原始研究的文章

前面。兽医。科学。,11January 2023
秒。兽医药理学和毒理学
卷9 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fvets.2022.1021440

进化的密码子使用绦虫saginata基因组及其对宿主的影响

Siddiq Ur拉赫曼 ¹,

哈桑•拉赫曼¹,

拉乌尔拉赫曼²,

Muazzam阿里汗³,

Fazli Rahim³,

哈米德•阿里⁴,

Dekun陈⁵和

Wentao马⁶ ^*

¹计算机科学和生物信息学、Khushal汗Khattak大学Karak,巴基斯坦
²植物学、Khushal汗Khattak大学Karak,巴基斯坦
³恰尔萨达的植物学、Bacha汗大学KP,巴基斯坦
⁴生物技术和基因工程,哈扎拉大学、曼萨拉、巴基斯坦
⁵西农大学兽医学院陕西杨凌中国
⁶兽医学院兽医免疫学实验室,西农大学,陕西,中国杨凌

牛肉绦虫,也被称为绦虫saginata属,是一种人畜共患绦虫绦虫在圆叶目。绦虫saginata是一种食源性人畜共患的寄生虫,世界范围内的分布。它带来严重的健康风险和主机有相当负面的社会经济影响。先前的研究解释了人口结构t . saginata在进化的时间尺度和适应性进化。然而,我们仍然不知道如何使用同义密码子t . saginata。在这项研究中,我们使用90年t . saginata菌株,应用密码子使用的偏见(宝宝)。基本内容和相对同义密码子的使用(RSCU)分析显示,AT-ended的基因组密码子更常用t . saginata。进一步观察宝宝较低的有效密码子数(ENC)值。中立的情节分析表明自然选择的主导因素是参与了幼崽的构建t . saginata。进一步分析表明,t . saginata已经适应了寄主专一性的密码子使用模式来维持成功的复制和传播链内主机(牛和智人)。一般来说,突变和自然选择压力影响蛋白编码基因的密码子使用模式t . saginata。这项研究很重要,因为它的密码子使用模式的特征t . saginata基因组和基本进化研究提供了必要的数据。

1。介绍

密码子的使用偏误的现象(宝宝)是指同义密码子不习惯以同样的频率在基因的翻译。幼崽是一种常见的现象在许多物种,包括原核生物和真核生物(1,2)。已经指出,多种因素影响密码子使用不同的生物。的主要解释方差在这些物种的基因密码子的使用被认为是弱自然选择和突变压力(3)。理解一个基因组的分子组织的基本特征需要广泛的研究在整个基因组密码子使用模式。此外,宝宝有很多其他重要应用方面的分析,包括外源基因表达(4),确定物种起源5),设计简并引物(6),预测基因表达水平(7,8)和预测基因的功能(9)。然而,大多数的很多报告幼崽都集中在生物模型和大量的微生物,包括酵母(10),兰伯氏贾第虫(11),痢疾阿米巴(12)。例如,它指出,最偏爱密码子秀丽隐杆线虫以G或C(多数是C结尾)(13)。相比之下,研究绦虫是有限的。绦虫saginata与一个大型的地理分布是一个重要的寄生绦虫(14,15)。

牛肉绦虫,也被称为t . saginata属,是一种人畜共患绦虫绦虫圆叶目(的顺序16)。这是最常见的导致人类绦虫病和囊虫病牛绦虫(17)。此外,在欧洲,被发现感染牛和人类,表明寄生虫不断传播(18,19)。绦虫saginata发现在所有大陆和特有的东欧,东南亚,非洲和拉丁美洲(20.- - - - - -22)。然而,除了这个寄生虫的经典应变发现在南部地区,这与牛提高有关,是一种不太知名的t . saginata在北部地区(20.)。绦虫saginata产生长期感染,能够生存在其宿主好几年了,保持一个动态的、复杂的关系开始(23,24)。绦虫saginata住在牛作为中间宿主在人类终宿主(15)。鸡蛋在感染者的粪便通过只对牛传染性。绦虫病,或人工绦虫感染,是由吃未煮熟的肉类污染和通常会导致非常轻微的临床症状(14,17),一些并发症,如肠阻塞。大多数病人感染了t . saginata上腹疼痛、恶心、体重和食欲不振25)。牛感染t . saginata对经济有重大负面影响的食品生产和贸易限制(26)。不确定性存在的同义密码子使用模式t . saginata。在这项研究中,我们使用多元统计分析检查的密码子使用模式t . saginata使用完整的编码数据。理解底层机制有偏见的同义密码子的使用和选择合适的宿主表达系统最优目标基因的表达是通过密码子使用模式的分析t . saginata。

