热带作物学报

作者：李英英, 李香振, 晏小霞

单位：中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部中药材生物学与栽培重点实验室/农业农村部热带农业野生植物基因资源鉴定评价中心/海南省热带药用植物工程研究中心/海南省热带作物资源遗传改良与创新重点实验室，海南海口 571101

关键词：益智,叶绿体基因组,密码子偏好性,最优密码子

基金：热带作物物种品种资源保护项目(21250123),物种品种资源保护费项目(A120201),中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1630032025012)

益智（Alpinia oxyphylla Miq.）作为我国著名的“四大南药”之一，具有抗氧化、抗炎、神经保护、抗肿瘤等现代药理活性，但随着野生资源日益减少，人工栽培面临病虫害、气候变化等压力，亟需通过生物技术手段提升种质品质与抗逆性。本研究通过解析益智叶绿体基因组的密码子使用偏好性，为其后续遗传工程和合成生物学应用提供理论依据。基于多重过滤条件筛选获得51条高质量的益智叶绿体基因组蛋白编码序列，利用CodonW 1.4.2软件结合在线分析平台CUSP解析其特征。结果显示：（1）益智叶绿体基因组的密码子存在显著的A/U末端偏好性：密码子GC含量呈梯度递减（GC1=45.69%>GC2=38.79%>GC3=27.50%），90.6%的高偏好密码子（RSCU>1）以A/U结尾；（2）密码子偏好性整体偏弱：ENC均值为46.56（67.78%基因的ENC>45），CAI均值为0.17；（3）自然选择主导密码子进化：中性绘图显示GC12与GC3无显著相关性，ENC-plot中实际值显著偏离理论曲线，PR2-plot揭示GC3位点存在A>T/C>G的偏倚特性；（4）确定了10个最优密码子。本研究首次揭示了益智叶绿体基因组保守的A/U偏好性规律及由自然选择主导的多因素协同调控机制，所确定的最优密码子可作为益智叶绿体遗传工程的关键元件，通过定向优化外源基因（如药用成分合成酶编码基因）的密码子，提升其表达效率，为益智品质改良与抗逆性育种提供技术支撑。

来源：2025年第11期

《热带作物学报》期刊编辑部

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