分子生態(tài)學(xué)新

1、分子生態(tài)學(xué),Molecular Ecology,Contents,,,一 定義及研究內(nèi)容,,,,,二 應(yīng)用及相關(guān)實(shí)例,三 優(yōu)勢及前景展望,1.分子生態(tài)學(xué)形成的背景 分子生態(tài)學(xué)是分子生物技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，經(jīng)過上世紀(jì)60年代同工酶分析時(shí)代，到70-80年代遺傳變異分析時(shí)代，再到90年代的PCR時(shí)代， [1]之后，隨著新世紀(jì)生態(tài)環(huán)境問題不斷復(fù)雜化，同時(shí)在生態(tài)學(xué)研究中,人們越來越注重對問題的本質(zhì)和機(jī)制的理

2、解。[2]生態(tài)學(xué)家和分子生物學(xué)家漸漸聯(lián)合起來，而分子生態(tài)學(xué)作為兩者之間的橋梁，應(yīng)運(yùn)而生。,一、定義及研究內(nèi)容,[1] 康樂, 張民照. 分子生態(tài)學(xué)的興起、研究熱點(diǎn)和展望[ J] . 中國科學(xué)院院刊, 1995, ( 4) : 292- 299[2] 龍應(yīng)霞，劉洋. 分子生態(tài)學(xué)研究概況[J]黔南民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（3）30-34,一、定義及研究內(nèi)容,2.分子生態(tài)學(xué)的誕生標(biāo)志1992年，英國生態(tài)學(xué)學(xué)會主辦的《分子生態(tài)學(xué)》雜志

3、正式創(chuàng)刊。,一、定義及研究內(nèi)容,3.分子生態(tài)學(xué)的定義 因?yàn)榉肿由鷳B(tài)學(xué)是一門新興的高度交叉的學(xué)科，所以很難與其它學(xué)科有一個(gè)嚴(yán)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(xué)是應(yīng)用分子生物學(xué)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(jī)理及其分子機(jī)制的科學(xué)。,一、定義及研究內(nèi)容,特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)生態(tài)學(xué)研究中宏觀與微觀的緊密結(jié)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(nèi)部的作用機(jī)制。[3]具體來說，分子生態(tài)學(xué)研究的是怎樣利用DNA (基因)、蛋白質(zhì)(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(xué)——生命科學(xué)領(lǐng)域的新學(xué)科[ J]. 中國科學(xué)院院刊, 2003, ( 2): 84- 88.[2] 龍應(yīng)霞，劉洋. 分子生態(tài)學(xué)研究概況[J]黔南民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（3）30-34,一、

5、定義及研究內(nèi)容,4.分子生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容 分子生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容可分為兩個(gè)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(kuò)增片段長度多態(tài)法( AFLP)、PCR法、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA 法( RAPD)、DNA 序列分析法、DNA 指紋圖譜法、DNA 雜交技術(shù)

6、等。 [4]李景文, 李俊清, 張華容. 生態(tài)學(xué)研究熱點(diǎn)—— 植物分子生態(tài)學(xué)[ J]. 植物雜志, 2001( 4) : 40- 41.,一、定義及研究內(nèi)容,RFLP較常用，以此為例原理： 利用限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)專一性的特點(diǎn), 將DNA 酶切消化后產(chǎn)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(diǎn)的分布, 對某一特定DNA 序列/限制性內(nèi)切酶組合, 所產(chǎn)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(jīng)相同限制性切酶完全消化后產(chǎn)生的片段數(shù)目和大小上差異就構(gòu)成了限制性片段長度多態(tài)性。[2][2] 龍應(yīng)霞，劉洋. 分子生態(tài)學(xué)研究概況[J]黔南民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（3）30-34,一、定義及研究內(nèi)容,2.基于蛋白質(zhì)水平的研究 內(nèi)容多采用多位點(diǎn)等位酶為指標(biāo)。 主要方法是蛋白質(zhì)免疫法和蛋白質(zhì)電泳法,其中蛋白質(zhì)電泳法最為常用。 蛋白

