Dissimilation of synonymous codon usage bias in virus–host coevolution due to translational selection

生物 密码子使用偏好性 基因 遗传学 寄主(生物学) 共同进化 自然选择 计算生物学 选择(遗传算法) 进化生物学 基因组 计算机科学 人工智能
作者
Feng Chen,Peng Wu,Shuyun Deng,Heng Zhang,Yutong Hou,Zheng Hu,Jianzhi Zhang,Xiaoshu Chen,Jian-Rong Yang
出处
期刊:Nature Ecology and Evolution [Springer Nature]
卷期号:4 (4): 589-600 被引量:91
标识
DOI:10.1038/s41559-020-1124-7
摘要

Eighteen of the 20 amino acids are each encoded by more than one synonymous codon. Due to differential transfer RNA supply within the cell, synonymous codons are not used with equal frequency, a phenomenon termed codon usage bias (CUB). Previous studies have demonstrated that CUB of endogenous genes trans-regulates the translational efficiency of other genes. We hypothesized similar effects for CUB of exogenous genes on host translation, and tested it in the case of viral infection, a common form of naturally occurring exogenous gene translation. We analysed public Ribo-Seq datasets from virus-infected yeast and human cells and showed that virus CUB trans-regulated tRNA availability, and therefore the relative decoding time of codons. Manipulative experiments in yeast using 37 synonymous fluorescent proteins confirmed that an exogenous gene with CUB more similar to that of the host would apply decreased translational load on the host per unit of expression, whereas expression of the exogenous gene was elevated. The combination of these two effects was that exogenous genes with CUB overly similar to that of the host severely impeded host translation. Finally, using a manually curated list of viruses and natural and symptomatic hosts, we found that virus CUB tended to be more similar to that of symptomatic hosts than that of natural hosts, supporting a general deleterious effect of excessive CUB similarity between virus and host. Our work revealed repulsion between virus and host CUBs when they are overly similar, a previously unrecognized complexity in the coevolution of virus and host.
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