甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅的全基因組密碼子偏好性分析

田春艷 李旭娟 李純佳 毛鈞 劉新龍

（1.熱帶作物生物育種全國重點實驗室，昆明 650205；2.云南省農業科學院甘蔗研究所 云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，開遠 661699；3.農業農村部甘蔗生物學與遺傳育種重點實驗室，開遠 661699）

遺傳密碼子是生命信息的基本遺傳單位，核酸攜帶的遺傳信息向蛋白質轉化的過程是以三聯體密碼子形式傳遞的。每種氨基酸可由1-6 個密碼子編碼，這些編碼同一種氨基酸的所有密碼子被稱為同義密碼子［1］。不同生物甚至是同一基因組的不同基因，對同義密碼子的使用并不是均衡的, 而是優先或傾向于使用一種或幾種特定的同義密碼子, 這稱為密碼子使用偏好性［2-4］。密碼子使用偏好性是在長期的生物進化過程中形成的，在真核生物、原核生物以及病毒中都存在，是一種普遍現象［5-6］。其受自然選擇、堿基突變、tRNA 豐度、氨基酸序列組成、基因組大小等多種因素的影響,其中自然選擇和突變被認為是關鍵因素［7-8］。生物的密碼子使用偏好性能在一定程度上反映出物種或基因的起源，對基因表達、目的基因修飾、基因家族分化等問題具有重要研究意義［9］。研究表明，生物體內普遍存在的這種密碼子使用偏好性會導致外源基因在宿主細胞中的表達量降低。使用轉基因受體系統偏愛的密碼子進行目的基因序列優化是提高外源基因表達水平的一種有效手段［10］。周宗梁等［11］根據水稻偏好密碼子對來源于蘇云菌芽孢桿菌的cry1Ah1 基因進行密碼子優化，結果表明全部采用最高頻密碼子的優化方案效果最好，cry1Ah 蛋白平均表達量占可溶性蛋白的0.104%。陳惠等［12］根據畢赤酵母密碼子使用偏好性, 將來源于黑曲霉N25 的植酸酶基因phyA 進行改造, 結果密碼子優化的酵母轉化子中植酸酶活性為對照的2 倍。利用密碼子優化的外源基因已在某些植物中獲得了重組蛋白高表達的轉基因植株［13-15］。

甘蔗（Saccharum spp.）是世界上最主要的糖料作物，供應了全世界近80%的食糖，因其具有十分高的生物量，也是重要的能源材料。在我國，甘蔗糖占據了近90%的食糖供應，是保障我國食糖安全的重要經濟作物?，F代甘蔗栽培品種主要來源于熱帶種和割手密兩個同源多倍體的甘蔗屬原始種間的雜交，其中70%-80%的染色體來源于熱帶種，10%-20%來源于割手密，10%屬于二者的重組染色體［16］。因其基因組高度復雜且十分龐大，至今尚未完成基因組的測序工作，嚴重制約了甘蔗分子生物學和生物技術相關研究的發展。近幾年，福建農林大學和廣西大學亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室先后完成了甘蔗屬割手密（S.spontaneum），熱帶種（S.officinarum）以及甘蔗近緣屬植物蔗茅（Erianthus fulvus）的基因組測序和組裝工作，快速推動了甘蔗重要性狀的分子機制解析，優異基因挖掘及生物技術育種的研究［17-19］。近年來，隨著作物生物技術的快速發展，甘蔗種業對甘蔗重要性狀的改良需求越來越迫切，亟需挖掘優異外源基因用于甘蔗品種性狀的改良。為了提高這些外源基因在甘蔗轉化體中的高效表達，解析甘蔗密碼子偏好性特征十分重要。至今尚沒有系統分析甘蔗密碼子使用模式的研究報道。鑒于此，本研究擬基于前人已公布的4 個甘蔗屬及其近緣屬種基因組數據，研究其密碼子使用模式并分析其影響因素，篩選出最優密碼子，以期為利用基因工程實現優異外源基因在甘蔗中的高表達提供科學指導，為開展甘蔗抗蟲、抗病轉基因育種奠定重要的基礎。

