分子生態(tài)學新

1、分子生態(tài)學,Molecular Ecology,Contents,,,一 定義及研究內容,,,,,二 應用及相關實例,三 優(yōu)勢及前景展望,1.分子生態(tài)學形成的背景 分子生態(tài)學是分子生物技術發(fā)展的產物，經過上世紀60年代同工酶分析時代，到70-80年代遺傳變異分析時代，再到90年代的PCR時代， [1]之后，隨著新世紀生態(tài)環(huán)境問題不斷復雜化，同時在生態(tài)學研究中,人們越來越注重對問題的本質和機制的理

2、解。[2]生態(tài)學家和分子生物學家漸漸聯(lián)合起來，而分子生態(tài)學作為兩者之間的橋梁，應運而生。,一、定義及研究內容,[1] 康樂, 張民照. 分子生態(tài)學的興起、研究熱點和展望[ J] . 中國科學院院刊, 1995, ( 4) : 292- 299[2] 龍應霞，劉洋. 分子生態(tài)學研究概況[J]黔南民族師范學院學報，2006，（3）30-34,一、定義及研究內容,2.分子生態(tài)學的誕生標志1992年，英國生態(tài)學學會主辦的《分子生態(tài)學》雜志

3、正式創(chuàng)刊。,一、定義及研究內容,3.分子生態(tài)學的定義 因為分子生態(tài)學是一門新興的高度交叉的學科，所以很難與其它學科有一個嚴格的界限。一直一來都是仁者見仁，智者見智。 國際上相對一致的定義是： 分子生態(tài)學是應用分子生物學的原理和方法來研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用的機理及其分子機制的科學。,一、定義及研究內容,特點：強調生態(tài)學研究中宏觀與微觀的緊密結合, 優(yōu)勢在于對生態(tài)現(xiàn)象的研究不僅注意外界的

4、作用條件, 而且注意分析內部的作用機制。[3]具體來說，分子生態(tài)學研究的是怎樣利用DNA (基因)、蛋白質(酶)等生物活性分子的活動變化規(guī)律的研究資料來闡釋生態(tài)變化的生物分子活動的規(guī)律。[2][3]黃勇平, 朱湘雄. 分子生態(tài)學——生命科學領域的新學科[ J]. 中國科學院院刊, 2003, ( 2): 84- 88.[2] 龍應霞，劉洋. 分子生態(tài)學研究概況[J]黔南民族師范學院學報，2006，（3）30-34,一、

5、定義及研究內容,4.分子生態(tài)學的研究內容 分子生態(tài)學的研究內容可分為兩個部分[4]： 1.基于DNA水平的研究 主要研究對象是mtDNA、葉綠體DNA、核糖體DNA 及基因組DNA (或染色體DNA ); 主要研究方法有限制性片段長度多態(tài)法( RFLP)、擴增片段長度多態(tài)法( AFLP)、PCR法、隨機擴增多態(tài)DNA 法( RAPD)、DNA 序列分析法、DNA 指紋圖譜法、DNA 雜交技術

6、等。 [4]李景文, 李俊清, 張華容. 生態(tài)學研究熱點—— 植物分子生態(tài)學[ J]. 植物雜志, 2001( 4) : 40- 41.,一、定義及研究內容,RFLP較常用，以此為例原理： 利用限制性內切酶位點專一性的特點, 將DNA 酶切消化后產生許多長短不一的片段, 這些片段的數(shù)目與長度反映了DNA 上限制性位點的分布, 對某一特定DNA 序列/限制性內切酶組合, 所產生的片段也是特定的, 它能作為

7、該DNA 或含有該DNA 生物的指紋。不同DNA 樣本經相同限制性切酶完全消化后產生的片段數(shù)目和大小上差異就構成了限制性片段長度多態(tài)性。[2][2] 龍應霞，劉洋. 分子生態(tài)學研究概況[J]黔南民族師范學院學報，2006，（3）30-34,一、定義及研究內容,2.基于蛋白質水平的研究 內容多采用多位點等位酶為指標。 主要方法是蛋白質免疫法和蛋白質電泳法,其中蛋白質電泳法最為常用。 蛋白

8、質電泳法原理：因為蛋白質的多樣性歸根結底還是取決于基因的多樣性，我們通過蛋白質電泳所獲得的多位點等位酶資料, 可以用來分析基因的變異情況,由此可以得出如遺傳多樣性和遺傳分化等一些有價值的結論。[5] [5]黃瑞林, 印遇龍, 侯振華等. 分子生態(tài)學的興起與應用[ J]. 廣西農業(yè)生物科學, 2005, 24( 1): 80- 85,電泳槽,二、應用及相關實例,分子生態(tài)學雖然是新興學科，但其應用范圍很廣：,在物種起源與進化研究

