrp1.001.00GGTGly1.241.24CAGGln0.930.89TAC#Tyr1.040.51CAC#His0.870.53AGA#Arg1.672.86TAT#Tyr0.961.49CAT#His1.131.47AGG#Arg1.311.79TAA#*TER1.800.60ATA#Ile0.950.83CGA#Arg0.850.37TAG*TER0.600.60ATC#Ile1.000.61CGC#Arg0.930.19TGA#*TER0.601.80ATT#Ile1.061.56CGG#Arg0.800.32AAALys0.870.90CGTArg0.440.47

“#”表示高表達優越密碼子；下劃線表示高頻優越密碼子。下同。

“#” meant codon usage with high expression; The underlined data meant codon usage with high frequency. The same as the bellow.

表3 藍光處理下草莓轉錄組特異表達基因同義密碼子相對使用度

Table 3 The RSCU of specific genes in strawberry transcriptome under the blue light

密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達Lowexpression密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達Lowexpression密碼子Codon氨基酸Acid同義密碼子相對使用度RSCU高表達Highexpression低表達LowexpressionGCA#Ala1.161.30AAGLys1.111.12AGCSer0.900.84GCC#Ala0.940.63CTALeu0.500.51AGT#Ser1.011.15GCG#Ala0.620.45CTC#Leu0.941.04TCA#Ser1.121.48GCT#Ala1.281.63CTG#Leu1.080.88TCC#Ser0.900.80TGCCys0.991.04CTT#Leu1.411.12TCG#Ser0.750.37TGTCys1.010.96TTALeu0.670.67TCTSer1.311.36GACAsp0.590.62TTG#Leu1.401.78ACA#Thr1.191.40GATAsp1.411.38ATGMet1.001.00ACC#Thr1.000.77GAAGlu1.041.00AACAsn0.800.83ACG#Thr0.540.37GAGGlu0.961.00AATAsn1.201.17ACT#Thr1.281.47TTC#Phe0.940.78CCA#Pro1.231.48GTAVal0.490.53TTT#Phe1.061.22CCCPro0.690.64GTCVal0.770.77GGA#Gly1.421.20CCG#Pro0.840.50GTG#Val1.251.16GGC#Gly0.770.59CCT#Pro1.241.37GTTVal1.491.54GGGGly0.790.83CAAGln1.041.06TGGTrp1.001.00GGT#Gly1.011.14CAGGln0.960.94TAC#Tyr0.790.88CAC#His1.070.75AGA#Arg1.892.44TAT#Tyr1.211.12CAT#His0.931.20AGG#Arg1.352.10TAA#*TER0.650.27ATAIle0.570.60CGA#Arg0.940.40TAG#*TER0.901.64ATC#Ile1.040.86CGCArg0.350.41TGA#*TER1.451.09ATT#Ile1.391.55CGG#Arg0.650.36AAALys0.890.88CGT#Arg0.810.28

表4 紅藍光處理下草莓轉錄組特異表達基因與6個物種基因組的密碼子頻率比值

Table 4 Codon frequency ratios of specific genes in strawberry transcriptome under the red/light and 6 heterologous host genomes

密碼子Genecode氨基酸Aminoacid紅光處理RedlighttreatmentC/EC/YC/AC/NC/TC/Z藍光處理BluelighttreatmentC/EC/YC/AC/NC/TC/ZGCAAla1.051.471.270.971.441.330.951.331.140.871.301.20GCCAla0.390.741.190.950.370.390.410.791.271.010.400.42GCGAla0.151.460.631.220.260.250.171.720.741.430.300.29GCTAla2.320.860.880.721.511.182.200.820.830.681.441.12TGCCys1.112.021.231.180.650.731.222.221.351.300.720.80TGTCys1.701.300.951.151.971.791.631.250.911.101.881.71GACAsp0.820.650.981.040.580.530.870.691.041.100.620.56GATAsp0.850.900.880.901.881.400.941.000.971.002.081.56GAAGlu0.750.870.950.912.131.640.740.860.940.902.111.62GAGGlu1.601.020.921.060.770.721.711.080.981.130.820.77TTCPhe1.320.960.961.140.800.791.250.910.911.080.760.75TTTPhe1.241.021.121.041.991.951.130.931.020.951.821.77GGAGly2.251.080.860.795.601.552.221.070.840.785.511.52GGCGly0.331.351.190.770.440.360.341.421.250.800.460.38GGGGly1.482.201.251.140.710.831.502.221.261.150.720.83GGTGly0.860.710.820.581.331.290.850.710.820.571.331.29CACHis0.721.031.081.080.680.630.680.971.021.020.640.59CATHis0.951.271.091.391.781.480.961.291.101.411.811.51ATAIle3.651.221.071.272.011.613.721.241.091.302.051.64ATCIle0.820.770.811.080.620.660.860.810.851.130.640.69ATTIle0.820.801.160.952.131.800.830.821.180.972.171.84

