全 文 ：园艺学报，2016，43 (4)：771–780.
Acta Horticulturae Sinica
doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0662；http：//www. ahs. ac. cn 771
收稿日期：2015–11–24；修回日期：2016–04–18
基金项目：国家自然科学基金项目（31201614；31272149）；教育部新教师类博士点基金项目（20123515120008）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：laizx01@163.com）
龙眼生长素受体基因 TIR1 密码子偏好性分析
赖瑞联，林玉玲，钟春水，赖钟雄*
（福建农林大学园艺植物生物工程研究所，福州 350002）
摘 要：为了解龙眼生长素受体基因 TIR1 密码子的使用特性，采用 CodonW、SPSS 软件及 EMBOSS
在线程序分析龙眼 TIR1 密码子的偏好性，并分别与龙眼基因组、其他 29 个物种 TIR1 以及模式生物基因
组进行比较。结果显示，龙眼 TIR1 与龙眼基因组的密码子选择偏性较弱且较偏好以 A/T 结尾，而物种间
TIR1 密码子选择偏性则存在一定差异；进化树分析表明，基于 TIR1 编码序列聚类结果比密码子使用偏性
分类结果能更准确地反映物种间的亲缘关系；密码子使用频率比较结果发现，酵母真核表达系统更适用
于龙眼 TIR1 异源表达试验，而龙眼 TIR1 与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小，尤其烟草和
番茄可能为该基因转基因研究最为理想的受体。
关键词：龙眼；密码子偏好性；生长素受体；聚类分析
中图分类号：S 667.2 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2016）04-0771-10

Analysis of Codon Bias of Auxin Receptor Gene TIR1 in Dimocarpus
longan
LAI Rui-lian，LIN Yu-ling，ZHONG Chun-shui，and LAI Zhong-xiong*
（Institute of Horticultural Biotechnology，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）
Abstract：To understand the codon bias of auxin receptor gene TIR1，one TIR1 gene of Dimocarpus
longan was analyzed by CodonW，SPSS and EMBOSS online program，and then compared with another
longan genes，TIR1 genes from 29 plant species and genomes of model organisms. The results showed that
the codon bias levels of TIR1 and genome of Dimocarpus longan were low，and they were bias toward the
synonymous codons with A and T at third codon position. The cluster tree of TIR1 based on CDS could
reveal the evolutionary relationship much better among different species than the result analyzed by RSCU
（Relative Synonymous Codon Usage）. According to codon usage frequency，the yeast expression system
was more suitable for heterologous expression of TIR1，and the difference of codon bias between D.
longan TIR1 gene and model plant genomes were not significant，but Nicotiana sylvestris and Solanum
lycopersicum may be the best receptors for transgenosis of this gene.
Key words：Dimocarpus longan；codon bias；auxin receptor；cluster analysis

在长期的进化过程中，大多数物种对密码子的选择并不完全均衡，而对特定密码子存在偏好性，
即密码子使用偏性（codon bias），这一特定密码子即为最优密码子。密码子使用偏性现象能够反映

Lai Rui-lian，Lin Yu-ling，Zhong Chun-shui，Lai Zhong-xiong.
Analysis of codon bias of auxin receptor gene TIR1 in Dimocarpus longan.
