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量化进化的方法——进化计时器

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IP属地:河南来自Android客户端1楼2021-09-29 09:07回复
    当人们谈论到生物进化时往往想到的是动物和植物,即使是进化方面的教科书,也是大篇幅地讨论动物进化与植物发育,很少提及微生物,特别是原核生物。之所以出现这种情况是因为20世纪70年代以前生物类群间的亲缘关系主要是根据生物的形态结构、生理生化特性、行为习性等表型特征,以及少量的化石资料想达的。正如我们所知,原核生物形体微小、结构简单,缺少有性繁殖过程以及贫乏化石资料,尽管早期生物分类学家根据有限的表型特征来推测各类微生物的亲缘关系而提出过多种分类系统。但随着时间的视环落地被否定了。人们一直在探讨能真实记录生物进化历程的计时器,用以深入研究生物互之间的亲缘关系与进化过程。


    IP属地:河南来自Android客户端2楼2021-09-29 09:08
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      20世纪30年代,美国著名的微生物学家Niel意识到“ 微生物学中细菌分类的关键没有被找到”。他们试图通过细菌的形态特征和代谢特性找到分类的关键,经过很长时间的研究终究没有得到预期的结果;也有人试图仅通过测定生物蛋白质的氨基酸序列来确定生物的进化关系,也没有成功。可见,要找到能反映生物在漫长进化历程中的计时器并非易事。
      作为生物进化计时器应满足相应的条件:①准确记录生物进化的过程。②计时器分子在生物的演变过程要有变化,而这种变化是随机的。③变化的比例与生物进化的距离一致。④计时器要有足够的信息。20世纪70年代是分子生物学的早期阶段,人们对核酸和蛋白质分子很感兴趣。研究表明蛋白质、RNA和DNA序列进化速率相对恒定(也有研究发现少数蛋白质分子进化速率不恒定)。这些分子序列进化的改变量与分子进化的时间成正相关。1965 年,Zuckerkandl 等首先提出基因序列作为分子钟( molecular clock )解密生物系统发育的关系。可见,核酸分子已具备作为生物进化的分子计时器( molecular chronometer )的条件。


      IP属地:河南来自Android客户端3楼2021-09-29 09:08
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        虽然蛋白质、RNA和DNA等生物大分子均可提供生物进化的信息,但并不等于所有这些大分子都能适合生物系统发育的研究。大量的研究表明,在生物大分子中最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA基因,尤其是16S rRNA基因(真核生物为18S rRNA基因)。16S rRNA基因之所以被公认是一把好的谱系分析“分子尺”,这是因为:①16S rRNA基因在生物中具有高度的稳定性,其二级结构中含有9个高度保守区和15个中度保守区。②在不同的生物中16S rRNA基因以不同的速率发生变化;这样可以测定生物的进化距离。③16S rRNA基因分子大小适中。在5S rRNA、16S rRNA和23S rRNA三种核酸分子中,sS rRNA约,120 bp,虽然它也可以作为一-种信息分子,但信息量小,应用上受很大限制; 23S rRNA基因虽然蕴藏着大量的信息,.但由于DNA分子较大(约2: 906 bp),,当时的技术水平测定该序列难度较大;而16S rRNA约1500bp(真核生物18SrRNA基因约1800bp);含有比较各类生物的信息量,大小适中。④16SrRNA基因可以进行序列测定与分析。⑤它在生物细胞中的含量高,约占细胞中RNA的90%,而且很容易分离纯化。
        20世纪70年代前,生物进化的研究之所以没有取得突破性进展,重要原因就是没有找到一把可以测量所有生物进化关系的尺子。美国学者伍斯(Carl Woese)虽当时不是毕业于生物学科,但是他有从事核糖体研究的经历,他就是利用这把尺子进行了开拓性的研究,1970 年发现了生命的第三种形式———古细菌( Arehabacteria), 1977 年提出了著名的三域( domain )概念。


        IP属地:河南来自Android客户端4楼2021-09-29 09:08
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          自Woese的三域概念得到认可后用16SrRNA ( 18S rRNA )基因序列研究生物的进化、物种的分类轻定愈来愈受到注规。已成为微生物系统学的核心内容。165 rRNA ( 18S rRNA)基因序列测定和分析方群两种:寡核苷酸编目法和全序列分析法。


          IP属地:河南来自Android客户端5楼2021-09-29 09:09
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            寡核苷酸编目法较为复杂。将纯化的16SrRNA用核糖核酸酶水解成片段,共用同位素体外标记(也可在培养微生物物时进行活体标记),然后用双向电泳层析分离这些片段,用放射自显影技术确定不同长度的寡核苷酸斑点在电泳图谱中的位置,最后确定寡核苷酸序列。对于不能确定序列的较大DNA片段,需切下班点,再用不同核苷酸酶或水解酶进行二级分析,有的可能还要进行三级分析,直至弄清其序列为止。再将几个或更多的核苷酸片段按照不同的长度进行编目。微生物序列编目完整后再将其与另外生物的序列进行分析比较,采用相似性系数法和序列印迹法确定微生物之间的亲缘关系。
            相似性系数法是通过计算相似性系数SAB值来确定微生物之间的关系。如果SAB等于1,说明所比较的两个菌株16S rRNA基因序列相同,其亲缘关系最近;若SAB值小于0.1,表明两个菌株亲缘关系很远。
            序列印迹法则是通过序列比较发现某些序列仅为某种(群)微生物所特有的序列,即为该种(群)微生物的印迹序列(signaure spmenee )。印迹序列通常出现在某一特定系统发育群的全部成员或绝大多数成员中。可以作为该系统发育群的标志。印迹序列对于把微生物归人适当的类群或用来制备核险探针鉴定微生物等均具有重要意义。Woese发现古细菌,以及相继提出的三城概念就是采用寡核苷酸编目法和序列印造法对大量的微生物进行分析比较的基础上提出的。




            IP属地:河南来自Android客户端6楼2021-09-29 09:11
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              全序列分析法过于繁杂,此贴不予讲述


              IP属地:河南来自Android客户端8楼2021-09-29 09:12
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                楼上的神棍已处理


                IP属地:马来西亚来自Android客户端12楼2021-10-02 10:58
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                  姐姐真棒


                  IP属地:安徽来自Android客户端13楼2021-10-09 07:24
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                    裹臭肠衣一样


                    IP属地:湖北来自Android客户端14楼2021-10-17 16:47
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                      RNA比DNA更容易变异的原因应该是五碳糖上2'3'都是一个氢一个氧,在双链情况下容易滑动,碱基容易错位吧


                      IP属地:辽宁来自Android客户端15楼2024-01-08 22:32
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