遺伝コードの読み物にぐらつきと超うらつきの貢献

細菌ゲノムの減少と細胞オルガネラ（葉緑体とミトコンドリア）のほとんどのゲノムは、従来のぐらつき規則に従って遺伝コードのすべてのトリプレットを読むために必要な32のtRNA種の完全なセットをコードしません。抗コドンのぐらつき位置にウリジンを含む単一のtRNA種が、4倍の縮退コドンボックス全体を読み取るスーパーウォーブルは、tRNAセットをどのように減らすことができるかの可能なメカニズムとして示唆されています。ただし、スーパーウォーブルの一般的な実現可能性とさまざまなコドンボックスの効率性は不明のままです。ここでは、典型的な原核生物の遺伝的系である色素体ゲノムにおけるデコードルールの完全な実験的評価を報告します。TRNA種のペアのためのトランスプラストミクスノックアウト変異体の大規模なセットを構築することにより、理論的に可能なすべてのコドンボックスでスーパーウォーブリングが発生することを示します。移植変異体植物の表現型の特性評価により、超角質の効率はコドンのボックス依存的に異なることが明らかになりましたが、以前の提案と対照的な - コドン・アニストン相互作用に従事する水素結合の数とは無関係です。最後に、我々のデータは、25のtRNA種を含む最小tRNAセットの実験的証拠を提供します。これは、以前に提案されたよりも低い数です。我々の結果は、第3コドンの位置にピリミジンを含むすべてのトリプレットが二重に解読されていることを示しています：標準的な塩基のペアリングまたはぐらつきを利用するtRNA種によって、およびスーパーウォービングを使用する2番目のtRNA種によって。これは、遺伝コードの解釈に重要な意味を持ち、最小サイズの翻訳装置で合成ゲノムの構築を支援します。

Reduced bacterial genomes and most genomes of cell organelles (chloroplasts and mitochondria) do not encode the full set of 32 tRNA species required to read all triplets of the genetic code according to the conventional wobble rules. Superwobbling, in which a single tRNA species that contains a uridine in the wobble position of the anticodon reads an entire four-fold degenerate codon box, has been suggested as a possible mechanism for how tRNA sets can be reduced. However, the general feasibility of superwobbling and its efficiency in the various codon boxes have remained unknown. Here we report a complete experimental assessment of the decoding rules in a typical prokaryotic genetic system, the plastid genome. By constructing a large set of transplastomic knock-out mutants for pairs of isoaccepting tRNA species, we show that superwobbling occurs in all codon boxes where it is theoretically possible. Phenotypic characterization of the transplastomic mutant plants revealed that the efficiency of superwobbling varies in a codon box-dependent manner, but--contrary to previous suggestions--it is independent of the number of hydrogen bonds engaged in codon-anticodon interaction. Finally, our data provide experimental evidence of the minimum tRNA set comprising 25 tRNA species, a number lower than previously suggested. Our results demonstrate that all triplets with pyrimidines in third codon position are dually decoded: by a tRNA species utilizing standard base pairing or wobbling and by a second tRNA species employing superwobbling. This has important implications for the interpretation of the genetic code and will aid the construction of synthetic genomes with a minimum-size translational apparatus.