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物种或基因的起源、进化规律和突变方式，同时对基因功能分析、蛋白质表达和蛋白质结构研究等
具有的重要参考价值（Bulmer，1991；Mcinerney，1998；宋辉 等，2015）。而在基因异源表达中，
密码子选择偏性的种族特异性在基因外源表达时常常导致基因甲基化，表达降低甚至提前终止翻译
导致基因沉默，故基因异源表达之前需要根据目标基因密码子的特点选择使用偏性相近的宿主表达
系统或对目标基因进行定向改造和优化（Thanaraj & Argos，1996）。因此，密码子选择偏性分析能
够为物种进化规律和基因功能的深入研究提供必要的理论指导。近年来，密码子使用偏性在拟南芥、
茶树、葡萄和水稻等多种植物基因家族或单个功能基因中均有研究（Muhammad et al.，2012；Pan et
al.，2013；Li et al.，2014；续晨 等，2014；Liu et al.，2015）。
研究发现，生长素运输抑制剂响应蛋白（Transport inhibitor response 1，TIR1）能够响应和参与
细胞内生长素信号转导，是生长素代谢途径的关键因子（苏明华 等，1997；周碧燕 等，1999；赖
钟雄和陈春玲，2002；Dharmasiri et al.，2005；常强 等，2015）。目前，龙眼（Dimocarpus longan Lour.）
TIR1 基因已被克隆并进行相关表达分析（李惠华 等，2012；赖瑞联 等，2016），而密码子使用特
性研究的空白阻碍了其异源表达和遗传转化等后续试验的开展。鉴于此，采用 CodonW、EMBOSS、
SPSS19.0 和 MEGA5.1 等软件对龙眼及其他物种 TIR1 密码子偏好性进行分析和比较，同时结合
Codon Usage Database 在线数据库对龙眼 TIR1 异源表达宿主及遗传转化受体进行筛选，为龙眼 TIR1
功能的深入研究提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 序列及密码子使用偏性数据来源
龙眼 TIR1 克隆于‘红核子’龙眼胚性愈伤组织，全长 2 196 bp，其中 ORF 长度为 1 716 bp，
编码 571 个氨基酸，GenBank 登录号为 KR558761。2015 年 5 月以 Dimocarpus longan 为搜索名称从
GenBank（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/）中查找并下载其他 71 条龙眼蛋白编码序列（CDS）
作为龙眼基因组密码子分析样本，且该 CDS 序列符合编码序列完整、编码长度大于 300 bp、细胞质
翻译等特征（时慧 等，2012；郭秀丽 等，2013）。以 Transport inhibitor response 1 为关键词从 GenBank
中检索毛果杨（Populus trichocarpa）、碧桃（Prunus persica）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）等其
他 28 个物种 TIR1 CDS 序列。此外，拟南芥、烟草（Nicotiana sylvestris）、番茄（Solanum lycopersicum）、
大肠杆菌（Escherichia coli）以及酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）的基因组密码子使用偏性数据
来源于 Codon Usage Database 在线数据库（http：//www.kazusa.or.jp/codon/）。
1.2 密码子使用偏性分析
密码子 G + C 含量（GC）、同义密码子第 3 位中 G/C 含量（GC3s）、有效密码子数（Effective number
of codons，ENc）、最优密码子使用频率（Frequency of optimal codons，Fop）、密码子适应指数（Codon
adaptation index，CAI）和同义密码子相对使用度（Relative synonymous codon usage，RSCU）等密
码子偏好性指标采用 CodonW 软件和 CHIPS 在线程序（http：//emboss.toulouse.inra.fr/cgi-bin/emboss/
chips）运算，并采用 SPSS19.0 作相关性分析。采用在线程序中 CUSP （http：//emboss.toulouse.inra.fr/
cgi-bin/emboss/cusp）分析基因密码子使用频率。以不同物种 TIR1 的同义密码子 RSCU 值作为变量，
基于欧式平方距离采用 SPSS19.0 离差平方和法（ward 法）进行密码子使用偏性聚类分析（Sau et al.，
2005）；同时采用 MEGA5.1 的组间邻接法（Neighbour-Joining，NJ）构建 TIR1 基因 CDS 序列系统
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发育树，并分析和比较两种聚类结果。
