全 文 ：园 艺 学 报 2013，40（10）：1927–1934 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–05–03；修回日期：2013–06–14
基金项目：国家自然科学基金项目（31071697）；国家‘863’计划项目（2008AA10Z105）；国家大宗蔬菜产业技术体系项目
（nycytx-35-gw01）；‘十二五’国家科技支撑计划项目（2012BAD02B01）；农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室项目
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：yanglimei@caas.cn；zhangzx@cau.edu.cn）
结球甘蓝核基因组密码子使用偏爱性分析
仪登霞 1,3，杨丽梅 1,*，方智远 1，刘玉梅 1，庄 木 1，张扬勇 1，刘基生 1，
刘 博 1，武 剑 1，耿丽丽 2，张 杰 2，张振贤 3,*
（1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193；3 中国农业大
学农学与生物技术学院，北京 100193）
摘 要：根据甘蓝测序结果，利用 CodonW 软件对结球甘蓝的 48 000 个蛋白质编码基因序列进行了
分析，计算出同义密码子相对使用频率，确定了 TCT、CCT、AGA、GTT、GCT、GAT 等 6 个高频密码
子。将甘蓝与大肠杆菌、拟南芥、棉花、水稻的密码子使用频率进行了比较，发现甘蓝密码子使用偏爱
性与同为双子叶植物的拟南芥、棉花基本一致，而与大肠杆菌及单子叶植物水稻均具有较大差异。以甘
蓝密码子用法分析结果为依据，对 Bt cry1C 抗虫基因进行了密码子的改造，得到了具有甘蓝密码子使用
特点的 cry1C 基因序列，为甘蓝的转基因研究奠定了分子基础。
关键词：甘蓝；密码子用法；高频密码子；密码子偏爱性
中图分类号：S 635.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）10-1927-08

Analysis of Nuclear Genome Codon Preference in Cabbage
YI Deng-xia1,3，YANG Li-mei1,*，FANG Zhi-yuan1，LIU Yu-mei1，ZHUANG Mu1，ZHANG Yang-yong1，
LIU Ji-sheng1，LIU Bo1，WU Jian1，GENG Li-li2，ZHANG Jie2，and ZHANG Zhen-xian3,*
（1Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China；2Institute of Plant
Protection，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China；3College of Agriculture and Biotechnology，
China Agricultural University，Beijing 100193，China）
Abstract：Forty-eight thousand coding DNA sequences of cabbage were used to analyze the relative
frequency of synonymous codon（RFSC）. Six high-frequency codons including TCT，CCT，AGA，GTT，
GCT，and GAT were revealed by CodonW. When the frequency of codon usage of cabbage was compared
to Escherichia coli，Arabidopsis thaliana，and Oryza sativa，we found that the codon preference was
considerably different between cabbage and Escherichia coli，Oryza sativa，while the codon preference
was identical between cabbage and Arabidopsis thaliana，Gossypium hirsutum. The codons of Bt cry1C
gene sequence have been reconstructed according to the results. The foreign gene containing the optimal