2。材料和方法

2.1。序列

总共90的完整编码序列(CDSs)t . saginata被国家生物技术信息中心(NCBI)基因库数据库(https://ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/?term=Taenia + saginata)。编码的核苷酸序列的数量是3的整数倍(27)。完成90年的信息t . saginata菌株与亚洲、非洲和欧洲国家上市补充表S1。

2.2。分析核苷酸组成

在这项研究中,我们使用CodonW软件来确定总碱成分(G、C、A和T %)和核苷酸的内容在第三密码子位置(C3, T3、G3和A3%)为所有同义密码子t . saginata。GC %的内容这三个密码子的位置(GC1、GC2 GC3%)测量。此外,G / C的平均频率在GC12位置和整体的GC /成分也被确定。此外,只有59同义密码子编码18个氨基酸被认为在目前的研究中,不包括第一ATG密码子,色氨酸密码子(TGG)编码,和三个终止密码子(标签,TAA,和TGA),分别为(5)。

2.3。分析相对同义密码子的使用

相对同义密码子的使用(RSCU)值显示观察到的密码子发生的随机事件,表明所有的相同的密码子t . saginata是平等的在使用。有经常发生基码RSCU值大于1,和更少的经常发生密码子,有一个cd RSCU值小于1 (28)。更高的幼崽或更频繁地使用密码子决定通过高RSCU。在编码序列,序列密码子代表了密码子RSCU值> 1.6,和未被充分代表的密码子代表了密码子RSCU值< 0.6 (29日)。RSCU值确定为每一个密码子使用以下公式(30.):

\begin{array}{l} R 年代 C U = \frac{X_{我 j}}{\sum_{j = 1}^{n_{我}} X_{我 j}} n_{我} 。 \end{array}

在这项研究中,n_我密码子的数量吗我th氨基酸X_ij表示的频率jth密码子的我氨基酸。

2.4。密码子适应指数分析

密码子适应指数(CAI)应用于计算基因表达水平取决于codon-based序列。CAI值从0到1的价值;值附近一个显示更高水平的幼崽(31日)。CAI决心通过一个在线工具用于CAI计算,“CAIcal”(32)牛和智人基因组是作为参考源。此外,e-CAI预期(CAI)使用在线工具”CAIcal进行了分析。“RSCU的值b .金牛座和智人基因组密码子的使用从数据库检索。

2.5。相似性指数分析

相似性指数(SiD)测量主机的整体密码子使用模式如何影响整体的密码子使用寄生虫确定如下:

\begin{array}{l} R (一个, B) = \frac{\sum_{我 = 1}^{59} {一个}_{我} \times b_{我}}{\sqrt{\sum_{我 = 1}^{59} {一个}_{我}^{2} \times \sum_{我 = 1}^{59} b_{我}^{2}}} \end{array}

\begin{array}{l} D (一个, B) = \frac{1 - - - - - - R (一个, B)}{2} \end{array}

在哪里R(A, B)表示之间的相似程度,主机和t . saginata整体密码子使用模式,这被定义为A和b之间夹角的余弦值59之间的同义密码子t . saginata,一个_我被定义为RSCU值为特定的密码子。主人的相同的密码子的RSCU值被称为b_我。的价值D(A, B)范围从0到1.0,显示了潜在影响主机的密码子使用的t . saginata(33)。

2.6。密码子使用的指标

确定密码子的正确测量偏差,ENC(有效数量的密码子)进行衡量的总使用某一基因的密码子(34,35)。它阐明了密码子的基因变化的比率从总甚至密码子的使用,这是同义的。内附值变化从20(仅一个氨基酸编码一个密码子)到61(其中每个氨基酸随机密码子)。内附价值< 35意味着重要的幼崽(34,36)。阴谋ENC-GC3s之间抽出来确定GC3s组成密码子使用的影响(34)。对于每个GC3,预期ENC值被认为是使用以下公式:

\begin{array}{l} E N C = 2 + 年代 + \frac{29日}{({年代}^{2} + {(1 - - - - - - 年代)}^{2})} \end{array}

在“s”是每一个密码子的GC3s含量。

2.7。对应分析

对应分析(COA)是一个多维关键的方法来解决这一重要发展通过密码子的密码子使用模式cd RSCU值(5,37,38)。创建辅酶a情节,RSCU 59基码的值被认为是。偏差的研究倾向密码子的使用,相对惯性是用来保存图中一个特定的位置。