2 结果与分析
2.1 龙眼 TIR1 密码子使用偏性分析
2.1.1 有效密码子数及 GC 含量
有效密码子数（Enc）描述的是基因中特定密码子偏离同义密码子平均使用频率的程度，能够
反映基因对密码子的偏好性和基因的表达水平。根据编码氨基酸密码子数量的不同，ENc 值 20 ~ 61，
该值越大，则基因对密码子选择偏性越弱且稀有密码子越多，表达量也越低；反之，则偏性越强（Sharp
& Li，1986；Jiang et al.，2008）。龙眼 TIR1 的 ENc 为 54.40，大于 35 且接近 61，可见该基因的表
达水平可能相对较低，且编码氨基酸时对密码子的选择偏性较弱；GC 和 GC3s 含量分别为 0.469 和
0.487，均小于 0.500，说明在碱基选择时龙眼 TIR1 编码区倾向于 A + T，且密码子较偏好以 A/T 结
尾；此外，龙眼 TIR1 的密码子适应指数 CAI 仅为 0.173，远小于 1，进一步说明 TIR1 对密码子选择
偏性较弱。而在 71 条基因构成的龙眼基因组分析样本中，32 179 个密码子的 ENc、GC、GC3s 和
CAI 值分别为 55.05、0.466、0.494 和 0.152，密码子使用偏性参数与 TIR1 较为一致，表明龙眼 TIR1
与基因组密码子偏好性水平相似。
2.1.2 同义密码子相对使用度
同义密码子相对使用度（RSCU）表示基因编码氨基酸时特定密码子在对应同义密码子中的相
对概率，能直观反映密码子的使用偏性（Sharp & Li，1986）。通常认为 RSCU 值为 1 时密码子的实
际出现次数与期望值一致，而 RSCU 大于 1 时表明该密码子使用偏性较强。龙眼 TIR1 及龙眼基因
组 RSCU 分析结果如表 1 所示。龙眼 TIR1 偏好性较强的密码子为 25 个，其中 AGG 的偏好性最强，

表 1 龙眼 TIR1 及龙眼基因组编码序列同义密码子相对使用度
Table 1 The RSCU of coding sequences of proteins in Dimocarpus longan genome and TIR1
密码子
Codon
氨基酸
Amino acid TIR1
基因组
Genome
密码子
Codon
氨基酸
Amino acid TIR1
基因组
Genome
密码子
Codon
氨基酸
Amino acid TIR1
基因组
Genome
GCC A（Ala） 0.78 0.83 ATA I 1.33 0.90 CGG R 0.35 0.63
GCA A 1.00 1.53 AAA K（Lys） 0.41 0.88 AGG R 2.65 1.92
GCG A 0.44 0.54 AAG K 1.59 1.12 AGA R 1.24 2.14
GCT A 1.78 1.10 TTA L（Leu） 0.62 0.63 AGT S（Ser） 0.57 0.96
TGT C（Cys） 0.80 0.92 TTG L 1.95 1.66 TCT S 1.00 1.01
TGC C 1.20 1.08 CTT L 1.40 0.75 TCC S 1.57 0.88
GAT D（Asp） 1.17 1.14 CTC L 0.62 0.84 TCA S 1.29 1.40
GAC D 0.83 0.86 CTA L 0.62 0.67 TCG S 0.29 0.62
GAA E（Glu） 0.94 1.02 CTG L 0.78 1.45 AGC S 1.29 1.12
GAG E 1.06 0.98 AAT N（Asn） 1.55 0.99 ACT T（Thr） 1.12 0.99
TTT F（Phe） 0.92 0.94 AAC N 0.45 1.01 ACC T 1.28 0.80
TTC F 1.08 1.06 CCT P（Pro） 1.86 0.95 ACA T 1.44 1.63
GGT G（Gly） 1.08 0.79 CCC P 0.43 0.76 ACG T 0.16 0.57
GGC G 0.97 0.92 CCA P 0.86 1.64 GTT V（Val） 1.54 0.86
GGA G 0.86 1.26 CCG P 0.86 0.65 GTC V 0.62 0.74
GGG G 1.08 1.03 CAA Q（Gln） 0.67 1.01 GTA V 0.72 0.71
CAT H（His） 1.45 1.09 CAG Q 1.33 0.99 GTG V 1.13 1.69
CAC H 0.55 0.91 CGT R（Arg） 0.18 0.42 TGG W（Trp） 1.00 1.00
ATT I （Ile） 0.67 0.97 CGC R 0.71 0.38 TAT Y（Tyr） 1.00 1.12
ATC I 1.00 1.13 CGA R 0.88 0.51 TAC Y 1.00 0.88
注：下划线和波浪线分别表示龙眼 TIR1 和龙眼基因组对该密码子使用频率较高。
Note：The underlines and wavy lines mean codon usage with high frequency in TIR1 and genome of Dimocarpus longan respectively.