codons of cabbage is helpful to researches involving cabbage transformation.
Key words：cabbage；codon usage；high-frequency condon；condon preference

生物的遗传密码具有简并性，每一种氨基酸可由 1 ~ 6 个密码子编码，对于不同物种间，由于

1928 园 艺 学 报 40 卷
tRNA 丰度、（G + C）%和 wobble 摆动效应等因素的差异，致使在密码子的使用上存在着偏爱性，
这种现象会对克隆的外源基因在宿主生物细胞中的表达造成影响（Bennetzen & Hall，1982；Ikemura，
1985）。因此，有必要对一些常用生物的密码子偏爱性加以分析，找出其高频使用密码子，为改造外
源基因提供依据，从而实现外源基因的高效表达。
在结球甘蓝（Brassica oleracea L. var. capitata L.）中抗虫种质资源较为缺乏，通过常规育种途
径很难获得抗虫性强的品种。许多研究者致力于采用转基因技术将外源抗虫基因转入甘蓝，获得了
在 DNA 水平、RNA 水平、蛋白质水平均表达的转基因植株，且抗虫效果明显（Metz et al.，1995；
Jin et al.，2000；Bhattacharya et al.，2002；李汉霞 等，2006；崔磊 等，2009；Rafat et al.，2010；
Yi et al.，2011）。但有些外源基因在转基因植株中的表达情况不尽如人意，造成这种结果的原因有
很多，外源基因使用的密码子不是甘蓝偏爱密码子可能是重要原因之一（Matzke et al.，2000）。
日本 Kazusa DNA 研究所根据 NCBI-GenBank 中的基因资源建立了密码子用法数据库（http：//
www.kazusa.or.jp/codon/），该数据库首次以密码子使用频率为参数列出了甘蓝的密码子使用表。但
是由于用于分析的样本数较少（该数据据库仅对结球甘蓝的 18 个蛋白质编码基因序列的 7 441 个密
码子进行了分析），所以得到的密码子使用频率不能很好地反映真实情况。目前，结球甘蓝全基因组
测序已经完成（http：//brassicadb.org/brad/），为系统研究甘蓝基因组密码子的偏爱性提供了便利。
本研究中利用 CodonW 软件对结球甘蓝的全基因序列进行了分析，首次全面地明确了结球甘蓝的高
频使用密码子，并与模式生物的偏好密码子进行了比较，选用甘蓝偏爱密码子对 Bt cry1C 抗虫基因
进行了针对性改造，为实现其在甘蓝中的高效稳定表达奠定基础。
1 材料与方法
1.1 甘蓝基因的获取
根据甘蓝测序结果，获取甘蓝基因组序列（http：//brassicadb.org/brad/）。目的基因序列的筛选
原则为：（1）编码蛋白质的基因，并且编码序列完整；（2）编码基因的序列长度大于 300 bp；（3）
在细胞质中翻译，排除细胞器中翻译的基因；（4）排除位于质粒、转座子、细菌、真菌和病毒上的
基因；（5）对多拷贝基因只统计一次（Paul & Elizabeth，1991）。
1.2 甘蓝全基因组密码子的使用分析
首先利用 CodonW 软件对筛选得到的甘蓝基因序列进行密码子使用频率进行分析：（1）将软件
CodonW 解压到某一指定文件夹，把待分析的甘蓝序列文件（需为 FASTA 格式）放在此文件夹内；
（2）运行 CodonW 软件程序，依次选择 4（codon usage indices），12（select all），再选择 x 返回主
菜单。此时指定文件夹中就含有甘蓝基因组序列的密码子使用频率的文本。其次计算甘蓝蛋白质编
码基因序列的同义密码子相对使用频率（relative frequency of synonymous codon，RFSC）。RFSC 反
映的是样本中各个同义密码子的使用频率。计算式为某一密码子在样本中的实际观察数与该密码子
对应的氨基酸在样本中的实际观察数的比值。它避免了由样本选择中各基因的长短与氨基酸丰度所
造成的误差。最后根据 RFSC 的计算结果，利用高频密码子分析法（林涛 等，2002）来筛选甘蓝基
因的高频使用密码子。若某一密码子相对同义密码子使用频率单值超过 60%或者超过该组同义密码
子平均占有频率的 1.5 倍的密码子即为高频密码子（High-frequency codon，HF）。
1.3 甘蓝和其他生物密码子偏爱性比较
用 1/1 000（即在 1 000 个密码子中出现的次数）代表密码子在编码基因总密码子中出现的频率。
10 期 仪登霞等：结球甘蓝核基因组密码子使用偏爱性分析 1929

统计甘蓝各密码子的 1/1 000 并与从日本 Kazusa DNA 研究所的密码子用法数据库（http：//www.
