Анализ использования кодонов в кодирующих последовательностях подсемейства Coronavirinae.

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

Тюлько Ж. С.,

Якименко В. В.

2020-11-30

https://doi.org/10.21055/preprints-3111914

Проведены анализ и сравнение особенностей использования синонимичных кодонов у вирусов подсемейства Coronavirinae родов Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus, Deltacoronavirus, в том числе у вирусов SARS-CoV-2 в открытых рамках считывания ORF1ab и ORF2. Для всех изучаемых кодирующих последовательностей рассчитывались показатели относительного использования синонимичных кодонов которые в дальнейшем использовались при проведении дискриминантного анализа для выявления характерных особенностей каждой изучаемой группы последовательностей. В результате были выявлены достоверные различия в использовании синонимичных кодонов, как разными родами, так и отдельными видами коронавирусов причем SARS-CoV-2 значительно дистанцируется от большинства других бетакоронавирусов. Показано, также, что коронавирусы летучих мышей и птиц, часто занимают промежуточное положение по отношению к видам, относящимся к разным родам коронавирусов.

Ссылка для цитирования:

Тюлько Ж. С., Якименко В. В. 2020. Анализ использования кодонов в кодирующих последовательностях подсемейства Coronavirinae. COVID19-PREPRINTS.MICROBE.RU. https://doi.org/10.21055/preprints-3111914

Список литературы

1. Львов Д.К., Щелканов М.Ю. Коронавирусы (Coronaviridae) // Руководство по вирусологии. Вирусы и вирусные инфекции человека и животных. М.: МИА, 2013. С. 211–218.

2. Бучацкий Л.П., Макаров В.В. Нидовирусы, ассоциированные с водными животными. Ветеринария сегодня. 2020; 2 (33): 115–121.

3. Cheng V.C., Lau S.K., Woo P.C., Yuen K.Y. Severe acute respiratory syndrome coronavirus as an agent of emerging and reemerging infection. Clin. Microbiol. Rev. 2007; 20(4):660-94. https://cmr.asm.org/content/20/4/660

4. Liu L., Fang Q., Fei Deng, Hanzhong Wang, Christopher E. Yi, Lei Ba, Wenjie Yu, Richard D. Lin, Taisheng Li, Hu Zh., Ho D.D., Zhang L., Chen Zh. Natural Mutations in the Receptor Binding Domain of Spike Glycoprotein Determine the Reactivity of Cross-Neutralization between Palm Civet Coronavirus and Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus. Journal of Virology. 2007; 81(9): 4694–4700.

5. Cotton M., Watson S.J., Kellam P., et al. Transmission and evolution of the Middle East respiratory syndrome coronavirus in Saudi Arabia: a descriptive genomic study. Lancet. 2013; 382: 1993–2002; https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61887-5

6. Reusken C.B., Raj V.S., Koopmans M.P., Haagmans B.L. (2016). Cross host transmission in the emergence of MERS coronavirus. Current opinion in virology. 2016; 16, 55–62. https://doi.org/10.1016/j.coviro.2016.01.004

7. Wang N, Li S.Y., Yang X.L., Huang H.M., Zhang Y.J., Guo H., Luo C.M., Miller M., Zhu G., Chmura A.A., Hagan E., Zhou J.H., Zhang Y.Z., Wang L.F., Daszak P., Shi Z.L. Serological Evidence of Bat SARS-Related Coronavirus Infection in Humans, China. Virol Sin. 2018; 33(1):104-107. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29500691/

8. Lai M.M.C., Baric R.S., Makino S., Keck J.G., Egbert J., Leibowitz J., Stohlman S.A. Recombination between Nonsegmented RNA Genomes of Murine Coronaviruses. Journal of Virology. 1985; 56(2):449-456. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC252599/

9. Lai M.M.C., Brayton P.R., Armen R.C., Patton C.D., Pugh C., Stohlman S.A. Mouse Hepatitis Virus A59: mRNA Structure and Genetic Localization of the Sequence Divergence from Hepatotropic Strain MHV-3. Journal оf Virology. 1981; 39(4):823-834. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC171315/

10. Yu W.-B., Tang G.-D., Zhang L., Corlett R.T. Decoding the evolution and transmissions of the novel pneumonia coronavirus (SARS-CoV-2) using the whole genomic data. Zoological Research. 2020; 41(3): 247−257. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7231477/

11. Zhao Zh., Li H., Wu X., Zhong Y., Zhang K., Zhang Y.-P., Boerwinkle E., Fu Y.-X. Moderate mutation rate in the SARS coronavirus genome and its implications. BMC Evolutionary Biology. 2004;4:21. http://www.biomedcentral.com/1471-2148/4/21

12. Yang Y, Liu C, Du L, Jiang S, Shi Z, Baric RS, Li F. Two mutations were critical for bat-to-human transmission of Middle East respiratory syndrome coronavirus. Journal оf Virology. 2015; 89:9119 –9123. https://jvi.asm.org/content/89/17/9119

13. Letko M., Miazgowicz K., McMinn R., Seifert S.N., Sola I., Enjuanes L., Carmody A., van Doremalen N., Munster V.. Adaptive Evolution of MERS-CoV to Species Variation in DPP4. Cell Rep. 2018; 24 (7):1730-1737.