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RSCU 达到 2.65，GCA、ATC、TCT、TGG、TAT 和 TAC 的 RSCU 为 1.0，该基因对这些密码子没
有选择偏性；而在龙眼基因密码子中，具有选择偏好性的密码子为 24 个。
采用 SPSS 分析发现龙眼 TIR1 与基因组之间 RSCU 在 0.01 水平上具有显著相关性，相关性系
数为 0.554。进一步比较，二者比值介于 0.281 ~ 1.958，小于 0.5 的有 5 个，分别为 AAA、AAC、
GGT、TCG 和 ACG；大于 1.5 的达到 9 个，包括 GCT、CTT、ATT、CCT、CGC、CGA、TCC、
ACC 和 GTT。
可见，龙眼 TIR1 与基因组之间虽然密码子使用偏好性程度较为相似，但对具体特定密码子的选
择偏好性差异较大。
2.2 不同物种间 TIR1 密码子使用偏性比较
2.2.1 有效密码子数和 GC 含量
不同物种 TIR1 密码子选择偏性参数如表 2 所示。

表 2 不同物种 TIR1 密码子使用偏性分析
Table 2 Analysis of codon usage bias of TIR1 in different species
物种 Species 登录号 GenBank accession number CAI ENc GC3s GC
拟南芥 Arabidopsis thaliana AK 227280.1 0.195 53.36 0.457 0.456
芜菁 Brassica rapa XM 9118719.1 0.180 54.70 0.593 0.518
亚麻荠 Camelina sativa XM 010414910.1 0.188 55.66 0.521 0.490
茶树 Camellia sinensis JX 050147.1 0.190 55.02 0.496 0.497
甜橙 Citrus sinensis XM 006479814.1 0.191 55.76 0.488 0.489
甜瓜 Cucumis melo XM 008453216.1 0.178 51.20 0.388 0.450
黄瓜 Cucumis sativus JX 901283.1 0.203 57.62 0.483 0.462
油棕 Elaeis guineensis XM 010931335.1 0.183 53.26 0.584 0.525
桉树 Eucalyptus grandis XM 010039868.1 0.196 57.62 0.589 0.538
草莓 Fragaria vesca XM 004309644.2 0.183 53.87 0.557 0.510
大豆 Glycine max XM 003536233.2 0.194 54.85 0.547 0.508
棉花 Gossypium hirsutum DQ 659621.1 0.205 54.47 0.449 0.471
麻风树 Jatropha curcas XM 012227276.1 0.178 51.90 0.452 0.474
桑树 Morus alba KJ 787017.1 0.173 55.64 0.562 0.520
阿宽蕉 Musa acuminata XM 009388308.1 0.209 55.83 0.532 0.499
莲 Nelumbo nucifera XM 010242944.1 0.186 57.29 0.438 0.523
烟草 Nicotiana sylvestris XM 009790620.1 0.189 53.26 0.422 0.465
毛白杨 Populus tomentosa DQ 666686.1 0.183 49.94 0.400 0.438
毛果杨 Populus trichocarpa XM 002300104.2 0.177 49.49 0.397 0.433
梅 Prunus mume XM 008236773.1 0.167 53.62 0.520 0.501
碧桃 Prunus persica JN 865251.1 0.173 54.69 0.483 0.472
李 Prunus salicina KJ 018741.1 0.168 53.48 0.508 0.495
蓖麻 Ricinus communis XM 002512820.1 0.170 52.96 0.422 0.450
芝麻 Sesamum indicum XM 011081438.1 0.193 56.51 0.512 0.503
番茄 Solanum lycopersicum NM 001247744.1 0.190 53.43 0.390 0.453
