分子生态学

分子生态学分子生态学的诞生常用的分子标记生物对逆境胁迫的分子水平适应生物种群的分子生态学亲缘地理学分子生态学定义：利用DNA或者蛋白质分子作为基因谱系标记分析生态和进化问题。分子生态学的诞生标记——利用等位酶技术来研究种群遗传变异分子生态学的迅速发展得益于PCR技术的发展分子标记遗传标记：指可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性。生物的任何有差异表型的基因突变型均可作为遗传标记。eg.豌豆豆粒的黄色和绿色eg.同工酶eg.DNA分子标记常用的分子标记同工酶RFLPPCR技术，RAPDAFLPSNPSSRReal-timePCR同工酶同工酶：是指一类底物相似或完全想通的酶蛋白，即催化同一种反应而结构不同的一簇酶。不同的同工酶，可以用凝胶电泳技术将它们分开，染色后，显示同工酶谱酶蛋白分子组成差异反应调控表达这些酶蛋白的基因的差异。例：利用同工酶技术来研究种群遗传变异表果蝇5个种群在18个酶座位下的多态性水平和杂合度RFLP（限制性片段长度多态性）基本原理：特定生物类型的基因组DNA经限制性内切酶切后，产生分子量不同的同源等位片段，再通过电泳的方法分离和检测这些片段限制性内切酶识别DNA中的特异的碱基序列不同个体中的酶切位点不同，所以，种群具有限制性片段多态性。用特异性的限制性内切酶进行酶切，得到不同长度的DNA片段，这些片段在跑电泳中会分离。限制性片段长度多态性通常被人们用来标记目的基因。RFLP特点：①遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；②共显性，可区分纯合子和杂合子；③结果稳定、可靠；④需要大量的实验材料来提取DNA，操作繁琐、费时费力。RAPD（随机扩增多态性DNA）基本原理：用一个（有时用两个）随机引物（一般8-10个碱基）非定点地扩增基因组DNA，然后用凝胶电泳分开扩增片段。遗传材料的基因组DNA如果在特定引物结合区域发生DNA片段插入、缺失或碱基突变，就有可能导致引物结合位点的分布发生相应的变化，导致PCR产物增加、缺少或发生分子量变化。若PCR产物增加或缺少，则产生RAPD标记。ABCRAPD标记原理primerRAPD标记特点：（1）不需DNA探针，设计引物也无须知道序列信息；（2）显性遗传（极少数共显性），不能鉴别杂合子和纯合子；（3）技术简便，不涉及分子杂交和放射性自显影等技术；（4）DNA样品需要量少，引物价格便宜，成本较低；（5）实验重复性较差，结果可靠性较低。AFLP（扩增限制性片段长度多态性）基本原理：AFLP标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段所产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长度不同被检测出来。AFLP标记特点：（1）由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基种类、数目很多，所以该技术所产生的标记数目是无限多的；（2）典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在50-100条之间，所以一次分析可以同时检测到多个座位，且多态性极高；（3）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；（4）分辩率高，结果可靠；（5）目前该技术受专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。SNP（单核苷酸多态性）SNP：个体间基因组DNA序列同一位置单个核苷酸变异(替换、插入或缺失)所引起的多态性。SSR（微卫星，又称简单重复序列）微卫星，它是一类由1-6个碱基组成的基序串联重复而成的DNA序列，其长度一般较短，它们广泛分布于基因组的不同位置。如(CA)n、(AT)、(GGC)n等重复，重复区大多几十~几百bp，分散在基因组中，具有较高的多态性。