Chapter 16 分子生態(tài)學(xué)課件

QQ:1622865111；基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)

:主講：1Chapter16分子生態(tài)學(xué)左邊比較肥的一只老鼠是正常的老鼠，而右邊一只通過基因工程鎖死ACC2酶的老鼠則比較苗條。分子生物學(xué)的有效性?2Chapter16分子生態(tài)學(xué)Chapter16分子生態(tài)學(xué)簡介§1分子生態(tài)學(xué)概念§2常用分子生物學(xué)技術(shù)與分子標(biāo)記§3生物對逆境脅迫的分子水平適應(yīng)§4生物種群的分子生態(tài)學(xué)§5親緣地理學(xué)3Chapter16分子生態(tài)學(xué)§1分子生態(tài)學(xué)概念一、定義分子生態(tài)學(xué)：用分子生物學(xué)的原理與方法在分子水平上研究生態(tài)學(xué)問題的一門分支學(xué)科。4Chapter16分子生態(tài)學(xué)二、分子生態(tài)學(xué)的特點⒈90年代初新興的一門生態(tài)學(xué)分支學(xué)科，不同學(xué)者對分子生態(tài)學(xué)的概念有著不同的理解。國內(nèi)2009年才翻譯出版5Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉是在分子水平上研究生物與環(huán)境的相互關(guān)系。在分子水平上研究大熊貓的適應(yīng)能力!6Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒊是分子生物學(xué)與生態(tài)學(xué)的有機(jī)結(jié)合，即宏觀與微觀的有機(jī)結(jié)合。7Chapter16分子生態(tài)學(xué)§2常用分子生物學(xué)技術(shù)與分子標(biāo)記一、分子標(biāo)記與生態(tài)學(xué)目前在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較多的是分子生物學(xué)的分子標(biāo)記技術(shù)。分子標(biāo)記技術(shù)!!!8Chapter16分子生態(tài)學(xué)分子標(biāo)記MolecularMarkers

指能反映生物個體或種群間基因組中某種差異的特異性DNA片段。能反映個體差異的DNA片斷!9Chapter16分子生態(tài)學(xué)分子標(biāo)記(技術(shù))的意義分子標(biāo)記可用來分析個體間遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列的變異度，研究DNA水平遺傳多態(tài)性。分子標(biāo)記研究表明南非獵豹遺傳多樣性低是頻臨滅絕的主要原因!10Chapter16分子生態(tài)學(xué)二、常用分子標(biāo)記生物學(xué)技術(shù)常用分子標(biāo)記技術(shù)同工酶電泳技術(shù)限制片段長度多樣性分析小衛(wèi)星DNA指紋隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA技術(shù)擴(kuò)增限制性片段長度多態(tài)性分析DNA序列分析單核苷酸多態(tài)性分析微衛(wèi)星定時定量PCR技術(shù)11Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒈同工酶電泳技術(shù)簡介利用同工酶電泳技術(shù)可根據(jù)酶帶的變化來判定種群內(nèi)不同個體間基因位點及等位基因的變異性，并比較不同種群之間遺傳變異的差別。12Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA技術(shù)(RAPD)RAPD技術(shù)是建立在PCR(聚合酶鏈反應(yīng))基礎(chǔ)之上的一種可對整個未知序列的基因組進(jìn)行多態(tài)性分析的分子技術(shù)。

13Chapter16分子生態(tài)學(xué)PCR技術(shù)簡介PCR技術(shù)是用于放大特定的DNA片段的一種分子生物學(xué)技術(shù)，可看作生物體外的特殊DNA復(fù)制。

14Chapter16分子生態(tài)學(xué)三、分子標(biāo)記技術(shù)在生態(tài)學(xué)中解決的問題⒈深入研究遺傳多樣性時空變化模式及其機(jī)制人類膚色與適應(yīng)!15Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉探討物種間的親緣關(guān)系直立猿人原上猿南方古猿臘馬古猿尼安德特人克羅馬農(nóng)人猿與人的親緣關(guān)系的建立確定人的進(jìn)化歷程16Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒊追蹤物種擴(kuò)散的歷史福壽螺擴(kuò)散至廣西稻田250畝受災(zāi)17Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒋了解社群內(nèi)個體間親緣關(guān)系及近交程度等18Chapter16分子生態(tài)學(xué)§3生物對逆境脅迫的分子水平適應(yīng)逆境脅迫因子對生物生存、生長發(fā)育的影響研究已深入到分子水平。生物對寒冷的分子水平適應(yīng)生物對高溫的分子水平適應(yīng)植物抗旱的分子水平適應(yīng)植物抗逆境的分子機(jī)制小哺乳動物適應(yīng)低氧環(huán)境的分子機(jī)制主要熱點19Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒈

