第十章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定.pptVIP

第十章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定 第一节 进化的测量指征 一 进化指征的选择 2 生物大分子的作为进化指征的特点 3 生物大分子作为进化指征的选择 二 rRNA作为进化的指征 三 系统发育树和三界生物的系统树 第二节 细菌的分类 一 分类单元及其等级 二 细菌分类及伯杰氏手册 第三节 微生物分类鉴定的特征和技术 一 形态学和生理生化特征 二 血清学试验与噬菌体分型 四 核酸的碱基组成和分子杂交 五 微生物鉴定 “它是不是某一种菌？” “它到底是什么菌？” 第四节 微生物的快速鉴定和自动化分析技术 思考题 有针对性。 用已知微生物种类规范的检测方法进行鉴定。 快速鉴定技术。甲型H1N1流感。 常规鉴定。见书P349. * * 地质学、古生物学、地球化学直接或间接证据表明： 地球形成后的约10亿年，开始出现生命：主要是类 似简单杆状细菌的原始生物。不产氧光合细菌的起 源也很早。这些都是厌氧型的。蓝细菌在25亿-30亿 年前出现。蓝细菌的出现，给地球带来了氧气。随 后，出现了真核微生物。 目前，已知的微生物约有15万种。 分类学的目的已不仅仅是对物种的识别和归类，主 要目标是通过分类追溯系统发育，推断进化谱系。 微生物的分类——传统的表型特征分类和分子生物 学的遗传型特征分类。 本章主要内容： 第一节 进化的测量指征 第二节 细菌的分类 第三节 微生物分类鉴定的特征和技术 第四节 微生物的快速鉴定和自动化分析技术 20世纪70年代以前，生物类群间的亲缘关系主要是根据形态结构、生理生化、行为习性等表型特征判断，涉及的是高等动植物分类。由于微生物个体微小，结构简单，缺少有性繁殖过程，加上化石资料匮乏，无法解决微生物的系统发育问题。直至20世纪70年代后，分子生物学技术在分类学上开始应用，微生物系统发育和分类才蓬勃发展起来，并形成了一系列鉴定体系。 一 进化指征的选择 二 rRNA作为进化的指征 三 系统发育树和三界生物的系统树 1 根据表型特征分类微生物存在的问题 ▲ 微生物的形态特征少，难以把所有微生物放在同一水平上比较。 ▲ 表型特征在不同类群间进化速度差异很大，甚至基因相同的个体在不同环境下发育也可能出现显著的表型差异。 必需从蛋白质、RNA和DNA这些能反映微生物基因组特征的生物大分子的一级结构特征入手，作为判断微生物的进化谱系指征。 蛋白质、RNA、DNA序列进化的显著特点是： ▲序列进化的改变量和分子进化的时间成正相关。即 分子计时器。 ▲在两群生物中，如果同一种大分子的序列差异很 大，表示它们进化距离远。在很早就分支了。 ▲如果两群生物同一来源的大分子的序列相同，说明 它们处在同一进化水平上。 必须普遍存在于所研究的各生物类群中。 在各种生物中功能同源的大分子。从鉴定大 分子的功能开始。 选择的大分子序列严格线性排列。为了方便 鉴定大分子序列的同源位置或同源区。 根据所比较的各类生物之间的进化距离选择 适当的分子序列。 ▲ 蛋白质、RNA、DNA。 ▲ 最适合揭示生物亲缘关系的是rRNA。 ▲ 16SrRNA是应用更广泛的“分子尺”。 ①参与生物蛋白质的合成。 ②适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究。 ③分子量约1540bp，大小适中。含量大便于提取。 ④普遍存在于原核和真核生物（同源分子18SrRNA）。 20世纪70年代由美国学者伍斯（Carl Woese）发现，开始了开拓性研究，并发现了生命的第3种形式——古细菌。 操作步骤： ▲ 微生物培养 ▲ 提取纯化rRNA ▲ rRNA序列测定 ▲ 获得各相关微生物序列资料 ▲ 输入计算机进行分析比较 系统发育树：用类似树状分支的图型概括各类（种）生物之间的亲缘关系。简称系统树。（phylogenetic tree) 分子系统树：通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树。（molecular phylogenetic tree） 无根树：只表示系统发育关系，不反映进化途径。 有根树：既表示系统发育关系，又反映起源及进化方向。 伍斯的全生命系统树（三界生物的系统树） 真细菌 古生菌 真核生物 伍斯的全生命系统树（三界生物的系统树） ▲基于16SrRNA(或18SrRNA)序列比较提出。 ▲有根的系统树。根部的结表示地球上最初出现的生命。 ▲先分成两支：真细菌分支 古生菌—真核生物分支 ▲古细菌—真核生物分支进一步分支发展成古生菌和真核生物 ▲古生菌与真核生物属“姊妹群”。 三界学说的建立和发展，其意义在于为进一步探讨生命起源、进化，进一步认识、研究和开发微生物资源提出了新