沈宗芳 陆添权 张志荣 蔡传涛 田波

摘要：叶绿体基因组密码子偏好性使用模式往往影响基因表达效率，为促进药用植物叶绿体基因工程的发展，提高槲蕨药用品质，该研究以川滇槲蕨、栎叶槲蕨和槲蕨三个近缘药用植物为材料，使用CodonW、 CUSP 和 SPSS等软件分析其叶绿体基因组编码基因密码子使用偏好性，筛选出三个物种的最优密码子。结果表明：川滇槲蕨、栎叶槲蕨和槲蕨叶绿体基因组的有效密码子数（ENC）范围分别为40.10～61、40.33～61和40.15～61，其密码子偏好性较弱;ndhE、rpl22、rpl14、rpl20、ccsA、rps4和rpl16编码基因的ENC值差异较大，表明近缘物种中，部分基因的密码子偏好性存在一定差异;三个物种编码基因的ENC频数集中于-0.1～0.1 之间，说明槲蕨属基因密码子偏好性主要受到突变的影响。川滇槲蕨12個最优密码子有6个和栎叶槲蕨相同，分别是UCU、ACU、GCU、CAA、AAA和GAU;栎叶槲蕨10个最优密码子有2个和槲蕨相同，分别是UUA和AUU，而川滇槲蕨与槲蕨无相同的最优密码子。该研究结果可为槲蕨属药用植物基因工程中外源基因的改良及其表达奠定基础。

关键词： 川滇槲蕨， 栎叶槲蕨， 槲蕨， 叶绿体基因组， 密码子偏好性

中图分类号：Q943.2

文献标识码：A

文章编号：10003142（2021）02026608

Abstract：The codon usage patterns of the chloroplast genes were related to the expression efficiency of genes. In order toimprove the development of the chloroplast genetic engineering of medicinal plant and to promote the quality of medicinal plant Drynaria roosii， the optimal codons in chloroplast genome were identified through analyzing the factors shaping of codon bias of D. delavayi， D. quercifolia and D. roosii using CodonW， CUSP and SPSS softwares. The results were as follows： The effective number of codons （ENC） of the chloroplast gene ranged from 40.10 to 61， from 40.33 to 61， and from 40.15 to 61 in D. delavayi， D. quercifolia， and D. roosii， respectively， which suggested the codon bias was weak among the three species; The ENC of gene ndhE， rpl22，  rpl14， rpl20， ccsA， rps4 and rpl16 showed significant difference among species， which suggested the codon bias of some genes was various in closely species; The distribution of ENC frequency ratio of most coding gene ranged from -0.1 to 0.1， suggesting the codon usage bias was produced by gene mutation in Drynaria species. In addition， 12 codons were identified as optimal codons in D. delavayi， ten in D. quercifolia， and three in D. roosii. The codons UCU， ACU， GCU， CAA， AAA and GAU were the optimal codons in D. delavayi and D. quercifolia， the codons UUA and AUU were the optimal codons in D. quercifolia and D. roosii， while did not in D. delavayi and D.roosii. Our results will be useful for the codon preference analysis of ferns and the chloroplast genetic engineering of medicinal plant.

Key words： Drynaria delavayi， D. quercifolia， D. roosii， chloroplast genome， codon preference

槲蕨属（Drynaria）共有16个种，主要分布在亚洲至大洋洲，其中9个种分布于我国长江以南各省（区），包括中华槲蕨（D. sinica）、团叶槲蕨（D. bonii）、川滇槲蕨（D. delavayi）、栎叶槲蕨（D. quercifolia）、槲蕨（D. roosii）等 （中国科学院中国植物志编辑委员会，2000）。《中华人民共和国药典》记载，“骨碎补”指槲蕨的干燥根茎，可用于多种疾病的治疗，如肾虚腰痛、耳鸣耳聋、牙齿松动、跌扑闪挫、筋骨折伤、外治斑秃、白癜风等，其活性成分主要是柚皮苷，其含量不得少于0.50%（国家药典委员会，2015）。……