生物對寒冷的分子適應(yīng)研究⑴生物對寒冷的分子適應(yīng)機(jī)制有兩類：內(nèi)溫動物↓增加偶聯(lián)蛋白↓增加非顫抖性產(chǎn)熱外溫動物、植物↓形成特定蛋白↓防凍、抗凍寒冷的分子適應(yīng)機(jī)制20Chapter16分子生態(tài)學(xué)⑵生物對寒冷的主要分子適應(yīng)產(chǎn)物解偶聯(lián)蛋白冷休克蛋白抗凍蛋白冷誘導(dǎo)基因細(xì)胞膜磷脂的組成變化主要抗寒適應(yīng)產(chǎn)物21Chapter16分子生態(tài)學(xué)①解偶聯(lián)蛋白u(yù)ncouplingprotein小型哺乳動物褐色脂肪組織中的解偶聯(lián)蛋白啟動非顫抖性產(chǎn)熱。褐色脂肪細(xì)胞!22Chapter16分子生態(tài)學(xué)鳥類與小哺乳類在寒冷環(huán)境中主要依賴非顫抖性產(chǎn)熱(NST)維持體溫恒定。23Chapter16分子生態(tài)學(xué)肩胛間褐色脂肪蝙蝠肩胛間的褐色脂肪組織示意圖24Chapter16分子生態(tài)學(xué)褐色脂肪白色脂肪褐色脂肪細(xì)胞與白色脂肪細(xì)胞示意圖25Chapter16分子生態(tài)學(xué)褐色脂肪組織細(xì)胞線粒體內(nèi)膜具有特殊的解偶聯(lián)蛋白(UCP1)啟動褐色脂肪組織進(jìn)行解偶聯(lián)呼吸釋放大量的熱維持寒冷環(huán)境下的體溫恒定解偶聯(lián)蛋白的產(chǎn)熱機(jī)制26Chapter16分子生態(tài)學(xué)②冷休克蛋白或冷激蛋白(coldstressprotein)原核生物在寒冷環(huán)境中產(chǎn)生冷休克反應(yīng)冷休克反應(yīng)產(chǎn)生冷休克蛋白誘發(fā)細(xì)胞周圍結(jié)晶能抵抗寒冷27Chapter16分子生態(tài)學(xué)③抗凍蛋白coldshockprotein低溫環(huán)境下形成對生物的低溫脅迫合成抗凍蛋白具熱滯效應(yīng)具冰晶形態(tài)效應(yīng)具重結(jié)晶抑制效應(yīng)28Chapter16分子生態(tài)學(xué)魚類抗凍蛋白粘附到細(xì)胞冰晶表面抑制冰的生長。29Chapter16分子生態(tài)學(xué)越冬昆蟲抗凍蛋白誘發(fā)細(xì)胞周圍結(jié)晶從而避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰造成冰晶致死性傷害!30Chapter16分子生態(tài)學(xué)植物抗凍蛋白通過抑制冰晶的生長來保護(hù)細(xì)胞免遭低溫傷害!31Chapter16分子生態(tài)學(xué)32Chapter16分子生態(tài)學(xué)④冷調(diào)節(jié)基因在冷馴化植物中，可以分離出一部分冷應(yīng)激基因并高度表達(dá)，稱冷調(diào)節(jié)基因(coldregulated,COR)，在抗凍中發(fā)揮重要作用。擬南芥的COR15a分布在葉綠體內(nèi)，通過阻止低溫下葉綠體內(nèi)膜向內(nèi)彎曲以避免膜系統(tǒng)傷害形式的出現(xiàn)，從而提高葉綠體的抗凍性!33Chapter16分子生態(tài)學(xué)形成抗凍性狀與性能多個冷調(diào)節(jié)基因(協(xié)同)高度表達(dá)冷馴化低溫環(huán)境下形成低溫脅迫形成具有親水性的多肽產(chǎn)物等34Chapter16分子生態(tài)學(xué)⑤膜磷脂組成的變化生物的一種普通抗凍適應(yīng)性反應(yīng)是膜組成的變化，從而增加低溫時膜的流動性。35Chapter16分子生態(tài)學(xué)原核生物通過改變膜磷脂碳—氫鏈的飽和度，使膜磷脂的不飽和脂肪酸增加，在低溫下增加膜的流動性。放線菌藍(lán)細(xì)菌36Chapter16分子生態(tài)學(xué)許多冬眠動物冬眠時會增加心臟細(xì)胞膜上可溶性脂肪酸的量之比來調(diào)節(jié)低溫時膜的流動性。增加磷脂層脂肪酸的量改善膜的流動性!37Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉生物對高溫的分子水平適應(yīng)高溫環(huán)境形成熱休克蛋白提高細(xì)胞熱耐受性修復(fù)熱休克變性蛋白質(zhì)協(xié)同免疫作用形成多種抗熱功能抗氧化作用38Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒊植物抗旱的分子水平適應(yīng)植物對干旱的抗性是多基因控制的，主要可分兩類：轉(zhuǎn)錄因子基因抗旱功能基因抗旱控制基因干旱脅迫誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子迅速表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)抗旱功能基因的表達(dá)有RD系列基因、水通道蛋白基因、滲透調(diào)節(jié)蛋白基因等，分別調(diào)節(jié)膜的水通道、滲透壓等。39Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒋植物抗逆境的其它一些分子機(jī)制在干旱、鹽、低溫誘導(dǎo)的植物抗性方面還具有一些共同的作用機(jī)制：合成細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)小分子合成植物逆境協(xié)迫蛋白質(zhì)氨基酸類季胺類化合物糖醇類功能蛋白調(diào)節(jié)蛋白其它機(jī)制40Chapter16分子生態(tài)學(xué)人工怪柳群落—黃河三角州抗鹽改良土壤工程41Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒌小哺乳動物適應(yīng)低氧環(huán)境的分子機(jī)制低氧環(huán)境低氧靶性基因高度表達(dá)功能蛋白表型高度表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)調(diào)節(jié)表達(dá)42Chapter16分子生態(tài)學(xué)適應(yīng)低氧環(huán)境的功能蛋白類型主要功能蛋白類型血管內(nèi)皮生長因子VEGF促紅細(xì)胞生成素EPO葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子基因肌紅蛋白神經(jīng)紅蛋白細(xì)胞紅蛋白腫瘤抑制基因-轉(zhuǎn)錄因子p5343Chapter16分子生態(tài)學(xué)§4生物種群的分子生態(tài)學(xué)一、是分子生態(tài)學(xué)的研究熱點分子生態(tài)學(xué)自形成以來主要解決種群水平上的生態(tài)學(xué)問題。種群分子生態(tài)學(xué)是近代生態(tài)學(xué)研究的熱點。44Chapter16分子生態(tài)學(xué)二、種群分子生態(tài)學(xué)的主要研究內(nèi)容種群遺傳多樣性分析種群的遺傳分化基因流主要研究內(nèi)容分析基因變異豐富度亞種群間的遺傳變異兩種群間的基因流動45Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒈種群遺傳多樣性分析46環(huán)境變化種群近交度的評估種群遺傳多樣性評估確定種群的生存適合度46Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉種群的遺傳分化