1 材料與方法

1.1 甘蔗屬及其近緣屬蔗茅的基因組數據來源及篩選

從甘蔗基因組數據庫（http://sugarcane.zhang?jisenlab.cn/SugarcaneDB/#/downloads）下載甘蔗屬的熱帶種（LA?purple）和割手密（NP?X 和AP85?441）及其近緣屬種蔗茅（Yunnan2009?3）共4 個材料的CDS 序列。為提高密碼子偏好性分析準確性，利用Python 工具根據以下條件篩選符合密碼子偏好性分析的CDS 序列：序列長度大于或等于300 bp 且序列堿基數是3 的整倍數；具有正確的起始密碼子和終止密碼子，且序列中間不具有終止密碼子［20］。最終從熱帶種LA?purple、割手密NP?X 和AP85?441 以及蔗茅Yunnan2009?3 中獲得符合條件的CDS 序列分別為242 904 條、131 179 條、60 604 條、35 616 條用于后續分析。

1.2 密碼子組分分析

利用Python 編寫代碼分別計算CDS 序列的GC含量、密碼子第1 位、第2 位和第3 位的GC 堿基含量（分別用GC1、GC2、GC3 表示）。利用Co?donW1.4.2 計算同義密碼子第3 位GC 含量（GC3s）、同義密碼子第3 位4 種堿基的含量（分別用A3s、T3s、C3s、G3s 表示）、有效密碼子數（ENC）、同義密碼子使用度（RSCU）、CAI（密碼子適應指數）、Fop（最優密碼子頻率）等參數。

1.3 基因表達水平與密碼子偏性參數間相關性分析

從甘蔗基因組數據庫（http://sugarcane.zhang?jisenlab.cn/SugarcaneDB/#/downloads） 下 載 割 手 密AP85?441 和蔗茅Yunnan2009?3 的基因表達數據，并利用廣西大學亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室張積森教授團隊提供的熱帶種LA?purple的基因轉錄表達數據。利用SPSS 軟件進行基因表達水平TPM（transcripts per million）值與密碼子偏好性參數間的相關性分析，并利用R 語言繪制相關系數圖。分析密碼子偏好性參數與基因轉錄表達水平間的相互關系。

1.4 中性繪圖分析

同義密碼子的突變通常發生于密碼子的第3 位堿基上，而非同義密碼子的突變位點通常發生在第1 位或第2 位堿基［21］。以每條CDS 序列的GC1 和GC2 的平均值（用GC12 表示）為縱坐標，GC3 為橫坐標利用Microsoft Excel 繪制中性對比散點圖，分析GC3 與GC12 的相關性。若二者顯著相關，則回歸曲線斜率接近1，說明密碼子3 個位置的堿基組成無明顯差異，其偏好性主要受突變因素影響。若二者相關性不顯著，則表明其密碼子偏好性的主要影響因素是自然選擇［22］。

1.5 ENC?plot分析

有效密碼子數是衡量同義密碼子使用偏好的常用參數，ENC 取值范圍從20-61，ENC 值為20表示每個氨基酸只用一個密碼子，具有極強的偏好性，ENC 值為61 表示每個氨基酸均勻使用所有同義密碼子，無偏好性［21］。前人研究提出可將ENC=35.0 作為判斷密碼子偏好性強弱的分界點，若ENC ≤35，則說明有較強的密碼子使用偏好性［22-23］。以ENC 實際值為縱坐標，GC3s 為橫坐標繪制散點圖，并根據公式計算ENC 期望值（ENC 期望值=2+GC3s+29/［GC3s2+（1?GC3s）2］），在 散 點 圖 中繪制ENC 期望值的標準曲線。若密碼子使用偏好性主要受到突變壓力的影響，則散點將位于標準曲線上或略低于標準曲線，相反，若散點低于標準曲線，則主要受到選擇和其他因素的影響［24］。

1.6 PR2?plot分析

PR2?plot 分析是對密碼子第3 位堿基（分別用A3、T3、G3、C3 表示）組成的偏差對密碼子偏好性產生的影響進行分析。以A3/（A3+T3）為縱坐標，G3/（G3+C3）為橫坐標繪制散點圖，坐標的中心點位置表示A=T 且G=C，通過中心點到某散點的矢量距離來判斷堿基偏移的程度和方向。