kazusa.or.jp/codon/，截止到 2013 年 2 月 4 日该数据库已对大肠杆菌的 8 087 个基因共 2 330 943 个
密码子，拟南芥的 80 395 个基因共 31 098 475 个密码子，棉花的 557 个基因共 190 383 个密码子、
水稻的 92 188 个基因共 34 132 283 个密码子进行了分析）中的大肠杆菌、拟南芥、棉花、水稻等几
种代表性生物的数据进行了比较。计算甘蓝各密码子分别与其他 4 种生物的比值，如比值在 0.5 ~ 2.0
之间，表示两物种对该密码子的偏爱性较为接近，反之则差别较大。
1.4 Bt cry1C 基因的密码子改造
以筛选出的甘蓝高频密码子为依据，对 Bt cry1C 抗虫基因进行密码子的改造。
2 结果与分析
2.1 甘蓝高频密码子（HF）的确定
结合甘蓝测序结果，获得甘蓝基因组序列，经筛选得到 48 000 个基因共 12 242 981 个密码子。
利用 CodonW 软件对其进行密码子 RFSC 分析（表 1），共筛选出高频密码子 6 个，它们是 TCT（编
码 Ser）、CCT（编码 Pro）、AGA（编码 Arg）、GTT（编码 Val）、GCT（编码 Ala）、GAT（编码 Asp）。

表 1 甘蓝蛋白质编码序列的同义密码子的相对使用频率和高频密码子
Table 1 The relative frequency of synonymous codon（RFSC）and high-frequency codon（HF）of coding sequence of cabbage
氨基酸
Amino acid
密码子
Codon
密码子数
No. of codon
相对使用频率/%
RFSC
高频密码子
HF
TTT 237 581 47.00 Phe
TTC 268 987 53.00
TCT 293 910 26.50 HF
TCC 161 134 14.50
TCA 212 604 19.17
TCG 119 546 10.67
AGT 161 757 14.50
Ser
AGC 163 271 14.67
TAT 153 630 46.00 Tyr
TAC 182 040 54.00
TGT 117 146 54.00 Cys
TGC 99 914 46.00
TTA 132 165 11.50
TTG 244 026 21.30
CTT 272 898 23.80
CTC 227 660 19.80
CTA 120 892 10.50
Leu
CTG 146 777 12.80
Trp TGG 152 195 1.00
CCT 232 931 38.50 HF
CCC 77 873 12.75
CCA 185 439 30.50
Pro
CCG 110 599 18.25
CAT 157 515 56.50 His
CAC 121 661 43.50
CAA 218 928 51.50 Gln
CAG 208 139 48.50
Arg CGT 104 386 15.50
CGC 57 463 8.50
CGA 67 126 10.00
CGG 58 667 8.67
AGA 229 695 34.17 HF
AGG 155 324 23.17
1930 园 艺 学 报 40 卷
续表 1
氨基酸
Amino acid
密码子
Codon
密码子数
No. of codon
相对使用频率/%
RFSC
高频密码子
HF
ATT 218 039 36.00
ATC 237 124 39.30
Ile
ATA 149 036 24.67
Met ATG 305 573 100.0
ACT 199 720 31.50
ACC 138 903 22.00
ACA 181 411 28.75
Thr
ACG 112 361 17.75
AAT 221 968 43.50 Asn
AAC 290 075 56.50
AAA 340 515 44.50 Lys
AAG 424 803 55.50
GTT 313 341 37.50 HF
GTC 176 420 21.00
GTA 111 238 13.25
Val
GTG 234 172 28.00
GCT 340 053 42.00 HF
GCC 141 795 17.50
GCA 201 974 25.00
Ala
GCG 127 573 15.75
GAT 410 694 62.50 HF Asp
GAC 244 067 37.50
GAA 385 795 46.50 Glu
GAG 440 590 53.50
GGT 253 031 31.50
GGC 129 757 16.00
GGA 280 543 34.75
Gly
GGG 143 131 17.75
Ter TAA 12 228 34.67
TAG 7 720 21.67
TGA 15 452 43.67

2.2 甘蓝与其他生物的密码子偏爱性比较
根据表 1 数据统计甘蓝各密码子的 1/1 000 数据，并与日本 Kazusa DNA 研究所密码子用法数据