2.8。系统发育分析绦虫saginata

系统发育树构建使用最大似然方法Clustal×2 (http://www.clustal.org/clustal2/)。树的目的是使用在线工具互动生命之树的版本3 (http://itol.embl.de/)(39,40)。总共90株被用于这项研究。

2.9。中立的情节的分析

GC12和GC3研究达到一个中立的情节来识别的作用selection-mutation对称密码子的使用差异。图中,每个点代表一个离散的基因。行回归污水GC3 - GC12表明突变压力的主要因素是影响幼崽,即。,for values coming close to 1, although if the value comes close to 0, it indicates that selection pressure has been the main factor in defining CUB (41,42)。

2.10。相关分析

为了说明核苷酸内容和密码子使用模式之间的关系,t . saginata相关分析。这些分析进行了使用斯皮尔曼等级相关方法(43)。所有进程使用R corrplot包被处决。密码子使用指数分析,CodonW(1.4.4)软件应用(44,45)。

3所示。结果与讨论

3.1。基本成分分析绦虫saginata编码序列

密码子使用偏差可以明显倾向的基因组的碱基组成。90年的核苷酸含量t . saginata菌株进行了研究,提出了表1。在这项研究中,我们的结果透露,意味着(21.9%)和T(46.6%)最高,尾随的G(21.3%)和C(10.1%)在所有基因组。平均A3(21.15%)和T3(56.96%)发生在最大水平高于G3(18.96%)和C3 (2.93%) (图1,表1)。总在和GC成分被发现是68.54%和31.46%,分别说明t . saginata菌株具有很强的。这一发现类似于先前的研究恶性疟原虫,山羊支原体,盘尾属肠扭结被丰富和T (46)。然而,这种情况的生物学意义尚不清楚,因此,有必要探索原因增加内容和减少GC寄生虫基因组(内容47)。

表1

表1。核苷酸的组成分析绦虫saginata编码序列(%)。

图1

图1。核苷酸成分分析:(一)平均A、T、G和C核苷酸组成整个病毒基因组。(B)核苷酸组成的平均价值在第三个密码子的位置,显示/ T丰富G / C丰富紧随其后。(C)GC和平均频率的成分(D)GC的平均频率在密码子的第三位,表明AT3比GC3更为常见。

核苷酸内容分析在第一、第二和第三个同义密码子的立场透露,GC1值的范围从28.29到41.64%(意思是:34.68%;SD: 2.78),而GC2范围从23.38到46.77%(意思是:37.81%;SD: 2.93)。然而,GC3值范围从16.28到51.64%(意思是:21.89%;SD: 6.36),类似于以前的研究绦虫pisiformis(48)。相比之下,AU3值的范围从48.36到83.72%(意思是:78.11%;SD: 6.36)。这些数据进一步支持这一概念,一个广泛的领域t . saginata是/ T的镇静的内容(表1)。这项研究支持先前的研究有钩绦虫和g . lamblia(11,49)。

3.2。定义密码子使用模式

RSCU分析被用来规范相同的密码子使用模式t . saginatacd。值得注意的是,17 18最大量使用的密码子的t . saginata(TTT(检),TTA(低浓缩铀),丙氨酸(Ile), GTT (Val) AGT (Ser),有条件现金转移支付(Pro)、行为(刺),GCT (Ala),猫(他的)、乙(酪氨酸),创新艺人经纪公司(Gln), AAT (Asn) AAA(赖氨酸),手枪(Asp), TGT(半胱氨酸),资本利得税(Arg)和GGT (g)]以T或(T): 14;答:3),剩下的一个呕吐(Glu) G基码结束。没有偏爱密码子C-ended。因此,或不会结束更共享的基因组密码子基地t . saginata类似于早期的研究(45)。此外,从RSCU分析,我们发现过多(> 1.6)的基因组密码子很少t . saginata。几乎所有的理想和非理想的密码子在0.6到-1.6之间。我们观察到,大多数密码子结束在T过多(> 0.6),而密码子结束在C弱势(< 1.6)(图2,表2),揭示突变压力影响密码子使用模式的主要因素t . saginata,这是与以往的研究一致(49,50)。核苷酸含量和RSCU分析,我们假设的选择偏爱密码子已经被成分通常倾向于限制,这确定突变的存在压力。我们不确定成分不能单一方面相关的压力t . saginata密码子使用模式,虽然总RSCU值可以披露基因组的密码子使用模式,它可能隐藏的密码子使用基因组变异在不同的基因(51)。