續表4

下劃線表示2個物種密碼子比較具有明顯偏差(≤0.5，≥2)；C/E、C/Y、C/A、C/N、C/T、C/Z分別代表與大腸埃希菌、酵母菌、擬南芥、煙草、小麥、玉米的比值。

The underlined data meant the codon obvious difference was found between the two species (≤ 0.5， ≥ 2); C/E， C/Y， C/A， C/N， C/T， C/Z represent codon frequency ratios withEscherichiacoli，Pichiapastoris，Arabidopsisthaliana，Nicotianatobacum，Triticumaestivum，Zeamays.

3 討論

轉錄組數據分析發現，藍光處理的特異表達基因數量是紅光處理的2倍，說明藍光處理可能誘導了更多新基因的表達。利用Mobyle在線程序對基因的密碼子組成及使用偏好分析發現，紅藍光處理下的特異表達基因的平均GC含量以及平均GC3s含量均小于0.5，說明這2種處理下的特異基因整體A/T含量高于G/C含量，且偏好使用A或T結尾的密碼子，這一特性符合雙子葉植物的密碼子偏好特性[21]。PR2-plot分析發現，A、C、T、G 4個堿基使用不平衡，結合中性繪圖與ENc-plot綜合分析，紅藍光處理下特異表達基因均受到突變和選擇等多重因素的影響，且紅光處理下的特異表達基因受選擇作用高一些，而藍光處理下的則受突變作用多一些，這可能是造成藍光處理有更多新基因表達的原因之一。

最優密碼子的分析可以利用多種方法來進行，目前多數研究偏好于使用高低表達基因的RSCU差值來確定最優密碼子[22-25]。本研究在利用這種方法的基礎上，進一步結合了“同義密碼子使用頻率的高低”這一判斷標準，最終確定了紅藍光處理下的最優密碼子。在這2種處理的最優密碼子中以GC結尾的均各有1個，這一結果與平均GC含量以及平均GC3s含量所得出的結果一致。藍光處理下的最優密碼子的數量少于紅光處理，這可能是由紅光處理下特異表達基因的數量偏小造成的。

進行外源基因的異源表達時，外源基因與受體系統的密碼子使用特性分析往往起著非常重要的作用，為了提高外源基因的表達效率，往往需要對外源基因的堿基序列進行一定的修飾[26]。本研究中，2種光處理下特異基因與常見的表達系統密碼子使用特性分析發現，酵母菌表達系統可能更適合這2種光處理下特異基因的表達；雙子葉植物擬南芥、煙草可能更適合作為2種光處理特異基因的轉基因受體。但外源基因能否高效表達，除了密碼子偏好特性的影響，還受轉化效率等影響[27]。

[1] NOVOA E M， PAVONETERNOD M， PAN T， et al. A role for tRNA modifications in genome structure and codon usage [J].Cell， 2012， 149(1): 202-213.

[2] BULMER M. The selection-mutation-drift theory of synonymous codon usage [J].Genetics， 1991， 129(3): 897-907.

[3] PLOTKIN J B， KUDLA G. Synonymous but not the same: the causes and consequences of codon bias [J].NatureReviewsGenetics， 2011， 12(1): 32.

[4] 吳憲明， 吳松鋒， 任大明， 等. 密碼子偏性的分析方法及相關研究進展[J]. 遺傳， 2007， 29(4): 420-426. WU X M， WU S F， REN D M， et al. The analysis method and progress in the study of codon bias [J].Hereditas， 2007， 29(4): 420-426. (in Chinese with English abstract)

[5] MCINERNEY J O. Replicational and transcriptional selection on codon usage inBorreliaburgdorferi[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica， 1998， 95(18): 10698-10703.

[6] 宋輝， 王鵬飛， 馬登超， 等. 蒺藜苜蓿WRKY轉錄因子密碼子使用偏好性分析[J]. 農業生物技術學報， 2015， 23(2): 203-212. SONG H， WANG P F， MA D C， et al. Analysis of codon usage bias of WRKY transcription factors inMedicagotruncatula[J].JournalofAgriculturalBiotechnology， 2015， 23(2): 203-212. (in Chinese with English abstract)

[7] LI C， PAN L L， WANG Y， et al. Codon bias of the gene for chloroplast glycerol-3-phosphate acyltransferase inCamelliasinensis， (L.) O. Kuntze [J].BiochemicalSystematicsandEcology， 2014， 55(2): 212-218.

