通用遺傳密碼包括;2種有義密碼子和:種終止密碼子，除了甲硫氨酸和色氨酸外，其它氨基酸都有同義密碼子，同義密碼子的偏愛已經(jīng)在不同物種的不同基因間進(jìn)行了研究 ，并有下列的結(jié)論和假設(shè)：密碼子使用是物種特異的；高表達(dá)基因偏愛使用的密碼子與豐度最高的同受體@$’A相應(yīng)；細(xì)菌和酵母的密碼子使用頻率不同于多細(xì)胞生物。其他的研究表明密碼子使用頻率受下列因素的影響：密碼子的上下游序列，,*含量，堿基對(duì)間鍵的強(qiáng)弱，翻譯的效率和忠實(shí)性，維持的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

這些研究多數(shù)集中在自養(yǎng)型生物或者某一物種之內(nèi)，對(duì)于寄生生物如病毒以及不同物種之間的比較研究，尤其是病毒和哺乳動(dòng)物細(xì)胞之間的比較研究進(jìn)行的較少。相對(duì)于自養(yǎng)生物而言，病毒的密碼子研究要薄弱了許多。病毒的序列相對(duì)簡(jiǎn)單，在序列測(cè)定過程中獲得的累計(jì)密碼子使用頻率的數(shù)據(jù)收錄在*F#,數(shù)據(jù)庫中<;?，這些資料對(duì)病毒的研究起了重要的推動(dòng)作用，但是它也掩蓋了某些病毒內(nèi)部密碼子使用差別的重要意義。尤其對(duì)于某些D’A病毒如痘病毒、單皰病毒、"(.等，它們的生活周期比較復(fù)雜，基因組比較大，不同基因之間具有很大的變異，在不同的表達(dá)時(shí)相、不同的功能、不同的位置的基因之間密碼子使用頻率是否具有差別，以及這種差別的意義都缺乏足夠的研究。而同一科的$’A病毒變異較大，缺乏對(duì)它們之間的橫向比較研究?？傮w上來說，在不同病毒中堿基組成和密碼子使用頻率上的差別以及造成這種差別的原因都是尚未解決的問題。因此闡明病毒的密碼子使用規(guī)律，在病毒的進(jìn)化、基因預(yù)測(cè)、基因分類、設(shè)計(jì)高效表達(dá)的基因和高效表達(dá)的病毒載體，理解病毒和宿主細(xì)胞的相互作用關(guān)系上都有重要的意義。本文就病毒密碼子使用頻率的研究作一簡(jiǎn)要的綜述。

2病毒密碼子使用頻率具有自身的特點(diǎn)

病毒是相對(duì)簡(jiǎn)單的生物，但它的密碼子使用特點(diǎn)和意義并沒有被完全闡明。近些年的研究表明：!根據(jù)桿狀病毒多角體蛋白的密碼子使用頻率（http://www./tools/codon-usage-calculator.html）來改造人的G",H基因，可以在桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)中獲得豐富的蛋白<2>?；"+I.的!2和!8的表達(dá)依賴于病毒密碼子和宿主細(xì)胞@$’A的匹配<2J?；#采用哺乳動(dòng)物細(xì)胞偏愛的密碼子修飾的+&.基因，如!"# 、$%$，不僅可以增加表達(dá)量，而且可以誘導(dǎo)較強(qiáng)的免疫反應(yīng)<2B=8C?；$噬菌體基因和其宿主細(xì)菌基因的密碼子使用差別程度不同，密碼子的使用與D’A聚合酶，基因的功能，核苷酸的超突變和密碼子的前后序列相關(guān)<8;=:3?；%某些病毒的基因產(chǎn)物可以替代宿主細(xì)胞蛋白合成機(jī)器的某些成分，以幫助病毒克服存在于病毒和細(xì)胞之間的密碼子使用屏障<:C?。我們的研究也表明，不同病毒具有不同的密碼子使用特點(diǎn)，如痘苗病毒和+I.偏愛使用以A E F結(jié)尾的密碼子，腺病毒偏愛使用! " #為結(jié)尾的密碼子；多數(shù)病毒的早期基因或者調(diào)控基因和宿主細(xì)胞密碼子使用類型相似，而晚期基因或者結(jié)構(gòu)蛋白的基因和宿主細(xì)胞的密碼子使用類型差別較大，但這種差別程度因病毒的不同而不同$%&，%’(。這些研究表明病毒的密碼子足以影響病毒基因的表達(dá)，并且提示了密碼子偏愛可能參與病毒和宿主細(xì)胞相互作用，同樣提示病毒載體的密碼子偏嗜可能是限制外源基因在病毒載體中表達(dá)的一個(gè)因素。

)影響病毒密碼子使用頻率的因素

對(duì)大腸桿菌和酵母的研究表明，影響密碼子使用頻率的主要因素是選擇和突變。盡管對(duì)病毒的密碼子的研究很少，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)物病毒的密碼子使用頻率和病毒特異的核苷酸壓力，寄生的宿主，基因的位置，基因的表達(dá)時(shí)相有關(guān) $%*+,)(，但影響病毒密碼子使用頻率的因素比較復(fù)雜，還沒有完全闡明。 )-. 復(fù)制機(jī)器的影響