马铃薯 Solanum tuberosum XM 006359370.1 0.189 53.41 0.408 0.458
醉蝶花 Tarenaya hassleriana XM 010546742.1 0.187 58.12 0.560 0.511
葡萄 Vitis vinifera XM 002269091.3 0.183 55.17 0.529 0.511
龙眼 Dimocarpus longan KR558761 0.173 54.4 0.469 0.487
均值 Average – 0.185 54.36 0.488 0.486

29 个物种 TIR1 的 ENc 值介于 49.49 ~ 58.12，平均值为 54.36，可见不同物种 TIR1 之间存在较
大差异，但密码子选择偏好性和基因表达水平普遍较低，与 CAI 指数验证结果相同。在这些物种中，
有 11 个 TIR1 基因 ENc 值超过 55，最高的醉蝶花（Tarenaya hassleriana）达到 58.12，处于极低表
达水平；而其余 17 个低于 55，表达水平较为一般，且与龙眼 TIR1 较为一致。GC 含量分析发现，
11 个物种 GC 值大于 0.5，仅占所有研究对象的 37.93%；而 GC3s 值大于 0.5 的为 13 个，占总体的
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44.83%。研究结果表明，不同物种 TIR1 之间密码子对 GC 含量和 G/C 结尾的偏好性不一致，但多
数物种 A + T 的含量高于 G + C，且密码子可能偏好 A/T 结尾。
2.2.2 基于密码子使用偏性和 CDS 序列的系统聚类
基于不同物种 TIR1 密码子使用频率聚类结果如图 1 所示。29 个不同物种 TIR1 分为两个大类，
样本数分别为 18 和 11，即物种间 TIR1 密码子使用方法大致可分为两大类（Ⅰ和Ⅱ），龙眼 TIR1 处
于Ⅱ类，与茶树（Camellia sinensis）较为相似，而与李（Prunus salicina）和梅（Prunus mume）等
相差较大。进一步分析发现，同属黄瓜属的黄瓜（Cucumis sativus）和甜瓜（Cucumis melo）之间密
码子偏性差异较大，可见物种之间 TIR1 的密码子使用特性与物种近缘与否并没有显著相关性。
根据 CDS 序列构建系统发育树同样将 TIR1 归为两个大类（图 2），不同的是，十字花科的芜菁
（Brassica rapa）和荠蓝（Camelina sativa）从第Ⅱ类归到第Ⅰ类，并与同科的醉蝶花保持较近的进
化距离。而其余物种在两种方法中的聚类结果较为相近，但亚类群内的分类结果仍有一定差异。可
见不同物种间 TIR1 可能具有相似的密码子使用法则，而部分物种在长期进化过程中也形成了独特的
TIR1 密码子使用偏好性。基于密码子偏好性分类结果在很大程度上可能反映龙眼 TIR1 特殊的进化
规律，但采用 CDS 聚类与传统分类学更为接近。























图 1 基于密码子使用频率的 TIR1 系统发育树
Fig. 1 Cluster analysis dendrogram of RSCU values

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图 2 基于 CDS 序列的 TIR1 系统发育树
Fig. 2 Cluster analysis dendrogram of CDS sequences of TIR1

2.3 龙眼 TIR1 受体系统选择
密码子使用频率比值是衡量物种间密码子使用偏性差异的重要指标，通常认为比值介于 0.5 ~
2.0 时物种间的使用特性较一致，否则说明密码子偏性差异较大。将龙眼 TIR1（DlTIR1）密码子使
用频率与大肠杆菌（Ec）、酵母菌（Sc）、拟南芥（At）、烟草（Nt）和番茄（Sl）基因组密码子使用
频率进行比较，结果如表 3 所示。龙眼 TIR1 与大肠杆菌使用偏性差异较大的密码子有 21 个，与酵
母菌使用偏性差异较大的密码子为 17 个。可见酵母菌真核表达系统更适用于龙眼 TIR1 异源表达试
验，然而二者密码子使用频率仍存在较大差异，需要进行密码子改造和优化。而在与遗传转化模式
植物的比较中，龙眼 TIR1 与拟南芥、烟草和番茄的基因组密码子使用频率差异较大的密码子个数分
别为 7、6 和 6，也说明龙眼 TIR1 与这些模式生物密码子使用特性差异较小，尤其烟草和番茄可能
为该基因遗传转化功能验证最为理想的受体。



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表 3 龙眼 TIR1 与部分模式生物基因组密码子使用偏性比较