亞種間的遺傳分化自然屏障距離隔離交配制度自然選擇突變漂變分析亞種群間遺傳差異與物種形成47Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒊基因流分析種群間基因流動的變化確定種群內(nèi)基因頻率的變化48Chapter16分子生態(tài)學(xué)§5親緣地理學(xué)一、定義親緣地理學(xué)是研究控制親緣譜系地理分布的原理和過程的一門科學(xué)。1987年，Avise等人在對動物mtDNA多樣性研究中發(fā)現(xiàn)不同種群mtDNA的譜系關(guān)系有明顯的地理分布格局，于是首次提出了親緣地理學(xué)這一術(shù)語。49Chapter16分子生態(tài)學(xué)二、親緣地理學(xué)的主要研究內(nèi)容推測生物冰期避難所確定瀕危物種的有效保護(hù)單元推測近緣物種間的分化時間探討物種遺傳多樣性的分布模式比較親緣地理學(xué)主要研究內(nèi)容50Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒈推測近緣物種間的分化時間⑴推測近緣種或同一物種的不同種群間的：親緣關(guān)系基因流格局進(jìn)化歷史和動力⑵探討物種形成與雜交等問題。51Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒉探討物種遺傳多樣性的分布模式細(xì)胞器基因組與核基因組比較研究了解種群的進(jìn)化歷史和動態(tài)分析兩類基因組描述出的譜系探討物種遺傳多樣性的分布模式52Chapter16分子生態(tài)學(xué)⒊比較親緣地理學(xué)自然分布相似的近緣種進(jìn)行親緣地理學(xué)研究分析它們是否具有相似的進(jìn)化歷程53Chapter16分子生態(tài)學(xué)三、親緣地理學(xué)的主要研究方法重建基因譜系巢式枝序分析分析種群在不同地質(zhì)年代所經(jīng)歷的進(jìn)化事件種群擴(kuò)散基因流片斷化物種形成物種滅絕物種適應(yīng)性輻射構(gòu)筑基因單倍型