密码子偏好性对基因组进化的影响

The Effects of Nucleotide Bias on Genome Evolution

编 者：VDM Verlag Dr. MÜller Aktiengesellschaft and Co.KG

Huaichun Wang

出 版 社：ELSEVIER

索 书 号：Q343.1/W246/2010/Y

藏书地点：武大外教中心

科学家把mRNA链上决定一个氨基酸的相邻的三个碱基叫做一个“密码子”，亦称三联体密码。研究表明mRNA在细胞中能决定蛋白质分子中的氨基酸种类和排列次序。也就是说，信使RNA分子中的四种核苷酸(碱基)的序列能决定蛋白质分子中的20种氨基酸的序列。密码子在不同的物种内并不是等频率使用的，而是存在着一定的偏好性。不同的生物，甚至同种生物不同的蛋白质编码基因，对简并密码子使用频率并不相同，具有一定的偏爱性。细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。环境温度是驱动原核生物内rRNA基因以及其不同片段进化的主要作用力。对于蛋白质编码的基因来说，突变和自然选择起着比较重要的作用。

密码子的偏好性受多个因素影响，最为重要的决定因素是生物基因组中的碱基含量。在富含AT的生物（如单链DNA噬菌体fX174）基因组中，密码子第三位上的U和A出现的频率较高；而在GC 丰富的生物（如链霉菌）基因组中，第三位上含有G或C的简并密码子占90%以上的绝对优势。例如，dnaG、rpoD（编码RNA聚合酶亚基）及rpsU（30S核糖体上的S21б蛋白）属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子，而这3个基因产物在数量上却大不相同，每个细胞内仅有dnaG产物50拷贝，而rpoD为2800拷贝，rpsU则高达40 000拷贝之多。研究发现dnaG序列中含有不少稀有密码子，进而影响了该基因的表达。高频率使用稀有密码子的基因在翻译过程极容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。

本书共用六个部分将密码子偏好性对基因组进化的影响进行了详细而系统的介绍。第一章首先从不同物种内GC含量的差异、GC含量差异对基因进化的意义、影响GC含量的偏好性和自然选择等压力、基因密码子研究的建议和相关的方法对本书的研究内容进行了简要的介绍。第二章至第五章，是本书的重点内容，从对16S 核糖体RNA基因核苷酸有强烈选择限制的证据，核糖体RNA基因的热适应性，突变偏好影响了开花植物中蛋白质的进化，核苷酸含量影响了水稻基因内同义密码子的使用等四个不同的角度对影响基因和基因组进化的密码子偏好性进行介绍。每个章节都是该领域研究的最新内容，由摘要、简介、材料和方法、结果、讨论几个部分构成。作为总结，本书的第六章首先概括了rRNA基因和基因组的热适应性特点，然后侧重介绍了核苷酸偏爱性对密码子使用和蛋白质进化的影响，最后对该领域未来的研究方向进行了预测，包括脊椎动物内的GC含量、核苷酸偏爱性、热适应性以及其他的选择方式等研究层面。

原核生物基因组内G+C的含量从23%到77%变化很大。相反，在脊椎动物中，G+C含量在基因组内的差异远远小于不同基因组间的差异。科学界对GC含量在基因内的差异一直存在着不同的观点。有人认为该现象是自然选择的结果，也有人认为这是中性选择的结果。本书则从核苷酸组成偏好性对基因组的影响的角度进行阐述，并且在水稻和拟南芥内对同源基因和其编码的序列进行比对分析。本书适合进化生物学的研究人员借阅和学习，同时对分子生物学和细胞生物学等领域的研究人员也有一定的帮助。

本书目录：

第一章：简介

第一节：GC含量的差异

第二节：GC含量差异的意义

第三节：偏好性进化和自然选择影响了GC含量

第四节：研究建议

第五节：比较方法

第六节：论文的组织

第二章：对16S 核糖体RNA基因核苷酸有强烈选择限制的证据

第一节：摘要

第二节：简介

第三节：材料和方法

第四节：结果

第五节：讨论

第三章：核糖体RNA基因的热适应性

第四章：突变偏好影响了开花植物中蛋白质的进化

第五章：核苷酸含量影响了水稻基因内同义密码子的使用

第六章：总结

第一节：rRNA基因和基因组的热适应性

第二节：核苷酸偏爱性对密码子使用和蛋白质进化的影响

第三节：将来的研究方向

1：脊椎动物内的GC含量、

2：核苷酸偏爱性、热适应性以及其他的选择方式

3：其他的研究层面

参考文献

（王书珍）