Table 3 Comparison of codon usage perference between TIR1 in Dimocarpus longan and other repersentative organisms
密码子
Codon
氨基酸
Amimo acid DlTIR1 At Nt Sl Ec Sc DlTIR1/At DlTIR1/Nt DlTIR1/Sl DlTIR1/Ec DlTIR1/Sc
GCA A（Ala） 14.8 17.5 23.1 22.2 20.6 16.1 0.85 0.64 0.67 0.72 0.92
GCC A 16.1 10.3 12.5 10.1 25.5 12.5 1.56 1.29 1.59 0.63 1.29
GCG A 7.7 9.0 5.8 5.2 31.7 6.1 0.85 1.33 1.48 0.24 1.26
GCT A 27.7 28.3 31.2 30.7 15.6 21.1 0.98 0.89 0.90 1.78 1.31
TGC C（Cys） 23.2 7.2 7.2 6.7 6.9 4.7 3.24 3.22 3.46 3.36 4.94
TGT C 15.3 10.5 9.8 10.8 5.5 8.0 1.45 1.56 1.42 2.78 1.91
GAC D（Asp） 21.0 17.2 16.9 15.0 18.6 20.2 1.22 1.24 1.40 1.13 1.04
GAT D 32.6 36.7 36.9 39.3 32.1 37.8 0.89 0.88 0.83 1.02 0.86
GAA E（GlT） 22.4 34.3 36.0 34.8 38.2 48.5 0.65 0.62 0.64 0.59 0.46
GAG E 41.1 32.2 29.4 26.6 17.7 19.1 1.27 1.40 1.55 2.32 2.15
TTC F（Phe） 19.0 20.7 18.0 17.5 16.9 18.2 0.92 1.06 1.09 1.12 1.04
TTT F 25.7 21.8 25.1 26.0 23.2 26.1 1.18 1.02 0.99 1.11 0.98
GGA G（Gly） 15.0 24.2 23.2 25.6 9.0 10.9 0.62 0.65 0.59 1.67 1.38
GGC G 11.5 9.2 11.2 9.7 27.9 9.7 1.26 1.03 1.19 0.41 1.19
GGG G 15.3 10.2 10.5 10.8 11.3 6.0 1.50 1.46 1.42 1.35 2.55
GGT G 14.7 22.2 22.3 23.9 24.4 24.0 0.66 0.66 0.62 0.60 0.61
CAC H（His） 7.3 8.7 8.7 7.8 9.8 7.7 0.84 0.84 0.94 0.74 0.95
CAT H 10.4 13.8 13.4 15.5 13.6 13.7 0.75 0.78 0.67 0.76 0.76
ATA I（Ile） 9.1 12.6 14.0 14.0 5.4 17.8 0.72 0.65 0.65 1.69 0.51
ATC I 13.4 18.5 13.9 14.0 24.2 17.0 0.72 0.96 0.96 0.55 0.79
ATT I 18.7 21.5 27.8 28.2 29.8 30.4 0.87 0.67 0.66 0.63 0.62
AAA K（Lys） 14.4 30.8 32.6 31.1 33.2 42.2 0.47 0.44 0.46 0.43 0.34
AAG K 30.7 32.7 33.5 31.0 10.7 30.7 0.94 0.92 0.99 2.87 1.00
CTA L（Leu） 11.4 9.9 9.4 10.0 4.0 13.3 1.16 1.21 1.14 2.85 0.86
CTC L 20.6 16.1 12.3 11.2 11.0 5.4 1.28 1.67 1.84 1.87 3.81
CTG L 23.1 9.8 10.2 10.5 50.9 10.4 2.35 2.26 2.20 0.45 2.22
CTT L 36.2 24.1 24.0 24.9 11.7 12.1 1.50 1.51 1.45 3.09 2.99
TTA L 11.3 12.7 13.4 14.4 13.9 26.7 0.89 0.84 0.78 0.81 0.42
TTG L 28.1 20.9 22.3 24.2 14.0 27.0 1.35 1.26 1.16 2.01 1.04
ATG M（Met） 22.5 24.5 25.0 24.7 27.0 20.9 0.92 0.90 0.91 0.83 1.08
AAC N（Asn） 15.6 20.9 17.9 17.3 21.4 24.9 0.75 0.87 0.90 0.73 0.63
