分子生態學

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分子生態學是利用进化生物学理论,采用分子生物学基因组学的实验方法和技术手段、统计学数学的分析方法,通过计算机科学的技术和算法,旁及地学古气候学等, 研究物种种群遗传变异表观遗传变异遗传谱系, 探讨生物多样性演化生物地理演化物种分化生态适应等的生态学和进化生物学机制[1]

研究范围包括种群演化历史、种群分化和物种形成机制、寄主选择、配偶选择、繁殖行为、生殖方式、精子竞争、扩散和建群、遗传谱系地理演化、遗传分化和局部适应、生态适应的遗传基础、气候变化的生态学和进化生物学后果、生物对环境变化的响应机制、遗传多样性评估、食性鉴定、觅食行为、濒危生物贸易的监测、个体和种群鉴定、外来入侵种溯 源及入侵机制、遗传修饰生物的生态风险评估、有害生物防控等[1]

分支学科包括分子群体遗传学谱系生物地理学生态基因组学景观遗传学系统发生群落生态学[1]

由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養(海水中的0.001~0.1%,土壤中的0.3%左右,活性污泥中1~15%可被分離培養),因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外,隨著聚合酶鏈式反應(PCR)技術的發展,人們可以快速擴增遺傳物質DNA

環境樣品中DNA的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物,而得到遺傳物質的混合物,將其分離,隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆,將擴增的DNA片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳(DGGE),可以更快地得到結果。

分子生態學的發展也和DNA芯片的使用緊密相關,該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。

分子生態學中可以使用很多基因進行研究,在分類學角度,最常應用的基因是核糖體小亞基RNA(SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。

微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是,這些生物以主動(進行正常代謝繁殖)還是被動(靜息休眠)的方式存在。這可以用幾種方式來解決:

发展历史[编辑]

分子生態學开始于1950年代。是随着DNA双螺旋结构的发现,分子水平的群体遗传学研究得以开展,相继出现了同工酶电泳限制性内切酶酶切技术分子克隆DNA测序技术等,使遗传变异研究得以实现, 并可以在群体水平进行检测。分子进化的中性理论的提出,引发了适应性进化中性进化的争论,推动了群体遗传学和分子进化研究,分子钟假说的提出和谱系进化关系重建理论、方法、算法和软件的出现, 进一步促进了分子进化和分子群体遗传学研究的发展[1]

到了1980年代,DNA聚合酶链反应的发明和热稳定DNA聚合酶的发现,进一步推动了分子生态学和分子群体遗传学研究。1992年《Molecular Ecology》的创刊,标志着分子生態學的建立。溯祖理论贝叶斯方法马尔可夫过程等的引入,提升了分子生态学研究的可靠性[1]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Zhang, De-Xing. Unorthodox reflections on molecular ecology research in China. Biodiversity Science. 2015, 23 (5): 559–569. doi:10.17520/biods.2015223.