1.7 最優密碼子確定及密碼子偏好性差異分析

根據ENC 值對CDS 序列進行排序，取ENC 值最高和最低的10%基因序列分別作為低表達庫和高表達庫，利用CodonW 1.4.2 軟件分別計算2 個表達庫的RSCU 值，并計算ΔRSCU 值（ΔRSCU ＝RSCU高表達庫-RSCU 低表達庫）。其中，RSCU＞1 的密碼子為高頻密碼子，ΔRSCU ≥0.08 的密碼子為高表達密碼子，同時滿足2 個條件的密碼子為最優密碼子［25］。此外，由于甘蔗基因組復雜，染色體數目眾多，本研究進一步根據研究材料的倍性和染色體基數進行分組，計算密碼子的RSCU 值，從全基因組和染色體組水平探討了4 個材料的密碼子使用偏好性差異。

1.8 不同生物密碼子偏好性比較

利用在線的密碼子使用數據庫（http://www.kazusa.or.jp/codon/）下載甘蔗近緣作物玉米、高粱及其他模式生物如水稻、擬南芥、煙草、大腸桿菌、酵母等的密碼子使用數據，分析這些主要模式生物與甘蔗屬及其近緣屬種在基因組堿基組成差異、密碼子偏好模式等方面的差異。參照雷佳欣等［26］的方法，以本研究甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅4 個材料的基因組RSCU 均值作為甘蔗的RSCU 值（這是由于現在甘蔗栽培品種絕大部分都含有熱帶種和割手密血緣，且本研究結果分析表明這兩個種與其近緣屬種蔗茅的密碼子使用偏好性高度相似），若甘蔗RSCU 值與其他物種RSCU 的比值≥2 或≤0.5 時，表明與甘蔗的密碼子使用偏倚差異顯著。

2 結果

2.1 甘蔗屬種及其近緣屬種基因組密碼子堿基組成分析

甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅4 個材料的基因組CDS 序列的核苷酸組成分析結果見表1。4 個材料基因組CDS 序列的同義密碼子第3 位的堿基組成都是C 堿基含量最高，G 次之，A 含量最低。平均GC 含量為56.30%，其中割手密AP85?441的最高（57.53%），蔗茅Yunnan2009?3 的最低（55.02%）。密碼子3 個位點的GC 含量都是GC3＞GC1＞GC2, 同義密碼子第3 位的GC 含量（GC3s）介于61.06%-64.91%之間，且C3s＞G3s＞T3s＞A3s。說明甘蔗基因組富含GC, 且偏好于使用以G 或C 結尾的密碼子。

表1 甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅基因組CDS 序列的核苷酸組成和ENCTable 1 Nucleotide composition and ENC of CDS sequences in Saccharum species and its phylogenetically related species E.fulvus

2.2 密碼子偏好性相關參數及基因轉錄表達水平的相關性分析

有效密碼子數是衡量基因密碼子偏好性強弱的重要指標，為了解甘蔗全基因組水平基因間的密碼子偏好性差異，本研究分析了4 個材料全基因組的ENC 頻數分布及其百分比，結果見表2。由表2 可知，4 個材料基因組的ENC 值頻數分布及百分比極其相似，ENC ≤35 的CDS 序列占總數的比例在12.05%-14.23%之間，ENC 值在35?45 之間的占16.72%-19.32%，ENC 值 大 于45 的 占66.53%-71.23%，表明全基因組內具有較強密碼子使用偏好的基因約占13%、而約69%的基因密碼子使用偏好性較弱。因此，在轉化異源基因到甘蔗材料中時不僅需考慮甘蔗的密碼子偏好性問題，對于少數基因而言，可能還需要關注基因本身的密碼子使用特性。

為進一步了解基因表達與基因密碼子使用偏好性參數間的相互關系，本研究利用熱帶種LA?purple、割手密AP85?441 和蔗茅Yunnan2009?3 的基因表達數據，分析了12 個密碼子偏好性參數與基因轉錄表達水平間的相關性，相關系數見圖1，如圖所示，12 個密碼子偏性參數間的相關性在甘蔗這3個材料基因組中的表現是一致的。其中，GC 含量與GC1、GC2、GC3 含量顯著正相關（P＜0.01），GC3與GC1 與GC2 顯著正相關（P＜0.01）。ENC 與GC1、GC3 為顯著負相關（P＜0.01），說明第1 位、第3 位堿基對密碼子偏好性的影響較大。ENC、CAI 和Fop都與序列長度無顯著相關性，CAI 和最優密碼子頻率（Fop）與GC3 正相關（P＜0.01），這與其基因組核苷酸組成分析的結果相吻合，都表明了甘蔗偏愛使用以G 或C 結尾的密碼子。基因表達水平（TPM）與基因的CDS 長度、A3s、T3s 及ENC 為負相關（P＜0.01），與GC、GC3、C3s、G3s、CAI 及Fop 為正相關（P＜0.01），但相關系數較小，說明這些參數與基因實際的轉錄表達水平存在相關性，但相關性并不是很強，可能受到基因復雜的調控機制影響。

