微生物的进化系统发育分类精选PPT.ppt
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1、关于微生物的进化系统发育分类第1页,讲稿共52张,创作于星期日第一节进化的测量指征第一节进化的测量指征高等动植物判断亲缘关系:形态结构、生理生化、行为习性等表型特征,少量的化石资料微生物:形体微小、结构简单、缺少有性繁殖过程,依靠表型特征无法测量其系统发育进化指征的选择进化指征的选择:微生物的系统发育,主要是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生物进化关系的主要指征蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对恒定第2页,讲稿共52张,创作于星期日合适的指征大分子合适的指征大分子1、必须普遍存在于所
2、研究的各个生物类群中 2、在各种生物中功能同源的大分子 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、根据所比较的各类生物之间的进化距离来选择适当的分子序列(选择进化速率低的分子序列)第3页,讲稿共52张,创作于星期日1、rRNA参予生物蛋白质的合成过程,其功能是任何生物都必不可少的,而且在生物进化的漫长历程中,其功能保持不变2、在16SrRNA分子中(系谱分析的分子尺,古化石),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
3、分析.(5S16S23S,120个核苷酸15402900)4、rRNA普遍存在于真核生物和原核生物中,且占总RNA的90%,便于提取(伍斯)。rRNA作为进化的分子指征依据作为进化的分子指征依据第4页,讲稿共52张,创作于星期日rRNA序列测定和分析方法1 1、寡核苷酸编目分析法、寡核苷酸编目分析法-30%-30%序列,发序列,发现古生菌现古生菌 (1)16SrRNA提取-T1核酸酶水解-同位素标记-电泳分离、放射自显影技术、电泳图谱,确定寡核苷酸分子序列 相似性系数法和序列印记法比较亲缘关系相似性系数法:通过计算相似性系数SAB值来确定微生物之间的关系(SAB=2NAB/(NA+NB)序列印
4、记法:通过序列比较后,若发现某些序列仅为某种(群)微生物所特有,这些序列即可作为该种(群)微生物的印记序列印记序列第5页,讲稿共52张,创作于星期日电泳的原理电泳的原理序列印记序列印记通常出现在某一特定系统发育群的全部成员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。或绝大多数成员。20世纪世纪70年代末,生命分为三界的理论,就是采用年代末,生命分为三界的理论,就是采用寡核苷酸编目分析法对大量微生物分析比较后提出寡核苷酸编目分析法对大量微生物分析比较后提出来的来的第6页,讲稿共52张,创作于星期日古生菌、细菌和真核生物的16S(18S)RNA的印记序列2 2、全序列分析法、全序列分析法
5、 用反转录酶和双脱氧序列分析,可以对未经纯化的rRNA抽提物进行直接的序列测定第7页,讲稿共52张,创作于星期日双脱氧核苷终止法测定全序列第8页,讲稿共52张,创作于星期日系统发育树系统发育树无根树:无根树:只是简单表示生物类群之间的系统发育关系,并只是简单表示生物类群之间的系统发育关系,并不反映进不反映进化途径化途径有根树有根树:不仅表示出不仅表示出A A、B B、C C、D D的的亲疏亲疏,而且反,而且反映出它们有共同的映出它们有共同的起源及起源及进化方向进化方向系统发育树系统发育树-在研究生物进化和系统分类中,常用一种树状分在研究生物进化和系统分类中,常用一种树状分枝的图型来概括各种枝的
6、图型来概括各种(类类)生物之间的亲缘关系,这种树状分枝的生物之间的亲缘关系,这种树状分枝的图型被称为图型被称为系统发育树系统发育树(phylogenetic tree)(phylogenetic tree),简称系统树,简称系统树 第9页,讲稿共52张,创作于星期日全生命系统树(Olsen和Woese1993)基因组系列研究表明:在域内和域间存在广泛的基因水平转移,及真核生物拥有来自细菌或古生菌的基因,两域之间也有频繁的基因交换。甚至细菌也可从真核生物域获得基因。第10页,讲稿共52张,创作于星期日三界生物的主要特征三界生物的主要特征第11页,讲稿共52张,创作于星期日伍斯:用寡核苷酸序列编目
7、分析法伍斯:用寡核苷酸序列编目分析法三界三界(域域):Bacteria(Bacteria(细菌细菌)、Archaea(Archaea(古生菌古生菌)和和EukaryaEukarya(真核生物真核生物)第12页,讲稿共52张,创作于星期日第二节细菌分类第二节细菌分类分类分类(classification)是根据一定的原则(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,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命名命名(nomenclature)是根据命名法规,给每一个分类群一个专有的名称鉴定鉴定(identification或determination
8、)则是指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第13页,讲稿共52张,创作于星期日七级分类单元界界Kingdom(Regnum)门门Phylum(phybum)纲纲Class(Classis)目目Order(Ordo)科科Family(Familia)属属Gennus(Genus)种种Species(Species)“亚亚”、“超超”、“族族”辅助单辅助单元元分类单元及其等级分类单元及其等级第14页,讲稿共52张,创作于星期日分类单元及其等级分类单元及其等级培养物培养物(culture),是指一定时间一定空间内微生物的细胞
