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密码子使用偏好是突变、选择、漂变以及翻译约束的核心表征，但它通常与广义 Chargaff 对称性分开研究；后者指的是在长 DNA 序列中，某个词与其反向互补词往往以相近频率出现的趋势。在此，我们探讨密码子使用是否包含一个可测量的反向互补成分，以及偏离该成分的程度能否被量化。 我们首先避免预先施加反向互补对称性。相反，我们系统穷尽地评估了 64 个密码子上所有非平凡的符号对合变换（f(f(x)) = x），这些变换由自逆核苷酸映射和自逆密码子位置置换构成。在不同分类群中，反向互补变换均为最优，表现为密码子频率与变换后密码子频率之间具有最高的中位相关性。随机参考模型和保持氨基酸不变的参考模型表明，这一信号并非密码子谱的普遍性质，且只能部分由蛋白质组成加以解释。进一步的对照在保持氨基酸组成并使 GC3 在期望上匹配的条件下显示，观测到的反向互补相关性仍高于仅由这些约束所预期的水平；而属水平的聚合分析证实，这一最优性并非由代表性过高的属所驱动。 这种对称性的破缺呈现出生物学上有序的模式：第三位密码子位置（简并性最高）与反向互补基线最为接近，而第一位偏离最为显著，第二位则居中且具有谱系依赖性。分类学比较进一步揭示了密码子层面对称性保持程度在广域和精细尺度上的异质性。总体而言，这些结果表明，密码子使用可以被量化为反向互补保持与依赖于位置、谱系和功能的、相对于与 GCT 相关的组成基线之偏离的组合，从而在一个统一且可测量的框架内，将序列层面的对称性、进化机制以及密码子层面的组织联系起来。
piero.fariselli{at}unito.it
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密码子使用偏倚是突变、选择、漂变以及翻译约束的核心记录，但它通常与广义 Chargaff 对称性分开处理；后者是指在长 DNA 序列中，某个词及其反向互补词倾向于以相似频率出现。在这里，我们探讨密码子使用是否包含可测量的反向互补成分，以及相对于该成分的偏离是否能够被量化。我们首先避免预先施加反向互补对称性。相反，我们穷尽评估了 64 个密码子的所有非平凡符号对合变换（f(f(x)) = x），这些变换由自逆核苷酸映射和自逆密码子位置置换构成。在不同分类群中，反向互补变换是最优的，在密码子频率与变换后密码子频率之间给出了最高的中位相关性。随机参考模型和保持氨基酸不变的参考模型表明，该信号并非密码子谱的一般性质，且仅能部分由蛋白质组成加以解释。进一步的对照在保持氨基酸组成并使 GC3 在期望上匹配的条件下显示，观察到的反向互补相关性仍高于仅由这些约束所预期的水平，而属水平聚合分析证实，这一最优结果并非由代表性过高的属所驱动。该对称性以一种具有生物学序关系的方式被打破：第三位密码子位置具有最高的简并性，因而最接近反向互补基线；第一位偏离最强；第二位则居中，并表现出谱系依赖性。分类学比较揭示了密码子层面对称性保持程度在广尺度和细尺度上的异质性。综上，这些结果表明，密码子使用可以被量化为反向互补保持，以及相对于与 GCT 相关的组成基线、受位置、谱系和功能依赖的偏离之组合，从而在一个统一且可测量的框架中连接了序列层面的对称性、进化机制和密码子层面的组织。
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发表于 2026 年 6 月 22 日。
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生命之树范围内密码子使用中的广义 Chargaff 对称性
Piero
Fariselli
bioRxiv
2026.06.22.733775；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.06.22.733775
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生命之树范围内密码子使用中的广义 Chargaff 对称性
Piero
Fariselli
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2026.06.22.733775；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.06.22.733775
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.22.733775v1?rss=1
🏷️ 密码子使用偏好 广义查加夫对称性 反向互补 序列进化 核苷酸组成