库中的大肠杆菌、拟南芥、棉花和水稻等的数据比较（表 2）。结果显示：甘蓝与同为双子叶植物的
拟南芥、棉花各密码子的使用频率比值均在 0.50 ~ 2.00，说明其密码子偏爱性基本相同；而甘蓝与
原核生物大肠杆菌的密码子使用频率比值中有 7 种密码子的比值小于等于 0.50 或者大于等于 2.00，
与单子叶植物水稻的也有 6 种，表明甘蓝的密码子偏爱性与大肠杆菌和水稻具有不同程度的差异。


表 2 甘蓝与其他生物密码子偏爱性比较
Table 2 Comparison of codon preference between cabbage and other organisms
密码子使用频率/1/1 000
Frequency of codon usage
密码子偏爱性比较
Comparison of codon preference 氨基酸
Amino
acid
密码子
Codon 甘蓝
Cabbage
（C）
大肠杆菌
E. coli
（E）
拟南芥
A. thaliana
（A）
棉花
G. hirsutum
（G）
水稻
O. sativa
（O）
C/E C/A C/G C/O
TTT 19.4 24.4 21.8 20.4 13.1 0.80 0.89 0.95 1.48 Phe
TTC 22.0 13.9 20.7 22.2 22.4 1.58 1.06 0.99 0.98
TCT 24.0 13.1 25.2 17.5 12.7 1.83 0.95 1.37 1.89 Ser
TCC 13.2 9.7 11.2 12.9 16.3 1.36 1.18 1.02 0.81
TCA 17.4 13.1 18.3 15.7 12.4 1.33 0.95 1.11 1.40
TCG 9.8 8.2 9.3 6.7 12.3 1.20 1.05 1.46 0.80
AGT 13.2 13.2 14.0 11.8 8.8 1.00 0.94 1.12 1.50
AGC 13.3 14.3 11.3 12.3 16.0 0.93 1.18 1.08 0.83
10 期 仪登霞等：结球甘蓝核基因组密码子使用偏爱性分析 1931

续表 2
密码子使用频率/1/1 000
Frequency of codon usage
密码子偏爱性比较
Comparison of codon preference 氨基酸
Amino
acid
密码子
Codon 甘蓝
Cabbage
（C）
大肠杆菌
E. coli
（E）
拟南芥
A. thaliana
（A）
棉花
G. hirsutum
（G）
水稻
O. sativa
（O）
C/E C/A C/G C/O
TAT 12.6 21.6 14.6 17.4 10.0 0.58 0.86 0.72 1.26 Tyr
TAC 14.9 11.7 13.7 15.5 15.1 1.27 1.09 0.96 0.99
TGT 9.6 5.9 10.5 9.2 6.2 1.63 0.91 1.04 1.55 Cys
TGC 8.2 5.5 7.2 9.1 12.4 1.49 1.14 0.90 0.66
TTA 10.8 17.4 12.7 10.0 6.1 0.62 0.85 1.08 1.77
TTG 20.0 12.9 20.9 20.6 14.7 1.55 0.96 0.97 1.36
CTT 22.3 14.5 24.1 23.4 15.2 1.54 0.93 0.95 1.47
CTC 18.6 9.5 16.1 14.0 25.8 1.96 1.16 1.33 0.72
CTA 9.9 5.6 9.9 7.2 7.7 1.77 1.00 1.38 1.29
Leu
CTG 12.0 37.4 9.8 10.8 21.0 0.32# 1.22 1.11 0.57
Trp TGG 12.4 8.2 12.5 14.7 13.8 1.51 0.99 0.84 0.90
CCT 19.0 9.5 18.7 20.4 13.6 2.00# 1.02 0.93 1.40
CCC 6.4 6.2 5.3 9.3 12.1 1.03 1.21 0.69 0.53
CCA 15.2 9.1 16.1 18.2 14.2 1.67 0.95 0.84 1.07
Pro
CCG 9.0 14.5 8.6 6.1 18.0 0.62 1.05 1.48 0.50#
CAT 12.9 12.4 13.8 14.6 11.3 1.04 0.93 0.88 1.14 His
CAC 9.9 7.3 8.7 9.2 13.8 1.36 1.14 1.08 0.72
CAA 17.9 14.4 19.4 20.5 13.5 1.24 0.92 0.87 1.33 Gln
CAG 17.0 26.7 15.2 14.9 20.8 0.64 1.12 1.14 0.82
CGT 8.5 15.9 9.0 8.0 7.2 0.53 0.94 1.06 1.18
CGC 4.7 14.0 3.8 4.2 16.1 0.34# 1.24 1.12 0.29#
CGA 5.5 4.8 6.3 6.1 6.4 1.15 0.87 0.90 0.86