[8] LIU Q P， HU H C， WANG H. Mutational bias is the driving force for shaping the synonymous codon usage pattern of alternatively spliced genes in rice (OryzasativaL.) [J].MolecularGeneticsandGenomics， 2015， 290(2): 649-660.

[9] LI N， LI Y Y， ZHENG C C， et al. Genome-wide comparative analysis of the codon usage patterns in plants [J].GenesandGenomics， 2016， 38(8): 723-731.

[10] 李真， 李永光， 薄蕾， 等. 大豆和擬南芥NFYB基因家族同義密碼子使用偏好性的比較[J]. 作物雜志， 2014， 28(3): 14-21. LI Z， LI Y G， BO L， et al. Analysis of synonymous codon bias of NFYB gene family in soybean andArabidopsis[J].Crops， 2014， 28(3): 14-21. (in Chinese with English abstract)

[11] 楊平， 周峰. 植物KCO基因密碼子使用特性[J]. 植物生理學報， 2012， 48(11): 1057-1062. YANG P， ZHOU F. Characterization of codon usage of plantKCOgenes [J].PlantPhysiologyJournal， 2012， 48(11):1057-1062. (in Chinese with English abstract)

[12] LI N， SUN M H， JIANG Z S， et al. Genome-wide analysis of the synonymous codon usage patterns in apple [J].JournalofIntegrativeAgriculture， 2016， 15(5): 983-991.

[13] 徐凱， 郭延平， 張上隆. 不同光質對草莓葉片光合作用和葉綠素熒光的影響[J]. 中國農業科學， 2005， 38(2): 369-375. XU K， GUO Y P， ZHANG S L. Effect of light quality on photosynthesis and chlorophyll fluorescence in strawberry leaves [J].ScientiaAgriculturaSinica， 2005， 38(2): 369-375. (in Chinese with English abstract)

[14] 許莉， 劉世琦， 齊連東， 等. 不同光質對葉用萵苣光合作用及葉綠素熒光的影響[J]. 中國農學通報， 2007， 23(1): 96-100. XU L， LIU S Q， QI L D， et al. Effect of light quality on leaf photosynthesis and chlorophyll fluorescence [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin， 2007， 23(1): 96-100. (in Chinese with English abstract)

[15] 程建徽， 魏靈珠， 雷鳴， 等. 不同濾光膜袋對‘紅地球’葡萄果實品質的影響[J]. 果樹學報， 2015， 32(1): 87-93. CHENG J H， WEI L Z， LEI M， et al. Influences of different light filter film bags on berry quality in ‘Red Globe’ [J].JournalofFruitScience， 2015， 32(1): 87-93. (in Chinese with English abstract)

[16] KRESLAVSKI V D， LYUBIMOV V Y， SHIRSHIKOVA G N， et al. Preillumination of lettuce seedlings with red light enhances the resistance of photosynthetic apparatus to UV-A [J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyBBiology， 2013， 122(9): 1-6.

[17] 徐凱， 郭延平， 張上隆， 等. 不同光質膜對草莓果實品質的影響[J]. 園藝學報， 2007， 34(3): 585-590. XU K， GUO Y P， ZHANG S L， et al. Effect of light quality on the fruit quality of ‘Toyonoka’ strawberry (Fragaria×ananassaDuch.) [J].ActaHorticulturaeSinica， 2007， 34(3): 585-590. (in Chinese with English abstract)

[18] 劉慶， 連海峰， 劉世琦， 等. 不同光質LED光源對草莓光合特性、產量及品質的影響[J]. 應用生態學報， 2015， 26(6): 1743-1750. LIU Q， LIAN H F， LIU S Q， et al. Effects of different LED light qualities on photosynthetic characteristics， fruit production and quality of strawberry [J].ChineseJournalofAppliedEcology， 2015， 26(6): 1743-1750. (in Chinese with English abstract)

[19] 張云婷， 陳品文， 江雷雨， 等. 草莓光信號轉導因子FaHY5的克隆及其表達分析[J]. 基因組學與應用生物學， 2015， 34(12): 2695-2701. ZHANG Y T， CHEN P W， JIANG L Y， et al. Cloning and expression analysis of light responsive bZIP Transcription factorFaHY5 from strawberry [J].GenomicsandAppliedBiology， 2015， 34(12): 2695-2701. (in Chinese with English abstract)

[20] 張云婷， 宋霞， 葉云天， 等. 光質對低溫脅迫下草莓葉片生理生化特性的影響[J]. 浙江農業學報， 2016， 28(5): 790-796. ZHANG Y T， SONG X， YE Y T， et al. Effects of light quality on physiological and biochemical indexes in strawberry leaves under low temperature stress [J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016， 28(5): 790-796. (in Chinese with English abstract)

[21] MURRAY E E， LOTZER J， EBERLE M. Codon usage in plant genes [J].NucleicAcidsResearch， 1989， 17(2): 477-498.

