基于酵母基因组序列特征的翻译速率分析与预测

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:y358549797
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指出了生命信息从DNA到RNA再到蛋白质的中心法则,是人类理解生命的基本遵循。期间,RNA到蛋白质的翻译过程又成为中心法则的核心。翻译调控在整个基因表达调控中起着最为关键的作用。近年来,随着核糖体足迹谱等与翻译相关的测量技术快速发展,翻译过程的定性化及定量化研究也越来越深入,成为分子生物学研究的新热点。已有的研究表明,在基因表达过程中,翻译的调节具有极其重要的作用,翻译速率的变化也对蛋白质的丰度、结构和功能具有重要影响。因此,翻译过程的研究将有助于在翻译水平上对基因表达调控机制进行深入的解析。中心法则的定量化研究,将成为打通基因信息流从转录本到功能蛋白质的关键步骤,同时也有助于给出对翻译调控与蛋白质折叠关系的新认识。统计分析了影响酿酒酵母基因组翻译效率和翻译延伸速率的序列因素,同时在相关性分析的基础上,析出了一些决定翻译效率和翻译延伸速率的因素,并基于生物信息学的手段,实现了对酿酒酵母基因组翻译效率和翻译延伸速率的理论预测,主要得到以下研究结论:1)翻译效率与蛋白质丰度、密码子适应性指数、最优密码子分数、t RNA适应性指数、部分密码子含量以及带负电氨基酸含量均呈正相关,而与序列长度、部分密码子含量以及极性和带正电氨基酸含量呈负相关;2)翻译延伸速率和翻译效率对密码子含量和氨基酸含量的依赖性基本相同,但二者对蛋白质物化性质的依赖性则截然不同。延伸速率几乎与长度无关,但翻译效率却强依赖于长度;蛋白质等电点与不稳定性指数与延伸速率显著负相关,但与翻译效率无关,疏水性得分与翻译效率弱负相关,但与延伸速率弱正相关;3)由于翻译效率显著与长度相关,因此对翻译效率的预测结果显著优于对翻译延伸速率的预测结果。在结合了实验误差的前提下,基于支持向量回归模型对翻译效率实值的回归预测结果,可以在70~94%的程度上解释实验测量结果;4)翻译延伸速率预测精度仅为约30%,原因可能是多方面的。因为目前还无法在实验上直接测量翻译延伸速率,因此对于翻译延伸速率仅能依据核糖体密度和蛋白质合成速率的实验数据去估计,而如何估计翻译延伸速率目前还存在争议。这是我们对翻译延伸速率预测精度较差的主要原因所在。5)通过对翻译起始和延伸区的密码子使用情况进行研究,结果发现密码子GAA始终使用频率较高,而三个稀有密码子(CGG、CGC、CGA)的使用频率较低,但这些密码子在高核糖体密度段和低核糖体密度段的差异并不显著。6)在翻译起始区,带电氨基酸中的赖氨酸和谷氨酸在高核糖体密度段使用频率较高;疏水氨基酸中,亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸在高核糖体密度段使用频率较高;在翻译延伸区中,带电氨基酸中,赖氨酸、谷氨酸和天冬氨酸在高核糖体密度段的使用频率较高,疏水氨基酸中,亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸在高核糖体密度段使用频率较高。7)无论是翻译起始区还是翻译延伸区,高核糖体密度段和低核糖体密度段的密码子第三位碱基为G/C、局部密码子适应性指数、局部t RNA适应性指数均差异显著。8)对翻译延伸区的高核糖体密度段和低核糖体密度段进行分类预测。结果表明,当相对核糖体read数的临界值r0取40时,预测精度高达76.8%,分类效果显著。
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