9、群或生长物。菌株菌株(strain),从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株;用实验方法(如通过诱变)所获得的某一菌株的变异型-新的菌株,与野生型区别。种群种群(population)-是指一定空间中 同种个体的组合。种种(species),是生物分类中基本的分类单元和分类等级,具有共同特征的亚种组成是生物分类中基本的分类单元和分类等级,具有共同特征的亚种组成亚种亚种(subspecies)或变种(variety),当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成新种时,将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元-亚种。亚种是正式分类单
10、元中地位最低的分类等级。型型(form或type),常指亚种以下的细分 属属(genus),是介于种(或亚种)与科之间分类等级,也是生物分类中的基本分类单元。通常是把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个高一级的分类单元,称之属。第15页,讲稿共52张,创作于星期日双命名法双命名法现命人.年Escherichia coli(Migula)CastellanietChalmers1919学名学名=属名属名+种名种名+首命人.年+词首大大写词首小小写通常学术论文中不写Bacillus subtilis (Ehrenberg)Cohn1872学名学名=属名属名+种名种名+亚种或变种名称“新种”(sp
11、.nov):新被鉴定的种发表时应在其学名后标上sp.nov.的符号,新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机构,并应允许人们从中取得第16页,讲稿共52张,创作于星期日种名几点说明种名几点说明学名学名:属名词首大写,表示种的主要特征而种名词首小写,表示种的次要特征属名的缩写属名的缩写:文中首次使用不能缩写,重 复出现的可用词首大写的一或几字母 加点表示BacillusBacillus为B B.种名未定时种名未定时:使用时写出属名及种名未定用sp.(一种)或spp.(几种)发音发音:应按拉丁发音规则,实际以英文发音居多第17页,讲稿共52张,创作于星期日种的分类地位举例种的分类地
12、位举例单元单元 詹氏甲烷球菌詹氏甲烷球菌 大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌 八孢裂殖酵母八孢裂殖酵母界古生菌界(域)细菌界(域)菌物界门广古生菌门朊细菌门真菌门亚门(组)产甲烷菌组朊细菌组子囊菌亚门纲甲烷球菌纲发酵细菌纲半子囊菌纲目甲烷球菌目肠杆菌目内孢霉目科甲烷球菌科肠杆菌科内孢酶科属甲烷球菌属埃希氏菌属裂殖酵母属种詹氏甲烷球菌大肠埃希氏菌八孢裂殖酵母M.jannaschii E.coli S.Octosporus Methanobacterium Escherichia Schizosaccharomces分类系统分类系统 系统手册系统手册2000年年 系统手册系统手册2000年年 Ainswor
13、th词典词典1983年年第18页,讲稿共52张,创作于星期日亚种以下的各类型亚种以下的各类型第19页,讲稿共52张,创作于星期日原核生物包括古生菌与细菌两个域。其分类工作是一件意义重大又十分艰巨的工作。伯杰氏手册是原核生物分类的权威经典著作,从1923年第一版至今已出了11版。从1984年开始至1989编写了新的4卷本手册,更名为伯杰氏系统细菌学手册,2000年起系统手册的第二版分五卷陆续发行。伯杰氏手册简介伯杰氏手册简介第20页,讲稿共52张,创作于星期日地球上生存的菌物约有150万种,目前已记载的只有7-9万种,每年以发现1500个新种的速度递增。Ainsworth系统是常用的菌物分类系统
14、:安贝氏菌物词典之1995年已第八版,而且每版均有变化。菌物分类(真菌)菌物分类(真菌)第21页,讲稿共52张,创作于星期日伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册 第二版第二版第二版分5卷,更多地依靠系统发育资料系统发育资料对细菌分类群,而不是根据表型特征。第二版:古生菌域2门8纲,细菌域23门31纲5卷大致的内容安排如下:第一卷:古生菌、蓝细菌、光合细菌和最早分支的细菌 第二卷:变形杆菌(多样的革兰氏阴性菌类)第三卷:低G+C含量(50%mol以下)的革兰氏阳性菌 第四卷:高G+C含量(50%mol以上)的革兰氏阳性细菌(含放线菌类)第五卷:浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌和梭杆菌及衣原体
15、(属革兰氏阴性菌)第22页,讲稿共52张,创作于星期日第三节微生物分类鉴定的特征和技术第三节微生物分类鉴定的特征和技术原核生物的特点原核生物的特点 单细胞及集合/基因组无膜包裹/二等分裂增殖无减数分离/无膜隔细胞器/无细胞质流现象/为70S核糖体/壁含肽聚糖等从以往旧体从以往旧体系主要以表系主要以表型、实用性型、实用性鉴定指标鉴定指标遗传型系统进遗传型系统进化分类新体系化分类新体系(RNADNA蛋白等蛋白等分类依据:分类依据:第23页,讲稿共52张,创作于星期日一、微生物鉴定的经典方法一、微生物鉴定的经典方法获取纯培养物获取纯培养物(pure culture)测定各鉴定指标测定各鉴定指标 各大
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