AAT N 20.7 22.3 28.0 30.5 18.6 36.3 0.93 0.74 0.68 1.11 0.57
CCA P（Pro） 15.6 16.2 19.8 19.2 8.5 18.2 0.97 0.79 0.81 1.84 0.86
CCC P 8.5 5.3 6.6 5.7 5.8 6.8 1.60 1.29 1.49 1.47 1.25
CCG P 8.1 8.6 5.0 4.6 21.8 5.3 0.94 1.62 1.76 0.37 1.53
CCT P 19.3 18.7 18.7 19.2 7.3 13.6 1.03 1.03 1.01 2.64 1.42
CAA Q（Glu） 9.2 19.5 20.7 21.0 15.0 27.5 0.47 0.44 0.44 0.61 0.33
CAG Q 11.5 15.2 15.0 14.0 29.5 12.1 0.75 0.77 0.82 0.39 0.95
AGA R（Arg） 9.9 19.0 16.0 16.4 2.9 21.3 0.52 0.62 0.60 3.41 0.46
AGG R 23.1 11.0 12.2 11.9 1.9 9.2 2.11 1.89 1.94 12.16 2.51
CGA R 7.2 6.3 5.3 5.4 3.9 3.0 1.14 1.36 1.33 1.85 2.40
CGC R 7.5 3.8 3.9 3.1 21.0 2.6 1.98 1.92 2.42 0.36 2.88
CGG R 11.2 4.9 3.7 3.1 6.3 1.7 2.30 3.03 3.61 1.78 6.59
CGT R 7.8 9.0 7.5 6.9 20.3 6.5 0.86 1.04 1.13 0.38 1.20
AGC S（Ser） 12.3 11.3 10.0 9.3 16.0 9.7 1.08 1.23 1.32 0.77 1.27
AGT S 12.2 14.0 13.3 15.2 9.5 14.2 0.87 0.92 0.80 1.28 0.86
TCA S 13.1 18.3 17.6 20.7 7.8 18.8 0.72 0.74 0.63 1.68 0.70
TCC S 13.1 11.2 10.2 9.9 8.9 14.2 1.17 1.28 1.32 1.47 0.92
TCG S 10.8 9.3 5.3 5.6 8.7 8.5 1.16 2.04 1.93 1.24 1.27
TCT S 25.1 25.2 20.0 21.2 8.7 23.5 1.00 1.26 1.18 2.89 1.07
ACA T（Thr） 11.5 15.7 17.4 17.9 8.2 17.8 0.73 0.66 0.64 1.40 0.65
ACC T 9.1 10.3 9.7 8.6 22.8 12.6 0.88 0.94 1.06 0.40 0.72
ACG T 3.9 7.7 4.5 4.6 14.8 7.9 0.50 0.87 0.85 0.26 0.49
ACT T 13.5 17.5 20.3 19.9 9.1 20.3 0.77 0.67 0.68 1.48 0.67
GTA V（Val） 9.4 9.9 11.4 11.2 11.1 11.8 0.95 0.82 0.84 0.85 0.80
GTC V 12.8 12.8 11.1 10.1 15.1 11.6 1.00 1.15 1.27 0.85 1.10
GTG V 28.3 17.4 16.7 16.0 25.5 10.6 1.63 1.69 1.77 1.11 2.67
GTT V 21.3 27.2 26.8 28.0 18.5 22.0 0.78 0.79 0.76 1.15 0.97
TGG W（Trp） 15.8 12.5 12.2 13.5 15.2 10.3 1.27 1.30 1.17 1.04 1.53
TAC Y（Tyr） 14.4 13.7 13.5 12.4 12.1 14.6 1.05 1.07 1.16 1.19 0.99
TAT Y 13.5 14.6 17.8 18.6 16.5 18.9 0.92 0.76 0.73 0.82 0.71
注：下划线表示龙眼 TIR1 与该物种基因组密码子使用偏差较大。
Note：The underlines mean there are obvious differences between the codons of two species.
Lai Rui-lian，Lin Yu-ling，Zhong Chun-shui，Lai Zhong-xiong.
Analysis of codon bias of auxin receptor gene TIR1 in Dimocarpus longan.