CGG 4.8 7.9 4.9 4.1 13.4 0.61 0.98 1.17 0.36#
AGA 18.8 7.1 19.0 14.1 10.5 2.65 0.99 1.33 1.79
Arg
AGG 12.7 4.0 11.0 13.0 16.0 3.18# 1.15 0.98 0.79
ATT 17.8 29.6 21.5 24.0 14.2 0.60 0.83 0.74 1.25
ATC 19.4 19.4 18.5 18.2 19.4 1.00 1.05 1.07 1.00
Ile
ATA 12.2 13.3 12.6 10.7 8.8 0.92 0.97 1.14 1.39
Met ATG 25.0 23.7 24.5 25.4 23.8 1.05 1.02 0.98 1.05
ACT 16.3 13.1 17.5 18.4 10.6 1.24 0.93 0.89 1.54
ACC 11.4 18.9 10.3 14.3 14.9 0.60 1.11 0.80 0.77
ACA 14.8 15.1 15.7 14.7 11.6 0.98 0.94 1.01 1.28
Thr
ACG 9.2 13.6 7.7 5.0 11.4 0.68 1.19 1.84 0.81
AAT 18.1 29.3 22.3 22.3 15.1 0.62 0.81 0.81 1.20 Asn
AAC 23.7 20.3 20.9 22.1 18.5 1.17 1.13 1.07 1.28
AAA 27.8 37.2 30.8 27.1 16.0 0.75 0.90 1.03 1.74 Lys
AAG 34.7 15.3 32.7 34.7 32.3 2.27# 1.06 1.00 1.07
GTT 25.6 21.6 27.2 27.1 15.5 1.19 0.94 0.94 1.65
GTC 14.4 13.1 12.8 12.7 20.1 1.10 1.13 1.13 0.72
GTA 9.1 13.1 9.9 8.2 6.8 0.69 0.92 1.11 1.34
Val
GTG 19.1 19.9 17.4 18.0 24.3 0.96 1.10 1.06 0.79
GCT 27.8 18.9 28.3 30.8 19.6 1.47 0.98 0.90 1.42
GCC 11.6 21.6 10.3 16.0 30.8 0.54 1.13 0.73 0.38#
GCA 16.5 23.0 17.5 19.0 17.3 0.72 0.94 0.87 0.95
Ala
GCG 10.4 21.1 9.0 5.8 26.6 0.49 1.16 1.79 0.39#
GAT 33.6 33.7 36.6 34.5 25.3 0.99 0.92 0.97 1.33 Asp
GAC 19.9 17.9 17.2 17.7 28.1 1.11 1.16 1.12 0.71
GAA 31.5 35.1 34.3 32.8 21.6 0.90 0.92 0.96 1.46 Glu
GAG 36.0 19.4 32.2 30.0 38.6 1.86 1.12 1.20 0.93
GGT 20.7 23.7 22.2 25.0 14.8 0.87 0.93 0.83 1.40
GGC 10.6 20.6 9.2 12.8 29.5 0.51 1.15 0.83 0.36#
GGA 22.9 13.6 24.2 22.0 15.9 1.68 0.95 1.04 1.44
Gly
GGG 11.7 12.3 10.2 13.3 17.1 0.95 1.15 0.88 0.68
Ter TAA 1.0 2.0 0.9 1.2 0.7 0.50# 1.11 0.83 1.43
TAG 0.6 0.3 0.5 0.5 0.8 2.00# 1.20 1.20 0.75
TGA 1.3 1.1 1.2 1.2 1.2 1.18 1.08 1.08 1.08
注：标注有“#”的数据表示比值小于等于 0.50 或者大于等于 2.00。
Note：Date with“#”means that the ratio is ≤ 0.50 or ≥ 2.00.
1932 园 艺 学 报 40 卷
2.3 Bt cry1C 基因的密码子改造
以确定的甘蓝高频密码子为依据，对 Bt cry1C 抗虫基因序列进行密码子的改造，获得了具有甘
蓝密码子使用特点的 cry1C 基因序列，结果见图 1。

原始序列 Original AAGCTTTCTA GACCCGGGCC TATTTTTACA ACAATTACCA ACAACAACAA ACAACAAACA ACATTACAAT TACTATTTAC AATTACAACC
改造序列 Modified AAGCTTTCTA GACCCGGGCC TATTTTTACA ACAATTACCA ACAACAACAA ACAACAAACA ACATTACAAT TACTATTTAC AATTACAACC