图2

图2。RSCU模式之间的比较分析绦虫saginata和它的主人牛和智人。的X设在代表密码子,Y设在表示频率。

表2

表2。相对同义密码子使用频率绦虫saginata,其自然宿主(智人和牛)。

此外,确定的幼崽t . saginata可以限制它的主机(b .金牛座和智人),所有密码子RSCU值也计算(表2)。本研究表明,12 59同义密码子的t . saginata是等价的吗智人单独,16的59同义密码子是等价的b .金牛座(表2)。在这项研究中,选择从的角色b .金牛座在塑造的密码子使用模式t . saginata不同的主机智人。建议密码子使用模式相似性t . saginata和b .金牛座/智人可以提高翻译的效率在寄生虫的基因(52)。

3.3。改编的绦虫saginata宿主基因组

CAI分析调节优化密码子的使用和执行t . saginata适应它的主机(53)。CAI的范围从0到1的值;值附近一个显示更高水平的幼崽(7)。密码子,CAI值测量的参考b .金牛座和智人密码子的使用。我们确定,有关b .金牛座和智人、CAI的平均值t . saginata编码区域是0.59和0.68(> 0.5),表明t . saginata有很好的适应它的主机和最小压力(翻译补充图S1)(35,54)。高CAI值的趋势智人建议选择的压力智人应该影响t . saginata密码子的使用,密码子使用进化t . saginata应该允许使用翻译机器吗智人更好地。我们的结果是符合出版工作(55)。

检查如果观察到显著统计学差异出现在CAI的值(2,32),预计CAI (e-CAI)的值被认为是t . saginata光盘,b .金牛座和智人密码子使用集。e-CAI的结果值为0.70和0.79 (P< 0.05)的关系b .金牛座和智人,显示生成的序列保持一个正态分布。本研究的结果对密码子偏好的使用与先前的研究相比(5,56)。

3.4。牛诱导选择压力更强绦虫saginata

SiD进行分析评估的潜在影响b .金牛座和智人密码子使用模式的密码子使用模式的演变t . saginata。SiD被发现在高b .金牛座,这表明它有更多的主导影响的形成t . saginata密码子的使用比智人(图3)。考虑到b .金牛座被认为是主要的储层和主机的t . saginata”年代,它可能是寄生虫有稳定的遗传性状,以更好地适应环境的主要主机(33,57)。

图3

图3。相似性指数之间的密码子使用情况分析t . saginata的和它的主人。

3.5。使用的密码子偏好绦虫saginata

知道宝宝的力量t . saginata基因编码序列,ENC价值评估和映射在GC内容在第三密码子位置(GC3;表1)。在这项研究中,ENC被观察到,不同的值从33.37到58.31,表明高水平的遗传差异的密码子使用。然而,内附的平均值是35.02 > 20,这意味着整个幼崽很低(表2),它也被观察到t . pisiformis和扁形动物门(48,50)。分析透露,低的密码子偏好随位置被自然选择的基因(43,58)。因此,在t . saginata编码序列,低的密码子偏好允许的t . saginata在主机的存在,尽管主机维护密码子使用偏好的变化t . saginata。

然后,确定基因的密码子使用情况,一块分布采用偏离相同的密码子的使用。在这项研究中,ENC值被用来对付GC3s。如果GC的基因突变压力,所有的点在这个情节将低于或接近预期的曲线,表明随机密码子使用。然而,如果有选择压力基因,所有的点将躺在或低于预期的曲线。在这项研究中,我们分析出了ENC每个基因值对GC3内容(图4)。研究结果表明,突变和自然选择压力影响的密码子使用模式t . saginata基因组,大部分点低于预期的曲线和几个点之外(59,60)。

图4

图4。ENC-GC3块90t . saginata特性:有效的密码子(ENC-valuesY设在)绘制在第三个同义密码子的位置(根据GC-content GC3-values,X设在)。

3.6。中立的情节分析

一块中立了,这暗示GC1/2之间的债券和GC3成分来确定突变的位置和选择压力影响幼崽的形式。遵守协会,我们编程范式的情节GC3和GC1/2之间的中立t . saginata基因组。在这项研究中,情节表明,没有发现重大协会GC3 - GC1/2因为回归价值内容和链接P> 0.05和r=−0.77 (图5)。最后,我们表明,突变和自然选择压力影响密码子使用的塑造t . saginata。这种现象类似于先前的研究(17,48,49)。

图5

图5。中立的阴谋(GC3 vs GC1, 2)之间的全部编码序列t . saginata。GC1, 2代表GC的第一和第二密码子,虽然GC3代表GC在第三个密码子的位置。此外,蓝色代表GC1的回归分析,对GC3 2。