[22] 續晨， 賁愛玲， 蔡曉寧. 蝴蝶蘭葉綠體基因組密碼子使用的相關分析[J]. 分子植物育種， 2010， 8(5): 945-950. XU C， BEN A L， CAI X N. Analysis of synonymous codon usage in chloroplast genome ofPhalaenopsisaphroditesubsp.Formosana[J].MolecularPlantBreeding， 2010， 8(5): 945-950. (in Chinese with English abstract)

[23] 尚明照， 劉方， 華金平， 等. 陸地棉葉綠體基因組密碼子使用偏性的分析[J]. 中國農業科學， 2011， 44(2): 245-253. SHANG M Z， LIU F， HUA J P， et al. Analysis on codon usage of chloroplast genome ofGossypiumhirsutum[J].ScientiaAgriculturaSinica， 2011， 44(2): 245-253. (in Chinese with English abstract)

[24] 李秀璋， 宋輝， 李春杰. 茄腐鐮孢(Fusariumsolani)線粒體基因組密碼子偏好性分析[J]. 基因組學與應用生物學， 2015， 34(11): 2465-2472. LI X Z， SONG H， LI C J. Analysis of codon usage bias in mitochondria genome ofFusariumsolani[J].GenomicsandAppliedBiology， 2015， 34(11): 2465-2472. (in Chinese with English abstract)

[25] 吳彥慶， 趙大球， 陶俊. 芍藥花色調控基因的密碼子使用模式及其影響因素分析[J]. 中國農業科學， 2016， 49(12):2368-2378. WU Y Q， ZHAO D Q， TAO J. Analysis of codon usage pattern ofPaeonialactifloragenes regulating flower color and its influence factors [J].ScientiaAgriculturaSinica， 2016， 49(12): 2368-2378. (in Chinese with English abstract)

[26] 晁岳恩， 吳政卿， 楊會民， 等. 11種植物psbA基因密碼子偏好性及聚類分析[J]. 核農學報， 2011， 25(5): 927-932. CHAO Y E， WU Z Q， YANG H M， et al. Cluster analysis and codon usage bias studies onpsbAgenes form 11 plant species [J].JournalofNuclearAgriculturalSciences， 2011， 25(5): 927-932. (in Chinese with English abstract)

[27] 賴瑞聯， 林玉玲， 鐘春水， 等.龍眼生長素受體基因TIR1密碼子偏好性分析[J]. 園藝學報， 2016， 43(4): 771-780. LAI R L， LIN Y L， ZHONG C S， et al. Analysis of codon bias of auxin receptor geneTIR1 inDimocarpuslongan[J].ActaHorticulturaeSinica， 2016， 43(4): 771-780. (in Chinese with English abstract)

(責任編輯 侯春曉)

Analysis of codon usage bias of specific genes in strawberry transcriptome under the red and blue light

FENG Chen， TANG Haoru*， JIANG Leiyu， SONG Xia， ZHANG Yunting， YE Yuntian， CHEN Qing， SUN Bo

(CollegeofHorticulture，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China)

Analysis of codon usage bias of specific genes in strawberry transcriptome could provide reference for heterologous expression of genes. To understand the influence of red and blue light on codon usage bias， the original experimental data， which was transcriptome of strawberry treated with red and blue light， and the original control data， which was transcriptome of strawberry treated with white light， were screened by perl language and FPKM (fragments per kb per million fragments) value， then， Mobyle online program were used to analyze the codon usage bias of it. The results showed that there were 114 specific genes under the blue light， twice as that under the red light; From the point of view of GC content combined with GC3s (GC content of the third position)， 91 percent of specific genes under red and blue light， respectively， were bias toward the synonymous codons with A and T at the third codon position; In addition， the fraction of specific genes under the red light between optimal codons with A and T at the third codon position and optimal codons was 2.84 percent more than that under the blue light. According to codon usage frequency， thePichiapastorisexpression system was more suitable for heterologous expression of specific genes of the two treatments，Arabidopsisthalianamight be the best receptor for transgenosis.

red and blue light; transcriptome; strawberry; codon usage bias

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.08

2016-12-06

馮琛(1992—)，男，河北邢臺人，碩士研究生，主要從事分子生物學在果樹上的應用研究。E-mail: fengchensicau@163.com

*通信作者，湯浩茹，E-mail: htang@sicau.edu.cn

S432.4+1

A

1004-1524(2017)04-0566-09

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 566-574

馮琛， 湯浩茹， 江雷雨， 等. 紅藍光對草莓轉錄組特異表達基因密碼子使用偏好性的影響[J]. 浙江農業學報， 2017， 29(4): 566-574.