分子生物学对细菌分类学的重要性如题,要写这个4000字以上的综述
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/11/01 07:21:15
分子生物学对细菌分类学的重要性如题,要写这个4000字以上的综述
分子生物学对细菌分类学的重要性
如题,要写这个4000字以上的综述
分子生物学对细菌分类学的重要性如题,要写这个4000字以上的综述
你到这里来问可是走错地方了.谁可能给你弄一篇4000字的综述出来?偷懒也不是这么偷的.建议去vip和CNKI上找几篇中文的这方面的综述,剪切粘贴就OK.另,还是建议楼主花点精力在分生上,以后发文章不做分生怎么发高影响因子的阿?
我们知道,生物的多样性决定了我们对生物必须鉴定和分类。我们所看到的各种动物猫、狗、猪等及各种植物玉米、大豆、水稻等似乎很好识别,但如果涉及到罕见的生物,那么想知道这种生物究竟属于我们所知道哪类生物时,就比较难了,如果是未知生物,就想知道它的亲缘关系,这就是生物分类学。分类就是根据生物的相似和相互关系确定它的分类位置。分类学的历史追溯到公元前384~322——亚里士多德时代,他的著作《动物历史》中有...
全部展开
我们知道,生物的多样性决定了我们对生物必须鉴定和分类。我们所看到的各种动物猫、狗、猪等及各种植物玉米、大豆、水稻等似乎很好识别,但如果涉及到罕见的生物,那么想知道这种生物究竟属于我们所知道哪类生物时,就比较难了,如果是未知生物,就想知道它的亲缘关系,这就是生物分类学。分类就是根据生物的相似和相互关系确定它的分类位置。分类学的历史追溯到公元前384~322——亚里士多德时代,他的著作《动物历史》中有很多关于分类的论述。但是,真正的生物分类学之父应该是卡尔.林奈(Carl.Linnaeus,1707-1778)他提出的双名制命名生物现在被生物学界普遍使用,他的著作《自然系统》对现代生物分类学发展起了很重要的作用。达尔文的《物种起源》对现代生物分类学发展起着更为重要作用,达尔文根据地质学化石记录得出生物进化的论点,进而提出生物有共同祖先的学说。无论是亚里士多德的《动物历史》、林奈的《自然系统》还是达尔文的《物种起源》,所研究的生物分类都是高等动植物,这些生物具有复杂的形态结构,根据比较胚胎学、比较解剖学和化石等证据就可以研究,但是细菌分类学研究就落后很多,尽管细菌是地球上最古老的生物,它们已经生存了30多亿年,最早由1683年荷兰科学家列文胡克发明了显微镜,才第一次“看”到了它们,直到1829年,丹麦细菌学家革兰发明染色方法,开始了细菌的分类研究。细菌的形态结构简单又缺少化石记录,这就是细菌分类学起步较晚的原因,另外,直到18世纪末,德国科学家科赫找到了分纯细菌的方法,在这基础上才能对细菌进行鉴定和分类。
最早研究细菌分类的是Orla-Jensen[1],1909年他提出,甲烷氧化细菌是所有细菌的祖先,因为地球早期没有有机物存在最先产生的细菌必定是自养菌,甲烷比其它物质更容易氧化,Kluyver和Van Niel[1]在1936年提出,球菌是最原始的细菌,因为球菌的形态学最简单,球菌的融合就形成杆菌,弧菌来自杆菌,螺旋菌来自弧菌等,这些研究是猜测性的,没有实验依据,随着人们对DNA分子认识及分子生物学技术的不断发展,人们认识到虽然细菌缺少化石记录,但细菌细胞内含的遗传物质DNA和RNA就记录着细菌演化的历史,尽管进化过程中会有基因突变,使基因组发生变化不同于原始的基因,但这种变化是缓慢的,基因组原始状态的遗迹依然存在。如果比较二种细菌的核苷酸,它们的序列很相似的,这就是说这二种细菌有很近的亲缘关系,同样,核苷酸的表达产物蛋白质分析对于细菌分类也是十分重要,体现在细菌的行为功能上,如细菌染色性,细菌鞭毛[2],细菌对各种糖的利用情况,这些表型特征对于细菌分类同等重要。这就是多相分类,最先由Colwell[3]提出,多相分类包括表型、基因型、系统发育信息。
任何细胞要保持生命活动,必须不断合成蛋白质,合成蛋白质的器官就是核糖体。核糖体由蛋白质和核酸组成,分为大,小两个亚基,组成核糖体的核酸就是rRNA,rRNA约占细菌RNA总量的80%,存在于所有的细菌中,原核生物rRNA分为5SrRNA、16SrRNA、23rRNA,它们位于同一操纵子上,rRNA分子在长期进化中具有保守性,核苷酸序列变化较缓慢,应该是细菌系统分类发育标记分子(phylogenetic markers)。
自上世纪60年代开始,通过测定细菌DNA和rRNA进行细菌系统分类,主要方法简述如下:
一、DNA G+Cmol% GC含量差异即可确定DNA的不同,常用3种方法
浮力密度法[4],熔解温度(Tm)法[5],高压液相色谱法[6],如果二种菌的G+Cmol%有显著差异,就可以判定属于不同种,但是G+Cmol%相同也不能判断属于同一个种,因此,G+Cmol%只具有否定价值。
二、DNA-DNA杂交
