一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法

摘要

本发明提出了一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法，本方案采用密码子对使用频度对目的基因进行优化，不光考虑单个密码子使用频度，同时考虑两个密码子联合使用情况，即：相邻密码子的关系，挑选物种中两个tRNA连用时频度较高的密码子对对目标基因进行优化起到关键作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法。

背景技术

为了提高基因产物的表达量，基因密码优化是分子生物学基因表达调控的常用手段，密码子优化在基因表达调控中起到非常关键的作用。常用的方式是通过分析某物种的密码子使用频度，选择频度高的密码子作为优化目的基因的候选密码。

“密码子对”是由orf中相邻两个密码子组成，因为蛋白翻译过程中核糖体的A位和P位要同时与两个tRNA结合然后逐个将氨基酸添加到以合成的多肽上，使多肽延长。但是同时结合在核糖体的tRNA的空间结构决定了其进入的难易程度，如果两个tRNA结合核糖体后相互抵触，就很难结合进入，那么蛋白合成就会被阻碍或者合成速度减慢。所以挑选物种中两个tRNA连用时频度较高的密码子对对目标基因进行优化起到关键作用。

发明内容

本发明提出一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法，采用密码子对使用频度对目的基因进行优化，不光考虑单个密码子使用频度，同时考虑两个密码子联合使用情况，即：相邻密码子的关系。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法，包括以下步骤：

(1)选择一个表达目的基因的物种，选取该物种大于1000条蛋白高表达的基因，根据这些基因统计该物种的密码子对实际使用频度；

(2)根据互联网数据库获得该物种密码子表，计算出该物种密码子对理论使用频度；

(3)根据实际使用频度和理论使用频度建立该物种的密码子对使用频度表

(4)选择一个要优化的目的基因，设定低效密码子对的参数标准，根据需要设定划分低效密码子对的参数，主要有两个参数：1，密码子对的实际使用频度mov；2，密码子对在该物种中的实际使用频度和理论使用频度的比值R＝mov/mev；mov和R值越大表明此密码子对越容易被物种采用，即使R值比较大mov的绝对值也可能小，所以要两个参数联合限制，判定密码子对使用频度表中低效密码子对和高效密码子对；

(5)根据此标准逐个将orf中的密码子对到密码子对使用频度表中去对比分析，并将所有被认为低效的密码子对标定出来；

(6)对低效密码子对用高效的统一密码子对代替，对替换后的序列重复步骤(5)操作，直到orf序列中不存在低效密码子对。

优选地，密码子对优化时先对orf序列进行扫描，记录下所有符合参数设定的低效密码子对，然后对低效密码子对用高效的统一密码子对代替；对替代后的新的DNA序列进行扫描，记录下符合设定参数的低效密码子对，如果仍然存在低效密码子对，继续执行优化替代，直到新的DNA序列中不再有低效密码子对，即完成了对整条ORF所有的密码子对的优化。

本发明产生的有益效果为：基因优化现有常用的的是方式是通过分析某物种的密码子使用频度，选择频度高的密码子作为优化目的基因的候选密码，本方案采用密码子对使用频度对目的基因进行优化，不光考虑单个密码子使用频度，同时考虑两个密码子联合使用情况，即：相邻密码子的关系，挑选物种中两个tRNA连用时频度较高的密码子对对目标基因进行优化起到关键作用。

附图说明

图1为优化前的荧光亮度。

图2为优化后的同等条件下荧光亮度。

具体实施方式

一种基于密码子对使用频度的基因密码子优化方法，包括以下步骤：

(1)选择一个表达目的基因的物种，选取该物种大于1000条蛋白高表达的基因，根据这些基因统计该物种的密码子对实际使用频度；

(2)根据互联网数据库获得该物种密码子表，计算出该物种密码子对理论使用频度；

(3)根据实际使用频度和理论使用频度建立该物种的密码子对使用频度表

(4)选择一个要优化的目的基因，设定低效密码子对的参数标准，根据需要设定划分低效密码子对的参数，主要有两个参数：1，密码子对的实际使用频度mov；2，密码子对在该物种中的实际使用频度和理论使用频度的比值R＝mov/mev；mov和R值越大表明此密码子对越容易被物种采用，即使R值比较大mov的绝对值也可能小，所以要两个参数联合限制，判定密码子对使用频度表中低效密码子对和高效密码子对；

(5)根据此标准逐个将orf中的密码子对到密码子对使用频度表中去对比分析，并将所有被认为低效的密码子对标定出来；

(6)对低效密码子对用高效的统一密码子对代替，对替换后的序列重复步骤(5)操作，直到orf序列中不存在低效密码子对。

优选地，密码子对优化时先对orf序列进行扫描，记录下所有符合参数设定的低效密码子对，然后对低效密码子对用高效的统一密码子对代替；对替代后的新的DNA序列进行扫描，记录下符合设定参数的低效密码子对，如果仍然存在低效密码子对，继续执行优化替代，直到新的DNA序列中不再有低效密码子对，即完成了对整条ORF所有的密码子对的优化。

实施例

建立水稻密码子对使用频度表

优化mGFP序列并进行表达测试：

mGFP原始序列：

对应氨基酸序列：

MKGEELFTGVVPILVELDGDVNGHKFSVSGEGEGDATYGKLTLKFICTTGKLPVPWPTLVTTFSYGVQCFSRYPDHMKRHDFFKSAMPEGYVQERTIFFKDDGNYKTRAEVKFEGDTLVNRIELKGIDFKEDGNILGHKLEYNYNSHNVYIMADKQKNGIKANFKTRHNIEDGGVQLADHYQQNTPIGDGPVLLPDNHYLSTQSALSKDPNEKRDHMVLLEFVTAAGITHGMDELYN*

含有低效密码子对：

判定条件：mov<100或者mov/mev<1/3。

荧光亮度如图1所示。

优化后序列

DNA序列：

氨基酸序列：

MKGEELFTGVVPILVELDGDVNGHKFSVSGEGEGDATYGKLTLKFICTTGKLPVPWPTLVTTFSYGVQCFSRYPDHMKRHDFFKSAMPEGYVQERTIFFKDDGNYKTRAEVKFEGDTLVNRIELKGIDFKEDGNILGHKLEYNYNSHNVYIMADKQKNGIKANFKTRHNIEDGGVQLADHYQQNTPIGDGPVLLPDNHYLSTQSALSKDPNEKRDHMVLLEFVTAAGITHGMDELYN*

含有低效密码子对：

判定条件：mov<100或者mov/mev<1/3。

1； aactga(N*):MOV：22； MEV：22； 709

同等条件下荧光亮度如图2所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。