原始序列 Original ATGGAGGAGA ACAACCAGAA CCAGTGCATC CCTTACAACT GTTTGAGCAA CCCAGAGGAG GTGCTTTTGG ATGGGGAGAG GATCTCCACT
改造序列 Modified ATGGAGGAGA ACAACCAGAA CCAGTGCATC CCTTACAACT GTTTGAGCAA CCCTGAGGAG GTGCTTTTGG ATGGGGAGAG GATCTCCACT
原始序列 Original GGAAACTCCT CCATCGACAT CTCCCTTTCC CTTGTTCAAT TCCTCGTGTC CAACTTCGTG CCAGGTGGAG GATTCCTTGT TGGATTGATC
改造序列 Modified GGAAACTCCT CCATCGACAT CTCCCTTTCC CTTGTTCAAT TCCTCGTGTC CAACTTCGTG CCAGGTGGAG GATTCCTTGT TGGATTGATC
原始序列 Original GACTTCGTGT GGGGAATCGT TGGACCATCC CAATGGGACG CATTCCTTGT GCAAATCGAG CAGTTGATCA ACGAGCGGAT CGCAGAGTTC
改造序列 Modified GACTTCGTGT GGGGAATCGT TGGACCTTCC CAATGGGATG CATTCCTTGT GCAAATCGAG CAGTTGATCA ACGAGAGAAT CGCTGAGTTC
原始序列 Original GCAAGGAACG CTGCGATCGC TAACTTGGAG GGATTGGGAA ACAACTTCAA CATCTACGTG GAGGCATTCA AGGAATGGGA GGAGGACCCA
改造序列 Modified GCTAGGAACG CTGCTATCGC TAACTTGGAG GGATTGGGAA ACAACTTCAA CATCTACGTG GAGGCATTCA AGGAATGGGA GGAGGATCCT
原始序列 Original AACAACCCAG CAACCAGGAC CAGGGTGATC GACAGATTCA GAATCCTTGA TGGACTCCTT GAGAGGGACA TCCCATCGTT CAGGATCTCC
改造序列 Modified AACAACCCAG CAACCAGGAC CAGAGTGATC GATAGATTCA GAATCCTTGA TGGACTCCTT GAGAGGGACA TCCCTTCGTT CAGGATCTCC
原始序列 Original GGATTCGAGG TGCCACTTTT GTCCGTATAC GCACAAGCAG CTAACCTTCA TCTTGCAATC TTGAGAGACT CCGTGATCTT CGGAGAGCGC
改造序列 Modified GGATTCGAGG TGCCTCTTTT GTCCGTTTAC GCTCAAGCAG CTAACCTTCA TCTTGCTATC TTGAGAGATT CCGTGATCTT CGGAGAGAGA
原始序列 Original TGGGGATTGA CCACTATCAA CGTTAACGAG AACTACAACA GACTTATCAG GCATATCGAC GAGTACGCGG ATCATTGTGC AAACACTTAC
改造序列 Modified TGGGGATTGA CCACTATCAA CGTTAACGAG AACTACAACA GACTTATCAG GCATATCGAT GAGTACGCTG ATCATTGTGC AAACACTTAC
原始序列 Original AACAGGGGAT TGAACAACTT GCCAAAGTCC ACTTACCAAG ATTGGATCAC CTACAACAGG TTGAGGCGAG ATTTGACCTT GACTGTGTTG
改造序列 Modified AACAGGGGAT TGAACAACTT GCCAAAGTCC ACTTACCAAG ATTGGATCAC CTACAACAGG TTGAGGAGAG ATTTGACCTT GACTGTGTTG
原始序列 Original GACATCGCGG CTTTCTTCCC AAACTACGAC AACAGGAGAT ACCCAATCCA ACCAGTAGGA CAACTTACCA GGGAGGTTTA CACTGACCCA
改造序列 Modified GACATCGCTG CTTTCTTCCC AAACTACGAT AACAGGAGAT ACCCAATCCA ACCAGTTGGA CAACTTACCA GGGAGGTTTA CACTGATCCA
原始序列 Original TTGATCAACT TCAACCCACA ATTGCAATCC GTGGCACAAT TGCCAACCTT CAACGTAATG GAGAGCAGCG CAATCAGGAA CCCGCATTTG
改造序列 Modified TTGATCAACT TCAACCCACA ATTGCAATCC GTGGCTCAAT TGCCTACCTT CAACGTTATG GAGAGCAGCG CAATCAGAAA CCCTCATTTG