有些病毒的!#含量和密碼子使用不同于宿主，許多皰疹病毒具有較為穩(wěn)定!#含量，甚至比宿主細(xì)胞高)/0。由于遺傳密碼的兼并性和每個(gè)復(fù)制周期.1+/2.1+’的突變率，病毒基因組能夠在較短的進(jìn)化時(shí)間內(nèi)，很容易就接近其宿主細(xì)胞的!#含量，而且由于密碼子的兼并性，它可以在不改變病毒氨基酸序列而作到這一點(diǎn)，因而必然存在選擇壓力，維持病毒!#含量不同于宿主細(xì)胞。目前解釋這種現(xiàn)象的一個(gè)重要推論是復(fù)制機(jī)器推論。這種推論認(rèn)為病毒尤其是345病毒的!#含量受到345聚合酶和病毒345復(fù)制機(jī)器的影響。許多的345病毒編碼自身的345聚合酶，它們可以具有特征性的錯(cuò)誤頻率，有些甚至系統(tǒng)的導(dǎo)致某些特定類型的錯(cuò)誤（如56到!#）。當(dāng)聚合酶或者復(fù)制叉，由病毒的蛋白組成時(shí)，有利于!#豐富的序列復(fù)制，導(dǎo)致全面的病毒!#含量增加。如789的!#含量為/:0，其7845+.和7845+)基因中存在類似!!5+!#5和###+##5+

##5這樣的連接體序列，表明789中存在這種情況。這樣病毒的復(fù)制機(jī)器控制病毒!#含量，在復(fù)制中它們的聚合酶引進(jìn)偏嗜，并得以在進(jìn)化中保留下來。

復(fù)制機(jī)器的推論預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單的病毒，具有較小的基因組和較少的病毒基因參與345復(fù)制，其!#含量接近宿主細(xì)胞，這已經(jīng)得到了證實(shí)，如細(xì)小病毒和乳多空病毒兩種345病毒不編碼345聚合酶（但具有自身的起始蛋白），前者的!#含量為,.02/%0，而后者為,.02,:0，和宿主,)0的!#含量相近。

對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究也表明逆轉(zhuǎn)錄酶決定了病毒的基因組構(gòu)成。比如堿基組成不同的逆轉(zhuǎn)錄病毒，具有不同的保守的核苷酸標(biāo)簽，正鏈的;45病毒如<=9含有較多的5，而<6>9則含有較多的#，其他的逆轉(zhuǎn)錄病毒含有較多的?或者!，這些偏愛的堿基組成很可能是由逆轉(zhuǎn)錄酶所造成的壓力所決定的。這些典型的核苷酸偏愛，直接影響著逆轉(zhuǎn)錄病毒的密碼子使用并間接影響氨基酸的使用$%*(。 )-) 宿主的影響影響

病毒密碼子使用的另一重要因素是宿主的影響。病毒是專性寄生生物，在和宿主免疫系統(tǒng)的拮抗過程中發(fā)展了一套針對(duì)宿主細(xì)胞的免疫逃避機(jī)制。其中為了減少了對(duì)宿主免疫系統(tǒng)的刺激，明顯的降低了#@!二核苷酸序列的使用頻率。在7779（東部馬腦脊髓炎病毒）、A779（西部馬腦脊髓炎病毒）和其他甲病毒及類似的植物病毒中，含有#@!的密碼子使用頻率均略低，這表明了低含量的#@!是病毒對(duì)在脊椎動(dòng)物中復(fù)制的一種適應(yīng)$,%(。這種哺乳動(dòng)物和病毒的345序列中#@!二核苷酸序列的低使用頻率的壓力影響了病毒的密碼子使用。#@!低使用頻率的原因主要有兩個(gè)：!二核苷酸是#堿基甲基化的信號(hào)，#的甲基化導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平降低，突變頻率增高，這樣當(dāng)B#5、B#6、B##、B#!編碼同一氨基酸時(shí)，在#后為5、6或#比!更有利；"#@!二核苷酸序列還可以刺激宿主的免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致宿主對(duì)這些生物的免疫應(yīng)答$,,(。因此，減少使用含#@!二核苷酸序列的密碼子有利于病毒的生存。

病毒和宿主的免疫系統(tǒng)拮抗對(duì)密碼子的使用的影響不僅表現(xiàn)在低的#@!二核苷酸序列上，也表現(xiàn)在某些密碼子的異常選擇上。如<=9.的!"# 的可變區(qū)具有不同尋常的密碼子使用頻率，其中556、5#6和5!6占所有密碼子的’10以上，推測(cè)是556三堿基插入后，點(diǎn)突變和選擇的共同作用導(dǎo)致形成新的4+糖苷鍵和5C@、DEF和6GF位點(diǎn)，以幫助病毒逃脫中和抗體對(duì)病毒的免疫壓力$,/(。<HIJKL研究作用在MN39（口蹄疫病毒）衣殼蛋白基因的選擇壓力作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，多數(shù)密碼子是受到從溫和到強(qiáng)烈的去除選擇（@OFPQIPLR CESETUPKL）的影響，導(dǎo)致逃逸突變的出現(xiàn)，表明在與免疫系統(tǒng)相互作用中，選擇有利于抗原突變株的出現(xiàn)，受到正向選擇的密碼子的氨基酸序列被具有類似物理化學(xué)性質(zhì)的氨基酸替代將有利的選擇傳遞下來$,&(。

