密码子优化的思路及方法

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1、密码子优化的思路及方法 密码子优化涉及的优化点可以从基因合成、载体构建、基因转录、mRNA 翻译、翻译后修 饰等过程中提取，目的只有一个，就是便于相关过程的高效达成。以下内容将详细列举优化 参数，并对关键参数进行概括描述。 基因合成基因合成 平衡 GC 含量 正反向重复序列 二级结构 表达载体构建表达载体构建 目标基因上下文 酶切位点 基因转录基因转录 平衡 GC 含量 平衡 CpG 岛 SD 序列 Kozak 序列 TATA 框 Chi 位点 终止信号 隐蔽剪切 位点 mRNA 翻译及折叠翻译及折叠 密码子偏好性 GC 含量 polyA 位点 信号 mRNA 二级结构 mRNA 自由能 核糖

2、体绑定位点 特定功能的 Motif 许多 motif 在基因表达过程中承担着重要的角色，随着研究的不断开展，功能性 motif 也在 不断被发现，我们会将其不断地添加到南京德泰生物的密码子优化工具中。举例如下: TATA 框：是构成真核生物的启动子元件之一，位于转录起始点上游-30bp 处，它可 以保证转录的正确定位 SD 序列: 作为原核表达的核糖体绑定位点，是翻译必不可少的信号 Kozak 序列：真核生物中符合 Kozak 规则的基因，其转录及翻译效率较好。 Chi 序列：在原核生物中能够增加自然重组的几率，可能会影响人工重组蛋白的表 达 隐蔽剪切位点：真核生物中存在大量的隐蔽剪切位点(c

3、ryptic splice sites)，一旦被 激活，会造成 mRNA 的剪接偏离我们的预期。 仔细研究转录、翻译的过程，并不断阅读基础资料及最新研究进展，不断搜集相关的 motif 模式，我们南京德泰生物在不断完善密码子优化算法。在载体设计上，我们要通盘考虑。当 然，部分 motif 已经固化到了商业载体上了。 重复序列 重复序列过多，会增加基因合成的难度。反向互补序列也对 mRNA 二级结构有重要影响。 GC 含量 相对于 AT 配对需要 2 个氢键，GC 配对是 3 个氢键，GC 含量直接影响着 PCR 退火温度。 在启动子等保守区域 GC 含量相对较高。GC 含量也影响着 mRNA

4、热力学稳定性及 mRNA 二级结构。 mRNA 二级结构 mRNA 二级结构是影响翻译过程的重要因素，复杂稳定的二级结构会阻碍翻译过程的顺利 进行，特别是核糖体绑定位点（RBS）附近的二级结构。mRNA 的二级结构预测是一个复 杂的过程，需要考虑碱基配对、自由能等多种因素，南京德泰生物的密码子优化系统可以快 速有效识别发卡（Hairpin）结构区并进行有效规避。 密码子偏好性 不同物种的种属之间， 对同义密码子的使用频率是不同的。 在外源基因的同义密码子使用频 率与表达宿主相匹配的情况下，外源基因的表达水平会显著提高。常用密码子适应指数 （Codon Adaption Index）来表示。 限制性酶切位点 限制性酶切位点需要根据实际情况进行排除， 以免与需要用到的酶切位点产生冲突， 影响重 组基因的操作。