9、,瀕危物種保護,轉基因生物釋放的生態(tài)學評估,醫(yī)學領域的應用,物種的遺傳多樣性,種群生存力分析和生活史研究,二、應用及相關實例,實例一： 微生物分子生態(tài)學是通過分析樣品中DNA 分子的種類、數(shù)量和多態(tài)性等基因組信息來反映環(huán)境微生物的種類、種群數(shù)量和群落變化等信息的分支學科。 建立高效、可靠的微生物總DNA 提取方法是進行微生物分子生態(tài)學研究的基礎, 而DNA 的純化是獲取高純度微生物總DNA 的關鍵步驟，根

10、據張于光[6]等的研究，變性劑加SDS 高鹽法是一種更為高效、可靠且適合于環(huán)境微生物分子生態(tài)學研究的DNA 提取方法. [6]張于光，李迪強，王慧敏，肖啟明.用于分子生態(tài)學研究的土壤微生物DNA提取方法[J]應用生態(tài)學,2005,16(5):956-960,二、應用及相關實例,實例二： 環(huán)境中微生物的群落結構及多樣性和微生物的功能及代謝機理一向是微生物生態(tài)學的研究熱點。 但是，現(xiàn)代分子生物

11、學證實傳統(tǒng)的純培養(yǎng)方法培養(yǎng)的菌種很有限，大多數(shù)的微生物不能用這種傳統(tǒng)方法培養(yǎng)，(e.g.深海細菌、嗜熱菌等）以至于長期以來對未分離培養(yǎng)的微生物的了解很少，[7]對它們的功能和代謝方面的研究也因此受到很大的限制。[8][7] Lewis K， Epstein S， D’Onofrio A， et al． Uncultured microorganisms as a source of secondary metabolites

12、． J Antibiot( Tokyo) ，2010，63( 8) : 468-476．[8]李慧，何晶晶，張穎，等． 宏基因組技術在開發(fā)未培養(yǎng)環(huán)境微生物基因資源中的應用． 生態(tài)學報，2008，28 ( 4 ) : 1762-1773．,二、應用及相關實例,分子生物學方法應用于微生物群落結構分析使得對環(huán)境樣品中占大多數(shù)的不可培養(yǎng)微生物的研究成為了可能?，F(xiàn)在，大多數(shù)研究微生物的群落的方法是基于PCR擴增的，針對某個基因的保守區(qū)域設計引物

13、，對環(huán)境樣品的總DNA 進行擴增，再使用一定的手段將這些長度一樣而序列組成不同的序列分離開來， 某種類型的序列出現(xiàn)的頻率可以近似代表某種微生物類型。[9] [9]李曉然,呂毅,宮路路,柳陳堅.微生物分子生態(tài)學發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀[J]中國微生態(tài)學雜志,2012,24(4):366-369,三、優(yōu)勢及前景展望,優(yōu)勢： 通過適應性基因的克隆及其分子分析可以揭示適應的起源并建立一個統(tǒng)一的進化理

14、論，更重要的是分子生態(tài)學從功能上闡明生態(tài)學過程的分子機理。[10]因此能夠更加深入的了解很多生態(tài)學過程特別是生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。[11] 轉錄和表達水平的多態(tài)性標記可能會逐步成為進行生態(tài)適應機制研究的分子標記，從而推動分子生態(tài)學向更高層次拓展。[10]張程，謝宜勤.分子生態(tài)學研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]安徽農業(yè)科學, 2011，39(16):9490 －9492[11] 胡志昂，王洪新.分子生態(tài)學研究進展[J]生態(tài)學

15、報，1998,18（6）:565-574,三、優(yōu)勢及前景展望,分子生態(tài)學當前熱點[12]：1. 生態(tài)適應性研究研究植物對水、溫度、鹽、重金屬等非生物脅迫的分子反應以及生物脅迫反應。2. 重組生物帶來的危險重組生物的存活、繁殖、擴散和對其他生物的影響以及對重組生物提出生態(tài)預測。[12]張程，謝宜勤.分子生態(tài)學研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]安徽農業(yè)科學，2011,39（16）：9490-9492,三、優(yōu)勢及前景展望,3. 保護