圖1 基因表達水平與密碼子偏好性參數的相關系數Fig.1 Correlation coefficients between gene expressions and codon usage bias parameters

2.3 中性繪圖分析

中性繪圖分析結果見圖2，圖中黑色直線為擬合的線性回歸線，該直線的斜率越大，說明密碼子第1、2、3 位的堿基組成越相似，其偏好主要是受突變的影響，反之說明選擇的影響越強。由圖2 可以看出，LA?purple、NP?X、AP85?441、Yun?nan2009?3 的GC3 含量主要分布在20%-99%之間，GC12 含量主要分布在30%-75%之間。回歸系數分別為0.241 7、0.218 7、0.213 5、0.233 6，說明密碼子使用模式的突變壓力占 21.35%-24.17%，自然選擇是影響密碼子偏好性的主要因素。

圖2 四個材料的中性繪圖分析Fig.2 Neutrality-plot analysis of four materials

2.4 ENC?plot分析

ENC?plot 分析結果見圖3，從圖中可以看出，一部分基因分布在標準曲線上或周圍，而大部分基因落在標準曲線的下方，表明突變和自然選擇都影響著甘蔗屬種及蔗茅的密碼子使用偏好性，但自然選擇在其中起著主導作用。

圖3 四個材料的ENC-plot 分析Fig.3 ENC-plot analysis of four materials

2.5 PR2?plot分析

PR2?plot 分析結果見圖4，中心點（0.5,0.5）位置為A=T 且G=C。如圖所示，大部分基因都遠離中心點，在4 個平面的分布呈現不均勻，說明大部分基因的密碼子第3 位對4 種堿基的使用頻率存在差異，表明甘蔗熱帶種、割手密和蔗茅的基因組密碼子使用模式不僅受自然選擇的影響，也受到包括突變壓力等其他因素的影響。

圖4 甘蔗4 個材料的PR2-plot 分析Fig.4 PR2-plot analysis of four materials of Saccharum

2.6 最優密碼子確定及密碼子偏好性差異分析

根據全基因組密碼子的RSCU 值，將RSCU 大于根據同時滿足2 個條件即：高表達庫和低表達庫的RSCU＞1 且ΔRSCU ≥0.08 的密碼子為最優密碼子的標準，根據高、低表達庫的RSCU 值和兩個表達庫之間的ΔRSCU 值，最終在4 個材料中都被確定為最優密碼子的密碼子共有13 個（表3），它們分別 為UUC、CUC、CUG、AUC、GUG、UCC、AGC、GCC、UAC、AAG、UGC、CGC 和GGC。 這13 個密碼子中以C 結尾的有10 個，以G 結尾的有3 個，說明偏愛以G 或C 結尾的密碼子。此外，密碼子CAG 和GAG 在熱帶種LA?purple、割手密NP?X 以及蔗茅Yunnan2009?3 這3 個材料中也被確定為最優密碼子，而在割手密AP85?441 中雖不是最優密碼子，但也是對應氨基酸同義密碼子中偏好使用的密碼 子。由 此 可 知，LA?purple、NP?X、AP85?441 和Yunnan2009?3 的密碼子使用模式在全基因組水平上高度相似。

然而，甘蔗基因組高度復雜，染色體數目類型豐富。如，LA?purple 為X=10 的同源八倍體，NP?X為X=10 的同源四倍體，AP85?441 為X=8 的同源四倍體，蔗茅Yunnan2009?3 為X=10 的同源二倍體。為深入探討這4 個材料的密碼子使用模式是否存在差異，本研究進一步從染色體組水平計算了密碼子的RSCU 值，如LA?purple（X=10, 各染色體組命名即從Chr1 到Chr10）。結果見圖5，圖中RSCU 值在虛線以上的密碼子為編碼相同氨基酸中偏好使用的同義密碼子。從圖中可以看出，4 個材料在染色體和全基因組水平的密碼子RSCU 值無明顯差異（同一密碼子堆積柱上各顏色的直方柱高度幾乎完全相等），各氨基酸偏好使用的同義密碼子相同。表明4個材料的密碼子使用模式在染色體組水平上也是高度相似的。