14. Su Y.C.F., Anderson D.E., et all. Discovery and Genomic Characterization of a 382-Nucleotide Deletion in ORF7b and ORF8 during the Early Evolution of SARS-CoV-2. mBioJul. 2020;11 (4). https://mbio.asm.org/content/11/4/e01610-20

15. Roberts A., Deming D., Paddock C.D., Cheng A., Yount B., et al. A mouse-adapted SARS-coronavirus causes disease and mortality in BALB/c mice. PloSPathog. 2007; 3(1): e5. doi:10.1371/journal.ppat.0030005.

16. Kotlar, D., Lavner, Y. The action of selection on codon bias in the human genome is related to frequency, complexity, and chronology of amino acids. BMCGenomics 7, 67 (2006). https://doi.org/10.1186/1471-2164-7-67.

17. Dilucca M., Forcelloni S., Georgakilas A.G., Giansanti A., Pavlopoulou A. Codon Usage and Phenotypic Divergences of SARS-CoV-2 Genes. Viruses. 2020;12(5):498. doi:10.3390/v12050498.

18. Бутвиловский, А.В. Бутвиловский В.Э., Черноус Е.А. Изучение стратегии кодирования белков. Медицинский журнал. 2009; (2): 24-7.

19. Perriere, G., Thioulouse J. Use and misuse of correspondence analysis in codon usage studies. Nucleic Acids Research. 2002; 30(20): 4548-55. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC137129/

20. Якименко В.В., Тюлько Ж.С. Классификация флавивирусных геномов но результатам дискриминантного анализа показателей относительного использования синонимичных кодонов: информационно-методическое письмо. ООО Издательский центр «Омский научный вестник», 2015.-20 с.

21. Лукашев, В.В. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ / В.В. Лукашев. -М.: БИНОМ, 2009. -256 с.

22. Cardinale, D.J., DeRosa K., Duffy S. Base Composition and Translational Selection are Insufficient to Explain Codon Usage Bias in Plant Viruses.Viruses. 2013; 5(1):162-81. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3564115/

23. Woo P.C., Wang M., Lau S.K., et al. Comparative analysis of twelve genomes of three novel group 2c and group 2d coronaviruses reveals unique group and subgroup features. Journal оf Virology. 2007; 81(4):1574-1585. https://jvi.asm.org/content/81/4/1574

24. Drexler JF, Gloza-Rausch F, Glende J, et al. Genomic characterization of severe acute respiratory syndrome-related coronavirus in European bats and classification of coronaviruses based on partial RNA-dependent RNA polymerase gene sequences. Journal оf Virology. 2010; 84(21):11336-11349. https://jvi.asm.org/content/84/21/11336

25. Zhuang Q-Y, Wang K-C, Liu S, Hou G-Y, Jiang W-M, Wang S-C, et al. (2015) Genomic Analysis and Surveillance of the Coronavirus Dominant in Ducks in China. PLoS ONE 10(6): e0129256. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0129256

26. Zhuang Q., Liu S., Zhang X., et al. Surveillance and taxonomic analysis of the coronavirus dominant in pigeons in China. Transbound Emerg Dis. 2020; 67(5):1981-1990. https://doi.org/10.1111/tbed.13541

27. Lau S.K., Poon R.W., Wong B.H., et al. Coexistence of different genotypes in the same bat and serological characterization of Rousettus bat coronavirus HKU9 belonging to a novel Betacoronavirus subgroup. Journal оf Virology. 2010; 84(21):11385-11394. https://jvi.asm.org/content/84/21/11385

28. Lau S.K., Li K.S., Tsang A.K., et al. Recent transmission of a novel alphacoronavirus, bat coronavirus HKU10, from Leschenault'srousettes to pomona leaf-nosed bats: first evidence of interspecies transmission of coronavirus between bats of different suborders. Journal оf Virology. 2012; 86(21):11906-11918. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3486284/

29. Lam T.T., Jia N., Zhang Y.W., Shum M.H. et.al. Identifying SARS-CoV-2-related coronaviruses in Malayan pangolins. Nature. 2020 Jul; 583(7815):282-285. doi: 10.1038/s41586-020-2169-0.

30. Zhou P., Yang X.L., Wang X.G., et.al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020; 579 (7798):270-273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7.

31. Drummond, D.A., Raval A. , Wilke C.O. A single determinant dominates the rate of yeast protein evolution. Molecular Biology and Evolution. 2006; 23(2): 327–337. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16237209/

32. Ingvarsson P.K. Gene Expression and Protein Length Influence Codon Usage and Rates of Sequence Evolution in Populustremula //Molecular Biology and Evolution, Volume 24, Issue 3, March 2007, Pages 836–844.

33. Kahali B., Basak S., Ghosh T.C. Reinvestigating the codon and amino acid usage of S. cerevisiae genome: a new insight from protein secondary structure analysis// BiochemBiophys Res Commun. 2007;354(3):693-699.

34. Qin H., Wu W.B., Comeron J.M., Kreitman M., Li W.H. Intragenic spatial patterns of codon usage bias in prokaryotic and eukaryotic genomes. Genetics. 2004; 168(4):2245-2260.

35. Marais G, Piganeau G. Hill-Robertson interference is a minor determinant of variations in codon bias across Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans genomes. Molecular Biology and Evolution. 2002;19(9):1399-1406. https://academic.oup.com/mbe/article/23/2/327/1118974

36. Lu R., Zhao X., Li J., et. al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. Lancet. 2020; 22;395 (10224) :565-574. https://www.thelancet.com/article/S0140-6736(20)30251-8/fulltext

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ О ПРЕПРИНТЕ