778 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (4)：771–780.
3 讨论
3.1 龙眼 TIR1 可能的进化方式
龙眼 TIR1 与龙眼基因组 ENc 值差异较小，且均高于 50，可见该基因密码子使用偏性相对较弱，
且在长期的进化过程中，TIR1 与龙眼其他基因保持较高的同步性，并没有发生较大特殊突变。在碱
基选择时，龙眼 TIR1 更倾向于 A + T，并较偏好以 A/T 结尾，符合双子叶植物的使用密码子特性
（Murray et al.，1989）。而在排除自然环境压力前提下，突变压力的方向会影响密码子碱基及密码
子末尾碱基的组成（Novembre，2002），由此推断在进化过程中龙眼 TIR1 和龙眼基因组密码子可能
以 GC 到 AT 突变方向为主。此外，密码子使用偏性是物种对基因组环境和自然进化压力的适应性
选择，与物种本身的基因突变、基因选择、基因结构以及基因功能等综合作用有关。因此不同物种
或基因的密码子使用偏性往往能体现其在特定自然选择压力和突变压力下的进化方式（Wong et al.，
2002；时慧 等，2012），例如柑橘、枳（Ahamd et al.，2013）和二穗短柄草（Liu et al.，2012）等
主要以突变压力为主，而杨树（Ingvarsson et al.，2010）主要以自然选择为主。而要明确龙眼 TIR1
基因的选择压力仍有必要对 GC12 和 GC3 相关性、GC3s 分布范围以及密码子第 3 位嘌呤与碱基关
系等碱基分布规律作进一步验证（Kawabe & Miyashita，2003；宋辉 等，2015）。
3.2 密码子使用偏性在系统聚类分析中的应用
在本研究中，基于 CDS 聚类结果在亲缘关系鉴定中比密码子使用偏性分类更为准确，但密码
子使用偏性分类可能在一定程度上反映了龙眼 TIR1 基因特殊的个体进化规律。在已有的报道中，部
分学者认为亲缘关系较近的物种密码子使用特性相近（Sharp & Li，1986；Zhou et al.，2005；时慧 等，
2012），而 psbA、CBF1、UGP 和 PPDK 等功能基因的研究中发现不同基因特殊的密码子偏好性导
致这种聚类结果往往并不能准确反映物种亲缘关系及真实系统分类（晁岳恩 等，2011；郭秀丽 等，
2012；聂江婷 等，2014；孙晶 等，2014）。密码子使用偏性聚类可能在较小的分类单元中提供准确
可靠的分类依据，而在较大样本分类中，这种分类方式只能作为传统分类的补充（Christianson，
2005），因此，采用密码子使用偏性和 CDS 序列相结合有助于提高分类结果的准确度和客观说明物
种的进化规律。
3.3 龙眼 TIR1 异源表达和遗传转化受体系统的选择
在植物基因异源表达过程中，基因的翻译效率容易受受体系统密码子使用特性所制约，往往需
要根据受体生物密码子使用特性，对目标序列碱基进行改造和修饰以提高表达水平（晁岳恩 等，
2011）。龙眼 TIR1 密码子使用频率的研究结果表明，酵母真核表达系统更适用于龙眼 TIR1 异源表达，
但可能需要对部分密码子进行改造和优化。然而在水稻中，采用原核表达方法仍能获得较高纯度的
TIR1 蛋白（龚蓉，2010），这可能与 TIR1 在不同物种间密码子使用偏性差异有关，也可能由于该基
因本身具有较高的异源表达效率。通过不同模式植物对比，龙眼 TIR1 与拟南芥、烟草和番茄的偏性
差异均较小，相比之下，烟草和番茄是龙眼 TIR1 最理想的遗传转化受体，但目标基因能否高效表达
还会受转化效率、miRNA 转录后水平调控以及 mRNA 的结构稳定性等诸多因素影响，如何实现龙
眼 TIR1 高效遗传转化仍有待深入研究。


赖瑞联，林玉玲，钟春水，赖钟雄.
龙眼生长素受体基因 TIR1 密码子偏好性分析.
园艺学报，2016，43 (4)：771–780. 779

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