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微生物的进化PPT课件

微生物的进化
最原始的生命
漫长的进化历程
千姿百态的生物种类
今天仍生存在地球上的生物种类, 彼此之间都有或远或近的历史渊源。
进化(evolution):生物与其生存环境相互作用过程中, 其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变,在大多 数情况下,导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。
系统发育(phylogeny):各类生物进化的历史。
虽然根据少量表型特征来推测各类微生物的亲缘 关系而提出的许多分类系统,都随着时间的推移 而不断地被否定了。
六、七十年代:
分析和比较生物大分子的结构特征,特别是 蛋白质、RNA和DNA这些反映生物基因组特征 的分子序列,作为判断各类微生物乃至所有
分子计时器(molecular cy clock)
1. 生物大分子作为进化标尺依据
蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化 速率相对恒定,也就是说,分子序列进化的改变量
(氨基酸或核苷酸替换数或替换百分率)与
分子进化的时间成正比。
a)在两群生物中,如果同一种分子的序列差异很大时,
------------进化距离远,进化过程中很早就分支了。 b)如果两群生物同一来源的大分子的序列基本相同,
b)按照生物系统发育相关性水平来分群归类,其目标 是探寻各种生物之间的进化关系,建立反映生物系 统发育的分类系统。
从进化论诞生以来,已经成生物学家普遍接受的分类原则
生物系统学(systematics)
第一节 进化的测量指征 一、进化指征的选择
70年代以前,生物类群间的亲缘关系判断的主要根据:
表型特征:
特征序列有助于迅速确定某种微生物的 分类归属,或建立新的分类单位。
3. 系统发育树(phylogenetic tree)
通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为 分子系统树,其特点是用一种树状分枝的图型来概括各 种(类)生物之间的亲缘关系。
分枝的末端和分枝的连结点称为结(node), 代表生物类群,分枝末端的结代表仍生存的种类。系 统树可能有时间比例,或者用两个结之间的分枝长度 变化来表示分子序列的差异数值。
原核生物
Eukarya(真核生物)
(1990,Carl Woese)
3)三(界)域生物的主要特征
三界理论虽然是根据16SrRNA序列的比较提出的, 但其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持 了三界生物的划分。
第二节 细菌分类
分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、 研究和利用各种微生物资源也必须对它们进行分类。
------------处在同一进化水平上。
2. 作为进化标尺的生物大分子的选择原则
1)在所需研究的种群范围内,它必须是普遍存在的。
2)在所有物种中该分子的功能是相同的。
3)为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区,要求所 选择的分子序列必须能严格线性排列,以便进行进 一步的分析比较。
4)分子上序列的改变(突变)频率应与进化的测量尺 度相适应。
形态结构、 生理生化、 行为习性,等等
少量的化石资料
原核生物的特点:
形体微小、
结构简单、
缺少有性繁殖过程,
化石资料凤毛麟角
根据形态学特征推断微生物之间的亲缘关系的缺点:
a)由于微生物可利用的形态特征少,很难把所有 生物放在同一水平上进行比较;
b)形态特征在不同类群中进化速度差异很大,仅 根据形态推断进化关系往往不准确;
16 S r RNA系统发育树
1)生命的第三种形式——古生菌
动物界和植物界 原核生物和真核生物(20世纪60年代)
界(Kingdom) 域(domain)
古细菌(archaebacteria) 真细菌(Eubacteria) 真核生物(Eukaryotes)
(1977,Carl Woese)
Bacteria(细菌) Archaea(古生菌)
大量的资料表明:功能重要的大分子、或者大分子中功能重要 的区域,比功能不重要的分子或分子区域进化变化速度低。
二、RNA作为进化的指征
16S rRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺”
1)rRNA具有重要且恒定的生理功能; 2)在16SrRNA分子中,既含有高度保守的序列区域,又有中度
保守和高度变化的序列区域,因而它适用于进化距离不同的 各类生物亲缘关系的研究; 3)16SrRNA分子量大小适中,便于序列分析; 4)rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%),也易于提取; 5)16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同 源分子是18SrRNA)。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。
分类(classification):根据生物特性的相似程度 将其分群归类。
地球上的物种估计大约有150万,其中微生物超过10万种, 而且其数目还在不断增加。
生物分类的二种基本原则:
a)根据表型(phenetic)特征的相似程度分群归类,这种 表型分类重在应用,不涉及生物进化或不以反映生 物亲缘关系为目标;
命名(nomenclature):是根据命名法规,给每一个分类群一个专有 的名称;
(分类系统建立过程中的步骤之一)
鉴定(identification或determination):借助于现有的微生物分类 系统,通过特征测定,确定未知的、或新发现的、或未明确分类 地位的微生物所应归属分类群的过程。
利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家
Carl Woese
三、rRNA和系统发育树
1. rRNA的顺序和进化 培养微生物
提取并纯化rRNA
rRNA序列测定
分析比较
微生物之间的系统发育关系
2. 特征序列或序列印记(signature sequence)
通过对r RNA全序列资料的分析比较(特别是采用 计算机)发现的在不同种群水平上的特异特征性寡 核苷酸序列,或在某些特定的序列位点上出现的单 碱基印记。
分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分:
分类、
命名、 鉴定
分类(classification):根据一定的原则(表型特征相似性或系统发育 相关性)对微生物进行分群归类,根据相似性或相关性水平排列成 系统,并对各个分类群的特征进行描述,以便查考和对未被分类的 微生物进行鉴定;
(根据现有数据建立系统的过程)
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