8、質(zhì)電泳法原理：因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的多樣性歸根結(jié)底還是取決于基因的多樣性，我們通過蛋白質(zhì)電泳所獲得的多位點(diǎn)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(jià)值的結(jié)論。[5] [5]黃瑞林, 印遇龍, 侯振華等. 分子生態(tài)學(xué)的興起與應(yīng)用[ J]. 廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué), 2005, 24( 1): 80- 85,電泳槽,二、應(yīng)用及相關(guān)實(shí)例,分子生態(tài)學(xué)雖然是新興學(xué)科，但其應(yīng)用范圍很廣：,在物種起源與進(jìn)化研究

9、,瀕危物種保護(hù),轉(zhuǎn)基因生物釋放的生態(tài)學(xué)評估,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,物種的遺傳多樣性,種群生存力分析和生活史研究,二、應(yīng)用及相關(guān)實(shí)例,實(shí)例一： 微生物分子生態(tài)學(xué)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(xué)科。 建立高效、可靠的微生物總DNA 提取方法是進(jìn)行微生物分子生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ), 而DNA 的純化是獲取高純度微生物總DNA 的關(guān)鍵步驟，根

10、據(jù)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(xué)研究的DNA 提取方法. [6]張于光，李迪強(qiáng)，王慧敏，肖啟明.用于分子生態(tài)學(xué)研究的土壤微生物DNA提取方法[J]應(yīng)用生態(tài)學(xué),2005,16(5):956-960,二、應(yīng)用及相關(guān)實(shí)例,實(shí)例二： 環(huán)境中微生物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性和微生物的功能及代謝機(jī)理一向是微生物生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)。 但是，現(xiàn)代分子生物

11、學(xué)證實(shí)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(xì)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(shù)在開發(fā)未培養(yǎng)環(huán)境微生物基因資源中的應(yīng)用． 生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28 ( 4 ) : 1762-1773．,二、應(yīng)用及相關(guān)實(shí)例,分子生物學(xué)方法應(yīng)用于微生物群落結(jié)構(gòu)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(kuò)增的，針對某個(gè)基因的保守區(qū)域設(shè)計(jì)引物

13、，對環(huán)境樣品的總DNA 進(jìn)行擴(kuò)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(jiān).微生物分子生態(tài)學(xué)發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀[J]中國微生態(tài)學(xué)雜志,2012,24(4):366-369,三、優(yōu)勢及前景展望,優(yōu)勢： 通過適應(yīng)性基因的克隆及其分子分析可以揭示適應(yīng)的起源并建立一個(gè)統(tǒng)一的進(jìn)化理

14、論，更重要的是分子生態(tài)學(xué)從功能上闡明生態(tài)學(xué)過程的分子機(jī)理。[10]因此能夠更加深入的了解很多生態(tài)學(xué)過程特別是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。[11] 轉(zhuǎn)錄和表達(dá)水平的多態(tài)性標(biāo)記可能會逐步成為進(jìn)行生態(tài)適應(yīng)機(jī)制研究的分子標(biāo)記，從而推動分子生態(tài)學(xué)向更高層次拓展。[10]張程，謝宜勤.分子生態(tài)學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011，39(16):9490 －9492[11] 胡志昂，王洪新.分子生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展[J]生態(tài)學(xué)

15、報(bào)，1998,18（6）:565-574,三、優(yōu)勢及前景展望,分子生態(tài)學(xué)當(dāng)前熱點(diǎn)[12]：1. 生態(tài)適應(yīng)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(yīng)以及生物脅迫反應(yīng)。2. 重組生物帶來的危險(xiǎn)重組生物的存活、繁殖、擴(kuò)散和對其他生物的影響以及對重組生物提出生態(tài)預(yù)測。[12]張程，謝宜勤.分子生態(tài)學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,39（16）：9490-9492,三、優(yōu)勢及前景展望,3. 保護(hù)