The Middle East Respiratory Syndrome (MERS) is an emerging disease caused by a recently identified human coronavirus (CoV). Over 2494 laboratory-confirmed cases and 858 MERS-related deaths have been reported from 27 countries. MERS-CoV has been associated with a high case fatality rate, especially in patients with pre-existing conditions. Despite the fatal nature of MERS-CoV infection, a comprehensive study to explore its evolution and adaptation in different hosts is lacking. We performed codon usage analyses on 4751 MERS-CoV genes and determined underlying forces that affect the codon usage bias in the MERS-CoV genome. The current analyses revealed a low but highly conserved, gene-specific codon usage bias in the MERS-CoV genome. The codon usage bias is mainly shaped by natural selection, while mutational pressure emerged as a minor factor affecting codon usage in some genes. Other contributory factors included CpG dinucleotide bias, physical and chemical properties of encoded proteins and gene length. Results reported in this study provide considerable insights into the molecular evaluation of MERS-CoV and could serve as a theoretical basis for optimizing MERS-CoV gene expression to study the functional relevance of various MERS-CoV proteins. Alternatively, an attenuated vaccine strain containing hundreds of silent mutations could be engineered. Codon de-optimization will not affect the amino acid sequence or antigenicity of a vaccine strain, but the sheer number of mutations would make viral reversion to a virulent phenotype extremely unlikely.

中东呼吸综合症（MERS）是由最近发现的人类冠状病毒（CoV）引起的一种新兴疾病。据报道，来自27个国家的2494例实验室确诊病例和858例与MERS相关的死亡。MERS-CoV与高病死率相关，尤其是在已有疾病的患者中。尽管MERS-CoV感染具有致命性质，但缺乏全面的研究来探索其在不同宿主中的进化和适应性。我们对4751个MERS-CoV基因进行了密码子使用分析，并确定了影响MERS-CoV基因组中密码子使用偏倚的潜在作用力。目前的分析显示，MERS-CoV基因组中的密码子使用偏倚低但高度保守。密码子使用偏好主要由自然选择决定，而突变压力是影响某些基因密码子使用的次要因素。其他促成因素包括CpG二核苷酸偏倚，编码蛋白的物理和化学性质以及基因长度。这项研究报告的结果为MERS-CoV的分子评估提供了可观的见解，并可作为优化MERS-CoV基因表达以研究各种MERS-CoV蛋白的功能相关性的理论基础。或者，可以设计包含数百个沉默突变的减毒疫苗株。密码子去最优化不会影响疫苗株的氨基酸序列或抗原性，但是突变的绝对数量将使病毒逆转为强毒表型的可能性极小。其他促成因素包括CpG二核苷酸偏倚，编码蛋白的物理和化学性质以及基因长度。这项研究报告的结果为MERS-CoV的分子评估提供了可观的见解，并可作为优化MERS-CoV基因表达以研究各种MERS-CoV蛋白的功能相关性的理论基础。或者，可以设计包含数百个沉默突变的减毒疫苗株。密码子去最优化不会影响疫苗株的氨基酸序列或抗原性，但是突变的绝对数量将使病毒逆转为强毒表型的可能性极小。其他促成因素包括CpG二核苷酸偏差，编码蛋白质的物理和化学性质以及基因长度。这项研究报告的结果为MERS-CoV的分子评估提供了可观的见解，并可作为优化MERS-CoV基因表达以研究各种MERS-CoV蛋白的功能相关性的理论基础。或者，可以设计包含数百个沉默突变的减毒疫苗株。密码子去最优化不会影响疫苗株的氨基酸序列或抗原性，但是突变的绝对数量将使病毒逆转为强毒表型的可能性极小。这项研究报告的结果为MERS-CoV的分子评估提供了可观的见解，并可作为优化MERS-CoV基因表达以研究各种MERS-CoV蛋白的功能相关性的理论基础。或者，可以设计包含数百个沉默突变的减毒疫苗株。密码子去最优化不会影响疫苗株的氨基酸序列或抗原性，但是突变的绝对数量将使病毒逆转为强毒表型的可能性极小。这项研究报告的结果为MERS-CoV的分子评估提供了可观的见解，并可作为优化MERS-CoV基因表达以研究各种MERS-CoV蛋白的功能相关性的理论基础。或者，可以设计包含数百个沉默突变的减毒疫苗株。密码子去最优化不会影响疫苗株的氨基酸序列或抗原性，但是突变的绝对数量将使病毒逆转为强毒表型的可能性极小。