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密码子使用偏倚是一种基本的基因组特征，表现为对同义密码子的非随机偏好性使用。它是决定翻译效率、基因调控和分子进化的主要因素。然而，植物谱系中密码子使用偏倚的进化偏向及其功能相关性尚未得到清晰界定，目前仍不清楚导致基因组中相对同义密码子使用度（RSCU）的主要因素是什么，以及密码子使用偏倚如何影响基因调控和基因组分子进化。 本研究对262种植物基因组的编码DNA序列开展了全基因组范围的密码子使用偏倚分析，涵盖了超过1100万个编码序列中的46亿多个密码子。研究采用了相对同义密码子使用度、密码子适应指数、密码子-反密码子映射、有效密码子数（ENC）-GC3、GC1,2-GC3、平价规则2（PR2）偏倚、分子经济性以及机器学习方法。结果发现，密码子使用偏倚具有显著的非随机性，并呈现出清晰的系统发育结构。高等植物偏好以A/T结尾的密码子，而早期分化谱系则富集以G/C结尾的密码子。对RSCU、密码子适应指数和密码子-反密码子配对的分析表明，翻译选择受tRNA可用性介导，从而促进了这些分子模式的持续稳定。机器学习方法识别出一小部分密码子，它们对全基因组范围的密码子使用图谱具有超出其数量比例的显著影响。进一步研究表明，有效密码子数与同义第三位点的GC含量之间存在稳健的负相关关系。中性分析显示，约61%的变异由突变压力驱动，同时受到选择约束的调节。系统发育重建显示，从藻类到被子植物，密码子偏倚呈逐步减弱趋势，同时各谱系均维持了约每个密码子30 ATP的保守分子经济成本。该研究表明，密码子使用偏倚是一种谱系特异性的、进化上保守的性状，受突变、选择和翻译优化共同调控。
密码子使用偏倚是基因组的一种基本特征，其表现为对同义密码子的非随机偏好性使用。它是决定翻译效率、基因调控和分子进化的主要因素。然而，植物谱系中密码子使用偏倚的进化偏向及其功能相关性尚未得到清晰界定，且基因组中相对同义密码子使用度（RSCU）的主要决定因素以及密码子使用偏倚如何影响基因调控和基因组分子进化，仍有待深入理解。为此，开展了一项针对262个植物基因组编码DNA序列的全基因组范围密码子使用偏倚研究。该研究涵盖了超过1100万个编码序列中的46亿多个密码子。研究采用了相对同义密码子使用度、密码子适应指数、密码子-反密码子配对、有效密码子数（ENC）-GC3、GC1,2-GC3、平衡规则2（PR2偏倚）、分子经济性以及机器学习方法。结果发现，密码子使用偏倚具有显著的非随机性，并呈现出清晰的系统发育结构。高等植物偏好以A/T结尾的密码子，而早期分化谱系则富集以G/C结尾的密码子。对RSCU、密码子适应指数和密码子-反密码子配对的分析表明，翻译选择受tRNA可用性介导，从而为这些分子模式的持续性作出贡献。机器学习方法识别出一小部分对全基因组密码子使用格局具有显著影响的密码子。进一步研究揭示，有效密码子数与同义第三位点GC含量之间存在稳健的负相关关系。中性分析表明，约61%的变异由突变压力驱动，但受到选择约束的调节。系统发育重建显示，从藻类到被子植物，密码子偏倚逐步减弱，同时各谱系维持了约每个密码子30 ATP的保守分子经济成本。该研究表明，密码子使用偏倚是一种谱系特异性的、进化上保守的性状，受突变、选择和翻译优化共同支配。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.26.734692v1?rss=1
🏷️ 密码子使用偏倚 GC3组成 翻译优化 植物基因组 分子进化