原始序列 Original TTCGACATCT TGAACAACCT TACCATCTTC ACTGACTGGT TCAGCGTGGG ACGCAACTTC TACTGGGGAG GACATAGGGT GATCTCCAGC
改造序列 Modified TTCGACATCT TGAACAACCT TACCATCTTC ACTGATTGGT TCAGCGTTGG AAGAAACTTC TACTGGGGAG GACATAGGGT GATCTCCAGC
原始序列 Original CTTATCGGAG GAGGAAACAT CACCTCCCCC ATCTACGGAA GAGAGGCAAA CCAGGAGCCT CCACGAAGTT TCACTTTCAA CGGACCAGTG
改造序列 Modified CTTATCGGAG GAGGAAACAT CACCTCCCCT ATCTACGGAA GAGAGGCAAA CCAGGAGCCT CCAAGATCTT TCACTTTCAA CGGACCAGTG
原始序列 Original TTCAGGACTT TGTCCAACCC TACTTTGAGG TTGTTGCAAC AGCCTTGGCC AGCACCACCA TTCAACTTGA GAGGAGTAGA GGGAGTGGAG
改造序列 Modified TTCAGGACTT TGTCCAACCC TACTTTGAGG TTGTTGCAAC AGCCTTGGCC AGCACCACCA TTCAACTTGA GAGGAGTTGA GGGAGTGGAG
原始序列 Original TTCTCCACCC CTACCAACAG CTTCACTTAC AGGGGACGTG GAACTGTAGA TTCCTTGACT GAGTTGCCAC CTGAGGACAA CAGCGTGCCA
改造序列 Modified TTCTCCACCC CTACCAACAG CTTCACTTAC AGGGGAAGAG GAACTGTTGA TTCCTTGACT GAGTTGCCAC CTGAGGATAA CAGCGTGCCA
原始序列 Original CCTCGCGAGG GATACAGCCA TAGATTGTGT CATGCAACTT TCGTTCAAAG ATCCGGAACC CCTTTCCTTA CCACTGGAGT GGTGTTCTCC
改造序列 Modified CCTAGAGAGG GATACAGCCA TAGATTGTGT CATGCAACTT TCGTTCAAAG ATCCGGAACC CCTTTCCTTA CCACTGGAGT GGTGTTCTCC
原始序列 Original TGGACTCATA GAAGCGCAAC TCTTACCAAC ACCATCGACC CAGAGAGGAT CAATCAGATC CCATTGGTGA AGGGATTCAG AGTCTGGGGA
改造序列 Modified TGGACTCATA GAAGCGCAAC TCTTACCAAC ACCATCGATC CAGAGAGGAT CAATCAGATC CCTTTGGTGA AGGGATTCAG AGTTTGGGGA
原始序列 Original GGCACCTCCG TTATCACCGG ACCAGGATTC ACCGGAGGAG ACATCCTTAG GAGGAACACC TTCGGAGACT TCGTGTCCCT TCAAGTCAAC
改造序列 Modified GGCACCTCCG TTATCACCGG ACCAGGATTC ACCGGAGGAG ACATCCTTAG GAGAAACACC TTCGGAGATT TCGTGTCCCT TCAAGTTAAC
原始序列 Original ATCAACTCCC CAATCACCCA ACGATACCGT TTGCGGTTCA GATACGCTTC CAGCAGGGAT GCAAGGGTTA TCGTGTTGAC CGGAGCAGCA
改造序列 Modified ATCAACTCCC CAATCACCCA AAGATACAGA TTGAGATTCA GATACGCTTC CAGCAGGGAT GCAAGGGTTA TCGTGTTGAC CGGAGCAGCA
原始序列 Original TCCACCGGAG TGGGAGGACA AGTCAGCGTG AACATGCCAC TTCAAAAGAC TATGGAGATC GGAGAGAACT TGACCTCCAG GACCTTCCGG
改造序列 Modified TCCACCGGAG TGGGAGGACA AGTTAGCGTG AACATGCCTC TTCAAAAGAC TATGGAGATC GGAGAGAACT TGACCTCCAG GACCTTCAGA
原始序列 Original TACACCGACT TCAGCAACCC TTTCTCCTTC AGAGCTAACC CAGACATCAT CGGAATCAGC GAGCAACCAC TTTTCGGAGC AGGATCCATC