由于G+Cmol%测定不能判定细菌的亲缘关系,DNA-DNA杂交技术就弥补了G+Cmol%的缺陷,它可以反应细菌菌种间的DNA序列相似性程度,即细菌的DNA同源性。根据测定结果杂交率进行细菌分类,测定方法通常分为滤膜分子杂交方法[7,8]和复性速率方法[9,10],膜分子杂交方法将DNA固定于支持物滤膜上,属于固相杂交,而复性速率法在溶液中进行,属于液相杂交,复性速率法比膜杂交方法重复性好,但这二种方法都受杂交温度、离子浓度、DNA浓度、DNA片断大小和杂交时间影响,操作复杂、可靠性差、操作时间长,因此又发展了微孔板方法[11,12],DNA分子杂交方法可以认为是基因鉴别同一菌种的金标准,如果杂交率大于70%就判定是同一种菌种。
三、DNA-rRNA杂交
研究表明,细菌rRNA保守性比整个基因组保守性大,于是建立了DNA-rRNA杂交技术[13,14,15],该技术通常使用膜杂交技术和液相杂交技术,由于该技术操作复杂、费时,并且在细菌分类上其应用价值没有测定rRNA序列有意义,所以该技术没有被广泛应用。
四、rRNA寡苷酸测序技术
上世纪70年代,Carl Woese 等人[16,17]开始对细菌16SrRNA测序的研究,他们首先比较了原核生物16SrRNA寡核酸序列,进行细菌分类[18,19],于是提出将生物界划分为三界:古细菌界(Archaebacteria),真细菌界(Eubacteria)和真核生物界(Eukaryotes),从而动摇了生物界由原核生物和真核生物组成的观念。1981年,Woese对细菌16SrRNA测定的寡序列进行了总结[20],提出了一个生命进化树(图1),Woese 推测所有生物均由一个共同祖先Progenote进化。由于16SrRNA测序对于细菌分类有重要意义,新发现的菌种必须测定16SrRNA序列,我国学者谷海瀛发现的有医学价值的二种新菌[21,22]也进行了16SrRNA寡序列测定。
五、rRNA全序列分析法
由于PCR技术发展,测定16rRNA全序列变得更为容易,已有商品试剂盒出售,取代了寡核苷酸测序,使细菌系统分类更为完善了。1987年,Woses[23]根据细菌16SrRNA全序列结果提出更为精确的系统发育无根树,但是16SrRNA序列分析也有其局限性,从单一分子序列推测整个生物界的系统进化容易产生误差[24],并且16SrRNA序列同源性更适用于属以上分类单元,对于属以下分类单元分辨率明显低[25]。
六、16S-23SrRNA间区
前面已论述,16SrRNA序列测定已成为细菌种属分类标准方法,但有其局限性,23SrRNA分子比较大(约3Kb),尚未在细菌的分类和鉴定中得到广泛应用,16S-23SrRNA间区(Intergenic Spacer Region,ISR)比16SrRNA相对变异大,因此,对于相近种及菌株的分类和鉴定应用16S-23SrRNA ISR 已广泛开展[26,27],16S-23SrRNA ISR序列测定弥补了16SrRNA序列的缺陷,但有些菌株不能进行分型,要想广泛应用这一技术,需要建立更多菌株的16S-23SrRNA序列库,以便对比研究。
七、其他进化同源基因的测定
在真核生物中,尤其是动物界,生物大分子血红蛋白,细胞色素C等早已被用来研究进化的历史,由于功能保守,它的基因称为进化同源基因(Orthologues).系统进化研究应用广泛的同源基因有热激蛋白(Heat shock protein)基因、Rnase P RNA基因(RnpB).gyrB等。
1.热激蛋白主要是HSP60又称伴侣蛋白chaperonin,分为Cpn60,60-65KD抗原,细菌共同抗原系,许多细菌分子伴侣基因序列已被测定,利用分子伴侣进行系统进化已取得很大进展[28]。
2.RnpB:核酶(Ribozymes)是具有酶活性的RNA分子。RNase P 是核糖核蛋白复合体,不同种细菌RNase P RNA基因序列变化很大。Herrmann等人[29] 利用RnpB基因序列对衣原体3个种进行了鉴定,认为其序列的不同可作为衣原体种区分的标记。
3.gyrB:gyrB是促旋酶B亚单位的基因,Hiroaki等[30] 对分枝杆菌gyrB序列分析认为gyrB 序列比16SrRNA序列更好的区分相似种。日本已建立关于gyrB序列数据库,Suzuki等人[31]研究了海洋细菌gyrB基因序列认为种的水平上使用gyrB序列要优于16SrRNA序列,Dauga[32]比较了肠杆菌科不同属细菌的16SrRNA和gyrB序列。16SrRNA适用于较远的亲缘关系,而gyrB比较适用于种间或属间关系的比较。Tacao等人[33]比较了气单胞菌属16SrRNA和gyrB基因序列,gyrB序列很好地区别气单胞属内的菌种。
综上所述,尽管分子生物学技术发展日新月异,我们对生命理解更加深刻,但生命有无共同祖先尚无答案。Woese 提出的生命三界论已被普遍接受,但这三者进化关系如何?是否存在更可靠的进化分子时钟能够构建普适有根的系统发育树?尚不可知。在细菌学分类中,表型鉴定和分子生物学鉴定综合分析才能得出更为可靠的结论,但有时二者分类系统得出的结果是不一致的,无法统一,目前学术界尚不能解决这个问题,尤其对于分子生物学鉴定实验尚不能在临床实验室普遍开展,有待于进一步研究探索。
收起