پیامدهای زیست محیطی سوگیری استفاده از کدون در Crocus sativus و تأثیر آن بر تعاملات پاتوژن میزبان

سوگیری استفاده از کدون (CUB) یک پدیده فراگیر است که در ژنوم همه موجودات زنده است. این به بیان ژن و سایر پیچیدگی های ژنتیکی در یک ژنوم ضربه می زند. مطالعه حاضر به توضیح الگوی استفاده از کدون در توالی کدکننده پروتئین Crocus sativus و ارتباط آن با بیان ژن می‌پردازد. تجزیه و تحلیل بیان ژن در C. sativus نشان داد که ژن‌های با بیان بالا در جایگاه سوم ترجیح پایه G دارند. CUB با بیان ژن رابطه معکوس داشت. توالی‌های کدکننده با تعداد کدون مؤثر (ENC) کمتر از 50 دارای ارزش قطعات در هر کیلو باز میلیون (FPKM) کم بودند در حالی که گروه بایاس کدون پایین ENC> 50 دارای ارزش FPKM بالایی بودند. مقادیر tAI پایین، کارایی ترجمه پایین ژن ها را در C. sativus نشان داد. پیش‌بینی‌کننده سطح بیان غیر قابل توجه مبتنی بر MILC (MELP) و آنالیز همبستگی ENC نشان داد که بیان ژن‌ها ممکن است با سوگیری استفاده از کدون مرتبط نباشد. نمودار ENC و PR-2 نشان داد که فشار جهش و انتخاب طبیعی در شکل‌دهی الگوهای استفاده از کدون نقش داشتند. با این حال، طرح خنثی به طور قطعی تسلط انتخاب طبیعی را در تنظیم پیکربندی کدون ها در همه گونه های انتخاب شده به تصویر کشید. علاوه بر این، نقش سوگیری استفاده از کدون در مورد تمایل پاتوژن های قارچی Aspergillus fumigatus، Fusarium oxysporum، Aspergillus niger و Aspergillus flavus نسبت به گیاه میزبان C. sativus نیز توضیح داده شده است. ما روند مشابهی را در استفاده از کدون در پاتوژن‌های گیاهی و قارچی یافتیم زیرا همه پاتوژن‌های قارچی و گیاه میزبان محتوای ژنومی غنی از GC مشابه و همچنین ترجیح کدون‌های انتهایی GC را در موقعیت کدون سوم نشان دادند. این همزمانی ممکن است برای کلونیزاسیون پاتوژن های قارچی در C. sativus نسبت داده شود. به طور کلی، شاخص های مختلف یک سوگیری کدون ضعیف در C. sativus و پاتوژن های مرتبط با آن را منعکس کردند.

Codon usage bias (CUB) is a ubiquitous phenomenon perseveres in genome of all the organisms. It impinges the gene expression and other genetic intricacies within a genome. The present study explains the pattern of codon usage in the protein coding sequence of Crocus sativus and its relation with gene expression. Gene expression analysis in C. sativus showed genes with high expression had a preference of G base at third position. CUB had an inverse relation with gene expression. Coding sequences with effective number of codons (ENC) < 50 had low Fragments Per Kilobase Million (FPKM) value while low codon bias group ENC >50 possessed high FPKM value. The low tAI values showed the low translation efficiency of genes in C. sativus. The non-significant MILC-based expression level predictor (MELP) and ENC correlation analysis suggested that expression of genes might not be associated with codon usage bias. ENC and PR-2 plot revealed mutation pressure and natural selection played role in shaping Codon usage patterns. However, neutrality plot conclusively depicted the dominance of natural selection in regulating the configuration of codons in all the selected species. In addition, the role of Codon usage bias regarding the predilection of fungal pathogens Aspergillus fumigatus, Fusarium oxysporum, Aspergillus niger and Aspergillus flavus towards host plant C. sativus has also been expounded. We found a similar trend of codon usage operative in plant and fungal pathogens as all the fungal pathogens and host plant showed similar GC rich genomic content as well as preference for GC ending codons at third codon position. This concurrence might be attributed for the colonization of fungal pathogens in C. sativus. Overall, different indices reflected a weak codon bias in the C. sativus, and its associated pathogens.