圖5 四個材料全基因組和染色體組水平的密碼子RSCU 值分析Fig.5 Analysis of codon RSCU on genome-wide and chromosome set level in four materials

2.7 甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅與主要模式生物的密碼子使用模式比較

上述甘蔗屬種及其蔗茅的密碼子偏好性主要參數的相關性研究表明，有效密碼子數與基因組GC含量以及密碼子3 個位點的GC 含量呈顯著負相關關系，ENC 值也是評價密碼子偏好的重要參數之一。因此，我們分析了甘蔗4 個材料與其近緣作物玉米、高粱以及一些模式生物的堿基組成差異。結果如圖6，從圖中可以看出，甘蔗熱帶種LA?purple、割手密NP?X 和AP85?441 及蔗茅Yunnan2009?3 與玉米、高粱和水稻的基因組GC 含量差異不大，介于50%-60%之間，密碼子3 個位點的GC 含量都表現為GC3＞GC1＞GC2，偏好于使用以G 或C 結尾的密碼子，符合單子葉植物的密碼子使用特征。而擬南芥、煙草、大腸桿菌、酵母的GC 含量分布在40%-50%之間，含量最低的是酵母，密碼子3 個位點的GC 含量為GC1＞GC3＞GC2，偏向于使用A 或U 結尾的密碼子，與甘蔗屬種及其近緣屬種蔗茅的密碼子使用模式具有明顯差異。

圖6 甘蔗與其他生物的基因組堿基組成比較Fig.6 Comparison analysis of genome base composition between sugarcane and other organisms

此外，為探究不同生物的密碼子偏好性差異，分別以熱帶種、割手密和蔗茅的RSCU 平均值作為甘蔗的RSCU 值，分別與其他7 種主要模式生物的密碼子RSCU 進行比較分析，結果見圖7。從圖中可以看出，甘蔗與玉米、高粱和水稻的RSCU 比值范圍分別為0.88-1.19, 0.84-1.37, 0.82-1.12，與擬南芥、煙草、大腸桿菌、釀酒酵母的RSCU 比值范圍分別為0.46-3.40，0.43-3.15，0.35-3.34，0.23-4.67，表明甘蔗的密碼子使用模式與玉米、高粱和水稻等單子葉植物的密碼子使用偏好性非常相似，而與擬南芥、煙草等雙子葉植物的密碼子使用偏好性差異較大，因此，玉米、高粱、水稻這些作物比較適合作為甘蔗優異基因驗證時的異源遺傳轉化載體。與常用的大腸桿菌、釀酒酵母等異源表達宿主相比，釀酒酵母與甘蔗屬及其近緣屬種的密碼子偏好性差異更大，因此，在做甘蔗相關基因的原核表達系統研究時，更適合選擇在大腸桿菌中進行。

3 討論

密碼子偏好性廣泛存在于生物中，是其在特定自然選擇壓力及突變壓力下的進化模式，體現了物種對基因組環境和自然進化壓力的適應性選擇［27］。本研究對甘蔗屬熱帶種、割手密及其近緣屬種蔗茅的全基因組進行了密碼子使用模式及其影響因素分析，結果表明甘蔗屬種和蔗茅在密碼子使用模式上高度相似。核苷酸組成成分上，4 個材料的GC 含量范圍為55.02%-57.53%，同義密碼子第3 位的GC含量范圍為62.46%-66.09%,說明基因組GC 含量較高，而AT 含量較低，且都傾向于使用以G 或C 結尾的密碼子，這與水稻［28］、玉米［29］、小麥［20］等單子葉植物的密碼子使用特征一致。而與擬南芥［30］等雙子葉植物基因組GC 含量較低，偏好使用以A或T 結尾的密碼子有所差異［31］。此外，ENC 值是反映基因編碼時對密碼子選擇性強弱的指標之一，前人研究提出可將ENC=35.0 作為判斷密碼子偏好性強弱的分界點，若ENC ≤35，則說明有較強的密碼子使用偏好性［22,32］。本研究中，4 個材料的全基因組CDS 序列的ENC 值范圍在47.97-48.89，均值為48.45，表明甘蔗屬及其近緣屬種蔗茅密碼子使用偏好性較弱。這種較弱的密碼子使用偏好性在擬南芥［30］、芒果［33］、菠蘿［34］等多種作物中都被觀察到。然而，本研究通過進一步對ENC 值的分布進行分析發現，密碼子偏好性還與基因本身有關，甘蔗4 個材料的基因組中，具有較強密碼子偏好性的基因占12.05%-14.23%（ENC ≤35），偏好性中等的基因占16.72%-19.32%（35＜ENC ≤45），而約69%的基因密碼子使用偏好性較弱（ENC＞45）。因此，在研究基因異源表達效率時，除了考慮宿主的密碼子使用偏好性外，少數基因可能還需要考慮基因本身的密碼子使用特性。同時，為深入掌握這些密碼子偏好性參數與基因表達的相互關系，本研究進一步結合轉錄組測序數據進行了基因轉錄表達水平與這些參數的相關性分析，結果表明基因表達水平與基因序列長度、A3s、T3s 和ENC 等顯著負相關，與GC、GC3、C3s、G3s、CAI、Fop 等參數顯著正相關，這與Wen 等［35］對川桑的研究結果一致。但相關系數較小，相關性很弱?？赡艿脑蚴腔虻霓D錄調控受到多種因素及調控元件的影響，是一個十分復雜的過程。依靠基因序列的密碼子使用偏好性參數只能初步從理論上預測基因的表達水平，并不能精準預測基因的實際表達水平。