改造序列 Modified TACACCGATT TCAGCAACCC TTTCTCCTTC AGAGCTAACC CAGACATCAT CGGAATCAGC GAGCAACCTC TTTTCGGAGC AGGATCCATC
原始序列 Original AGCAGCGGAG AGCTTTACAT CGACAAGATC GAGATCATCC TTGCAGATGC AACCTTCGAG GCAGAGTCCG ATTTGGAGAG AGCACAAAAG
改造序列 Modified AGCAGCGGAG AGCTTTACAT CGATAAGATC GAGATCATCC TTGCAGATGC AACCTTCGAG GCAGAGTCCG ATTTGGAGAG AGCACAAAAG
原始序列 Original GCAGTGAACG CTCTTTTCAC TTCCTCCAAC CAGATCGGAT TGAAGACCGA TGTGACTGAC TCCGAGAAGG ATGAACTTTG ATAAGGTACC
改造序列 Modified GCAGTGAACG CTCTTTTCAC TTCCTCCAAC CAGATCGGAT TGAAGACCGA TGTGACTGAT TCCGAGAAGG ATGAACTTTG ATAAGGTACC
原始序列 Original CTCGAGGAGC TCTCCGAATT C
改造序列 Modified CTCGAGGAGC TCTCCGAATT C

图 1 Bt cry1C 基因密码子改造结果
Fig. 1 The results of codons modification of Bt cry1C gene
10 期 仪登霞等：结球甘蓝核基因组密码子使用偏爱性分析 1933

3 讨论
分析密码子用法的方法主要有两种：高频密码子分析法（林涛 等，2002）和高表达优越密码子
分析法（Frank，1990）。高表达优越密码子分析法需要先计算每个基因的密码子有效数（Effective
Number of Codons，Nc）和相对同义密码子用法（Relative Synonymous Codon Usage，RSCU），根据
Nc 值确定高表达和低表达样本组，然后计算出这 2 个样本组中各个密码子的 RSCU 值，最后通过 t
检验确定出高表达基因的优越密码子。高表达优越密码子分析法步骤繁琐，并且对于目的生物的遗
传背景要求较高，另外，若蛋白质编码基因序列数量很大时，采用该方法进行分析，工作量是巨大
的。高频密码子分析法克服了高表达优越密码子分析法的缺点，该方法准确、简便、快速 （林涛 等，
2002；胡桂兵 等，2006）。林涛等（2002）将高频密码子分析法筛选出的酵母（Y. lipolytica）高频
密码子和传统的高表达优越密码子分析法筛选出的优越密码子进行比较，证明了高频密码子分析法
的可靠性，且这两种方法的结果是吻合的。本研究中利用 CodonW 软件，采用高频密码子分析法对
结球甘蓝的全基因组序列进行了分析，计算出同义密码子相对使用频率，确定了 TCT、CCT、AGA、
GTT、GCT、GAT 等 6 个甘蓝高频密码子。
甘蓝密码子的偏爱性与大肠杆菌具有较大的差异，与同为双子叶植物的拟南芥、棉花的密码子
偏爱性基本一致，而与单子叶植物的水稻具有一定的差异，表明物种间的亲缘关系越远，密码子偏
爱性差异越大；亲缘关系越近，密码子偏爱性差异越小。因此，在进行甘蓝转基因研究时，应该注
意密码子偏爱性的影响。由于甘蓝和拟南芥的密码子偏爱性基本相同，在模式植物拟南芥中克隆的
基因可以不经过密码子优化而直接在甘蓝中表达；同时，设计的含有拟南芥偏爱密码子的外源基因
除了可在拟南芥中高效表达外，在甘蓝等近缘种中也有可能实现高效表达（Murray et al.，1989；胡
桂兵 等，2006）。这种“通用性”可以节约资源、减少时间，是十分有意义的。
密码子使用偏爱性是物种进化现象的反映（张文娟，2006）。密码子使用偏好性的获得可以用
来探究许多基本生物学问题，如利用甘蓝与其他近缘物种密码子使用模式的差异，结合其他系统发
育分析方法，可以判断基因重组或基因水平转移的发生。
通过密码子改造提高外源基因在动物、植物或微生物中的表达已有不少成功的例子（Paul &
Elizabeth，1991；Jeffrey et al.，2003；柏锡 等，2004），但在甘蓝中尚未见报道。本文的分析结果
可为来源于原核生物的外源基因（如 Bt 抗虫基因）在甘蓝中的表达、甘蓝基因在原核生物中的表达
以及利用 PCR 技术克隆甘蓝功能基因时提供参考。小菜蛾、菜青虫、甜菜夜蛾和甘蓝夜蛾等是十字
花科作物最重要的害虫，且难以防治。本课题组一直致力于结球甘蓝抗虫转基因研究，并已获得对
小菜蛾和菜青虫具有较强抗性的转基因植株，现已利用甘蓝密码子用法分析结果优化并重新合成了
对鳞翅目夜蛾类害虫具有较强毒杀作用的新的 Bt cry1C 基因，准备进行遗传转化，希望在甘蓝抗虫
基因工程育种方面取得突破。

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