栽培大麦和野生大麦叶绿体基因组密码子偏好性比较分析.pdfVIP

云南民族大学学报（自然科学版），2025，34（3）：268-276CN53-1192/NISSN1672-8513

doi：10.3969/j.issn.1672-8513.2025.03.003

栽培大麦和野生大麦叶绿体基因组密码子

偏好性比较分析

谢刘义，任璇，应文博，肖焱波，杨青松

（云南民族大学民族医药学院民族药资源化学国家民族事务委员会-教育部重点实验室，云南昆明650500）

摘要：基于裸大麦、普通大麦和野生大麦叶绿体基因组编码序列，分析其密码子使用偏好及差

异.结果显示，3者不同窗口大小的胞嘧啶和鸟嘌呤（GC）含量在密码子不同位点（GC1、GC2、

GC3）呈梯度递减趋势（46.74%/46.80%/46.63%、39.47%/39.43%/39.43%、29.80%/29.75%/

30.25%），且均存在31个高偏好密码子（RSCU1），其中29个以A/U结尾，呈现显著NNA/NNU结

尾偏好.叶绿体基因组有效密码子数（ENC）值（47.14、47.02、47.75）及ENC45的基因占比（39、

39、42个）表明整体密码子偏好性较弱.中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析证实自然选择是密

码子偏好形成的主要驱动力.栽培大麦（裸大麦与普通大麦）在GC组成、ENC分布及最优密码子

（含特有GCA/AGA）上高度趋同，提示人工驯化通过纯化选择强化了有益性状的遗传稳定性，为

解析大麦驯化分子机制提供了新视角.

关键词：裸大麦；普通大麦；野生大麦；最优密码子；选择作用

中图分类号：S512.3文献标志码：A文章编号：1672-8513（2025）03-0268-09

叶绿体是植物和一些藻类执行光合作用功能的细胞器.由于其基因组结构相对保守、进化速率低，因而

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叶绿体基因组的研究在多领域具有广泛的应用，包括DNA条形码技术、系统发育分析、基因工程育种和

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生态进化等.密码子是氨基酸的编码单元，也是基因表达的基本单位，同义密码子在基因组中的使用呈

现不同的频率，这被称为密码子偏好性（PR2）.密码子偏好性是基因表达的重要影响因素之一，直接影响蛋

白质合成的效率和准确性.通过密码子偏好性分析，能够更全面地了解分子进化、基因调控等生物学过程，

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这对于研究物种演化和提高外源基因的表达具有重要意义.如赵春丽等通过研究苋菜AtGAI基因密码子

偏好性，从而筛选该基因的受体系统.随着组学技术发展的日新月异，叶绿体基因组密码子偏好性研究成果

出现井喷式报道，根据中国知网初步统计仅2023年中文期刊报道的研究就多达140篇，涉及73科119属

442种.密码子的偏好性受多种因素的影响，包括基因长度、基因表达水平、翻译的起始信号、蛋白质氨基酸

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组成和结构、突变压力以及自然选择等.进行密码子偏好性研究，不仅有助于揭示物种间适应性进化中

的差异，理解蛋白质的合成，为更好地利用植物提供科学依据；而且有助于拓展密码子偏好性在植物叶绿体

基因组中的普遍规律，在基因工程、育种和生态学研究等领域具有重要意义.

禾本科大麦属（HordeumLinn.）是地球上的主食谷物和粮食作物，常见的栽培品种主要有裸大麦和普通

大麦两种，均由野生大麦驯化而成.作为重要的粮食作物，大麦属植物的基因组已完成测序、拼接和注释，但

是目前未见关于其叶绿体基因组的密码子偏好性研究.普通大麦（H.vu