3.7。密码子的使用差异绦虫saginata

辅酶a描述差异的密码子的使用。变化发生在了密码子使用模式通过RSCU值。在农委会的情节,轴1和2的两个主要因素是通用的差异(37,45,61年)。我们使用这两个轴的值画情节,每个应变由点,菌株之间的距离为一定程度的相似或不同的密码子使用模式。第一和第二轴占总变异:11.68%和88.32 (图6)。这些结果提出,第一轴表示t . saginata菌株,第二轴代表的国家t . saginata出现。分散数据的主要轴表示各种地理血统和它们之间的关系。所有的t . saginata使用- COA菌株被发现在组。整个中国和所有的未知t . saginata菌株被组装成一个进化枝,而t . saginata从埃塞俄比亚分离、韩国、泰国、柬埔寨、巴西、厄瓜多尔、台湾、比利时和尼泊尔是替代进化枝中。此外,老挝、印度尼西亚和蒙古被分成单独的组(图6)。这些研究表明,地形网站发展的重要组成部分t . saginata在同义密码子使用模式,在未来,这样的调查可以帮助发现上升的本质t . saginata菌株。此外,目前结果还表明,不止一个广泛的遗传因子被发现在每个受感染国家。

图6

图6。对应分析(COA)的基因t . saginata基因组。每个点代表一个基因对应于第一和第二轴的坐标的变化产生的对应分析。

评估的结果在进化过程t . saginata密码子使用模式,系统发育分析通过使用最大似然方法。整个t . saginata将分散在世界各地,树就是明证,说明没有压力形成一个集群中不同的个别国家(图7)。研究表明,这种寄生虫可能改变由于一些特定的地理气候变化和环境变化等影响,支持进化过程的主要结果和地形分布在密码子使用模式。当前的研究进一步暴露了重组和基因重组的迹象在单台主机合并感染,标志着即将到来的小说交替的潜力(62年,63年)。

图7

图7。种系发生树polyprotein-coding区域的基础上90年t . saginata菌株。生成树使用最大似然(ML)方法使用Clustal X2。树的目的是使用在线工具“iTOL。”

3.8。密码子使用模式的影响绦虫saginata

在这项研究中,我们考虑了两个因素:自然选择和突变的压力,为了确定幼崽t . saginata。因此,我们总核苷酸之间进行了相关分析内容(a、G、C、T), GC内容(第一,第二,第三),和ENC。内附的价值观t . saginata序列与GC1似乎是一个积极的关系,GC2, GC3, a、G、C T除外,有负相关关系,这可能影响t . saginata密码子使用模式(图8)。以前,研究表明,基本成分在密码子的第三位,突变偏见,主要是解释说,虽然基本成分在第一和第二位置,选择压力,主要是验证(64年,65年)。

图8

图8。相关分析在不同的核苷酸的内容t . saginata。深蓝色意味着正相关,和深红色意味着负相关;大意味着更重要的价值相关性。

这样的影响也观察到在GC,, GC3, AT3, A3, C3, G3,和T3 ENC, GC GC3, A3, C3与ENC正相关,而在AT3, T3负相关。这个结果暗示的意义得到突变和选择压力t . saginata密码子使用模式(图8)。此外,它也表明,核苷酸的内容的密码子使用模式产生影响t . saginata(66年)。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以针对相应的作者。

作者的贡献

SR、WM和DC:概念、方法、软件、数据管理,和写作初稿准备。红外和HA帮助在帐面价值和编辑和验证。人力资源:方法、可视化和验证。可和FR:审查和编辑和验证。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项研究是由青海省主要研发和转化项目(2021 - qy - 211),中国。

确认

作者感谢那些直接或间接帮助我们在研究过程中。作者致以真诚的感谢青海省主要研发和转化项目(2021 - qy - 211),中国。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2022.1021440/full补充材料

补充图1。密码子使用适应指数绦虫saginata的主机(牛和智人)。

补充表1。的详细信息绦虫saginata隔离研究研究。

引用

1。拉赫曼苏,毛Y,τs .密码子使用的偏见和Zika病毒基因组的进化分析。基因和基因组学。(2017)39:855 - 66。doi: 10.1007 / s13258 - 017 - 0549 - 0

CrossRef全文|谷歌学术搜索

2。李拉赫曼苏姚X, X,陈D, t s .密码子的使用偏误分析克里米亚-刚果出血热病毒及其适应主机。麝猫感染另一个星球。(2018)58:1-16。doi: 10.1016 / j.meegid.2017.11.027