基本原理：尽管微卫星DNA分布于整个基因组的不同位置上，但其两端的序列多是相对保守的单拷贝序列。根据微卫星DNA两端的单拷贝序列设计一对特异引物，利用PCR技术，扩增每个位点的微卫星DNA序列，通过电泳分析核心序列的长度多态性。SSR标记特点：（1）数量丰富，广泛分布于整个基因组；（2）具有较多的等位性变异；（3）共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子；（4）实验重复性好，结果可靠；（5）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此其开发有一定困难，费用也较高。实时定量PCR技术是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。最重要的功能:可以让我们了解某个特定表型的性状发生与其调控基因的表达之间的关系。由于RNA仅在基因表达时转录，样本中RNA的量可以代表基因表达量。RNA→反转录成cDNA→用实时定量PCR测定cDNA含量相对于其它分子标记，更多用于生物对环境的分子适应机制的研究分子生态学分子生态学的诞生常用的分子标记生物对逆境胁迫的分子水平适应生物种群的分子生态学亲缘地理学生物对寒冷的分子水平适应内温动物通过激活解偶联蛋白基因表达，增加解偶联蛋白含量和活性，从而增加非颤抖产热，维持恒定体温外温动物、植物和其它生物通过激活冷诱导基因启动者，启动特定的mRNA转录，翻译成特定蛋白，执行者各种防冻、抗冻功能。1非颤抖产热/冷适应性产热(NST)图解偶联蛋白（UCP1）作用机制冷刺激：UCP1mRNA增加急性冷暴露：UCP1mRNA增加，再返回基础水平（节能的双控机制）冷驯化：UCP1mRNA增加，并维持在高水平2冷休克蛋白（CSP）冷休克蛋白：冷休克诱导产生的蛋白质统称冷休克蛋白。eg.大肠杆菌从37℃转到10℃培养，出现4h生长停滞，大部分蛋白质合成受阻，仅有24中蛋白质被合成，即CSP。CSP的表达调控存在三个层面：基因转录、mRNA稳定性和翻译水平。ＣspAmRNA在37℃下不稳定，在10℃下温度，可翻译成蛋白。3抗冻蛋白4冷调节基因（COR）冷驯化的植物中分离出一部分冷应激基因高度表达（50-100倍），并在抗冷中发挥作用，称为冷调节基因。eg.拟南芥，COR15a编码多肽，出现在叶绿体基质中，阻止低温时叶绿体内膜向内弯折。冷调节基因大多也对脱落酸（ABA）和其他环境胁迫做出应答。eg.拟南芥，低温时，Kin2表达；干旱时，也可被诱导表达。生物对高温的分子水平适应热休克蛋白（HSP）：从细菌到哺乳动物，当有机体暴露于高温的时候，就会由热激发合成此种蛋白，来保护有机体自身。许多热休克蛋白具有分子伴侣活性。分类：按照热休克蛋白的大小分五类，分别为HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子HSP家族。HSP特性：①高度保守②HSP合成的反应短暂性③交叉耐受性HSP诱导生成的调控在2个水平：转录、翻译，主要是转录。HSF（热休克因子）与HSE（热休克元件）结合，启动HSP基因转录表达。生物种群的分子生态学分子生态学主要是解决种群水平上的生态学问题。种群遗传多样性分析分子数据显示，猎豹（Acinonyxjubatus）的遗传多样性极低。揭示了猎豹生存危机的主要原因！20世纪以来，猎豹（Acinonyxjubatus）数量由于捕杀和生境丧失急剧下降。圈养猎豹比其它猫科动物表现出更低的繁殖率和传染病易感性。种群的遗传分化基因流亲缘地理学研究控制亲缘谱系（尤其是种内水平）地理分布的原理和过程的一门科学。Abbott等对北极地区的紫虎耳草（Saxifragaoppositifolia）90个种群548个个体的叶绿体DNA进行分析，结果得到14种叶绿体DNA单倍型，单倍型的分布模式说明紫虎耳草的冰期避难所位于白令地区西部，冰期结束后从避难所向东、西两个方向重新扩散，直至分布于整个北极地（Abbotteta1，2000）期末考试：1开卷考试也需有备而来！2生态学成绩=期末考试成绩+平时作业