生物密碼子使用模式的形成并不是單一因素作用引起的，而是多種因素綜合作用的結果，為更好地了解影響密碼子偏好性形成的影響因素，我們進行了中性繪圖分析、ENC?plot 及PR2?plot 分析。結果均表明它們的密碼子使用模式均同時受到自然選擇和其他因素如突變壓力的影響，但自然選擇在其中起著主導作用。這與擬南芥［30］、木薯［36］、睡蓮［37］等物種的研究結果相似，自然選擇在這些物種的密碼子使用模式形成中占據著主導作用。而在其他如籽粒莧［38］、乳油木［39］等作物中則表現為突變為主要影響因素，這說明影響生物密碼子使用模式形成的主導因素在物種間是有差異的。以上多種作物的研究結果皆表明同義密碼子使用偏愛特征是在自然選擇、突變及其他多種因素的共同作用下形成的。研究發現，受到的正向選擇和突變壓力越大，在基因組中形成的最優密碼子就越多，反之則較少［40］。根據RSCU 值及高、低表達基因組二者的ΔRSCU 值，本 研 究在LA?purple、NP?X、AP85?441和Yunnan2009?3 中篩選出了13 個最優密碼子，這些最優密碼子都以G 或C 結尾，證明了甘蔗屬及其近緣屬種蔗茅與其他單子葉植物密碼子使用特征一致，皆偏愛以G 或C 結尾的同義密碼子［31］。同時，經過對密碼子的RSCU 值對比分析，我們明確了本研究的熱帶種、割手密和蔗茅的密碼子使用偏好特征不管在全基因組水平還是染色體水平都是高度相似的。

經對比分析，本研究篩選出的最優密碼子與玉米［29］、小麥［20］等禾本科作物偏好使用的密碼子具有非常高的相似性，這暗示著物種間親緣關系越近，其密碼子使用模式可能越相似。此外，Zhang 等［20］分析了小麥的線粒體基因組、葉綠體基因組以及核基因組的密碼子使用模式，結果表明3 個基因組間的密碼子使用特征也存在一定的差異。本研究利用甘蔗屬種及其近緣種蔗茅的全基因組進行密碼子使用偏好特性分析，盡管屬于不同的種，但結果表明其密碼子使用模式高度相似，這些共同的密碼子使用偏好特征對提高外源基因在甘蔗中的表達效率具有重要意義。

4 結論

甘蔗屬種與其近緣屬種蔗茅的基因組都富含GC，且偏好使用G/C 結尾的密碼子，密碼子使用偏好性高度相似。其密碼子使用模式的形成受到了自然選擇、突變壓力等因素的共同作用，其中自然選擇占主導作用。相關性分析表明密碼子偏好性參數與基因轉錄表達水平相關性較弱。通過比較發現，甘蔗與玉米、水稻和高效的密碼子偏好性較為相似，在甘蔗基因功能異源驗證時可優先選擇利用這些作物作為異源表達系統。

致謝：

衷心感謝廣西大學張積森教授及華秀婷博士、汪柏宇博士為本研究提供了基因組數據和基因表達數據；感謝楊紹林同事及西北民族大學劉珊珊博士在本研究Python 代碼編寫上給予的幫助和指導。