VELWPLC研究了以不同節(jié)肢動(dòng)物為中間宿主的黃病毒的堿基組成和密碼子偏愛，與虱子傳播相關(guān)的黃病毒的!#含量顯著低于無中間宿主傳播的（LKL+XETUKF+YKFLE）病毒，這種差別在所有的氨基酸和密碼子位置上都存在，蚊子來源的黃病毒!#含量中等，但同上述兩類病毒沒有顯著性差別。在所有的黃病毒中，二核苷酸偏愛和密碼子的使用獨(dú)立于堿基組成，但并不與節(jié)肢動(dòng)物的關(guān)系共變，然而這些偏愛的效果是微弱的，表明同義位點(diǎn)的選擇壓力較小。對(duì)其他病毒的堿基組成，密碼子使用和載體特征研究也表明可能存在堿基組成和載體特征之間的相關(guān)，這些偏愛不同于病毒本身的密碼子$%:(。 )-% 基因的特點(diǎn)

病毒基因本身的特點(diǎn)，如在基因組中的位置和表達(dá)水平也影響到密碼子的使用。許多病毒具有眾多的重疊基因，可以在同一345區(qū)域內(nèi)編碼功能不相關(guān)的基因。ZHXECP分析了真核和原核病毒位于重疊編碼區(qū)內(nèi)基因的密碼子使用頻率，發(fā)現(xiàn)存在兩種類型，與非重疊區(qū)的基因相比，大腸桿菌噬菌體、禽乙肝病毒、人類慢病毒和植物黃矮病毒組家族中，重疊區(qū)的堿基組成較為一致，堿基次序受到較多的限制，重疊區(qū)和非重疊區(qū)的密碼子使用頻率相關(guān)性較低。而在植物的UK[KXPFOC中，兩者的相關(guān)性較大，表明重疊區(qū)的編碼框架精確的適應(yīng)原初的密碼子選擇。同時(shí)發(fā)現(xiàn)重疊區(qū)基因的具有較高兼并性的氨基酸頻率增加（5FR、>IC、DEF），因而可以擴(kuò)展其編碼能力以獲得新的特定的功能$,.(。

有的研究表明基因的表達(dá)水平對(duì)于密碼子的使用也有影響。低表達(dá)的基因采用特定的密碼子來調(diào)節(jié)翻譯速率，防止對(duì)細(xì)胞的提前裂解，如噬菌體的"和;基因，!<2=3的密碼子使用頻率適應(yīng)宿主的翻譯機(jī)器。但是也有一些研究認(rèn)為這些因素并不明顯，如#5>>?66@6發(fā)現(xiàn)盡管$AB@005病毒的衣殼蛋白的密碼子顯著不同于宿主細(xì)胞的密碼子，但是其體外翻譯的速率并沒有什么異常C3=D。

,/AE發(fā)現(xiàn)在腸桿菌中，第三位的堿基與上游毗鄰密碼子的第三位和下游密碼子的三個(gè)位置都有關(guān)。質(zhì)?；驔]有前后序列的偏愛，噬菌體基因具有很大的異質(zhì)性，F(xiàn)%8沒有偏愛性，但是!5GBH5部分和宿主的趨勢(shì)一致，#=偏愛的前后序列不同于宿主。在大腸桿菌中，連續(xù)的兩個(gè)密碼子第三位連續(xù)的出現(xiàn)兩個(gè)嘌呤或者嘧啶通常低表達(dá)，考慮到密碼子使用和蛋白序列的作用，他認(rèn)為表明上述的有利的密碼子類型并不是弱表達(dá)基因的特點(diǎn)，而是存在于所有的密碼子前后序列變化較大的基因中。連續(xù)的第三位密碼子的相關(guān)是大腸桿菌和某些噬菌體的特征，可能是基因結(jié)構(gòu)適應(yīng)翻譯優(yōu)化的結(jié)果C:3D。

密碼子使用頻率的原因是多種多樣的，上述結(jié)果有助于我們理解病毒密碼子的偏愛。我們研究表明，多數(shù)病毒的密碼子使用頻率和堿基的偏向相關(guān)，某些選擇因素，如在IJ. 中基因的表達(dá)時(shí)相、流感病毒中基因的表達(dá)水平是比較明顯的影響病毒密碼子選擇的因素，而在不同病毒中還存在一些次要的影響因素，如+K.和+&.基因所編碼的蛋白的疏水性C:=D。由于病毒的特殊生存方式，需要綜合考慮病毒和宿主的因素以更好的闡明影響病毒密碼子使用的因素。