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1、分子生态学,Molecular Ecology,Contents,一 定义及研究内容,二 应用及相关实例,三 优势及前景展望,1.分子生态学形成的背景 分子生态学是分子生物技术发展的产物，经过上世纪60年代同工酶分析时代，到70-80年代遗传变异分析时代，再到90年代的PCR时代， 1之后，随着新世纪生态环境问题不断复杂化，同时在生态学研究中,人们越来越注重对问题的本质和机制的理解。2生态学家和分子生物学家渐渐联合起来，而分子生态学作为两者之间的桥梁，应运而生。,一、定义及研究内容,1 康乐, 张民照. 分子生态学的兴起、研究热点和展望 J . 中国科学院院刊, 1995, ( 4) : 29
2、2- 299 2 龙应霞，刘洋. 分子生态学研究概况J黔南民族师范学院学报，2006，（3）30-34,一、定义及研究内容,2.分子生态学的诞生标志 1992年，英国生态学学会主办的分子生态学杂志正式创刊。,一、定义及研究内容,3.分子生态学的定义 因为分子生态学是一门新兴的高度交叉的学科，所以很难与其它学科有一个严格的界限。一直一来都是仁者见仁，智者见智。 国际上相对一致的定义是： 分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的科学。,一、定义及研究内容,特点：强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合, 优势在于对生态现象的研究不仅注意外界的作用条件,
3、 而且注意分析内部的作用机制。3 具体来说，分子生态学研究的是怎样利用DNA (基因)、蛋白质(酶)等生物活性分子的活动变化规律的研究资料来阐释生态变化的生物分子活动的规律。2 3黄勇平, 朱湘雄. 分子生态学生命科学领域的新学科 J. 中国科学院院刊, 2003, ( 2): 84- 88. 2 龙应霞，刘洋. 分子生态学研究概况J黔南民族师范学院学报，2006，（3）30-34,一、定义及研究内容,4.分子生态学的研究内容 分子生态学的研究内容可分为两个部分4： 1.基于DNA水平的研究 主要研究对象是mtDNA、叶绿体DNA、核糖体DNA 及基因组DNA (或染色体DNA ); 主要研究
4、方法有限制性片段长度多态法( RFLP)、扩增片段长度多态法( AFLP)、PCR法、随机扩增多态DNA 法( RAPD)、DNA 序列分析法、DNA 指纹图谱法、DNA 杂交技术等。 4李景文, 李俊清, 张华容. 生态学研究热点 植物分子生态学 J. 植物杂志, 2001( 4) : 40- 41.,一、定义及研究内容,RFLP较常用，以此为例 原理： 利用限制性内切酶位点专一性的特点, 将DNA 酶切消化后产生许多长短不一的片段, 这些片段的数目与长度反映了DNA 上限制性位点的分布, 对某一特定DNA 序列/限制性内切酶组合, 所产生的片段也是特定的, 它能作为该DNA 或含有该DNA
5、 生物的指纹。不同DNA 样本经相同限制性切酶完全消化后产生的片段数目和大小上差异就构成了限制性片段长度多态性。2 2 龙应霞，刘洋. 分子生态学研究概况J黔南民族师范学院学报，2006，（3）30-34,一、定义及研究内容,2.基于蛋白质水平的研究 内容多采用多位点等位酶为指标。 主要方法是蛋白质免疫法和蛋白质电泳法,其中蛋白质电泳法最为常用。 蛋白质电泳法原理：因为蛋白质的多样性归根结底还是取决于基因的多样性，我们通过蛋白质电泳所获得的多位点等位酶资料, 可以用来分析基因的变异情况,由此可以得出如遗传多样性和遗传分化等一些有价值的结论。5 5黄瑞林, 印遇龙, 侯振华等. 分子生态学的兴起
6、与应用 J. 广西农业生物科学, 2005, 24( 1): 80- 85,电泳槽,二、应用及相关实例,分子生态学虽然是新兴学科，但其应用范围很广：,在物种起源与进化研究,濒危物种保护,转基因生物释放的生态学评估,医学领域的应用,物种的遗传多样性,种群生存力分析和生活史研究,二、应用及相关实例,实例一： 微生物分子生态学是通过分析样品中DNA 分子的种类、数量和多态性等基因组信息来反映环境微生物的种类、种群数量和群落变化等信息的分支学科。 建立高效、可靠的微生物总DNA 提取方法是进行微生物分子生态学研究的基础, 而DNA 的纯化是获取高纯度微生物总DNA 的关键步骤，根据张于光6等的研究，变
7、性剂加SDS 高盐法是一种更为高效、可靠且适合于环境微生物分子生态学研究的DNA 提取方法. 6张于光，李迪强，王慧敏，肖启明.用于分子生态学研究的土壤微生物DNA提取方法J应用生态学,2005,16(5):956-960,二、应用及相关实例,实例二： 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理一向是微生物生态学的研究热点。 但是，现代分子生物学证实传统的纯培养方法培养的菌种很有限，大多数的微生物不能用这种传统方法培养，(e.g.深海细菌、嗜热菌等）以至于长期以来对未分离培养的微生物的了解很少，7对它们的功能和代谢方面的研究也因此受到很大的限制。8 7 Lewis K， Epste
8、in S， DOnofrio A， et al Uncultured microorganisms as a source of secondary metabolites J Antibiot( Tokyo) ，2010，63( 8) : 468-476 8李慧，何晶晶，张颖，等 宏基因组技术在开发未培养环境微生物基因资源中的应用 生态学报，2008，28 ( 4 ) : 1762-1773,二、应用及相关实例,分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能。现在，大多数研究微生物的群落的方法是基于PCR扩增的，针对某个基因的保守区域设计引物，
9、对环境样品的总DNA 进行扩增，再使用一定的手段将这些长度一样而序列组成不同的序列分离开来， 某种类型的序列出现的频率可以近似代表某种微生物类型。9 9李晓然,吕毅,宫路路,柳陈坚.微生物分子生态学发展历史及研究现状J中国微生态学杂志,2012,24(4):366-369,三、优势及前景展望,优势： 通过适应性基因的克隆及其分子分析可以揭示适应的起源并建立一个统一的进化理论，更重要的是分子生态学从功能上阐明生态学过程的分子机理。10因此能够更加深入的了解很多生态学过程特别是生态系统的结构和功能。11 转录和表达水平的多态性标记可能会逐步成为进行生态适应机制研究的分子标记，从而推动分子生态学向更
10、高层次拓展。 10张程，谢宜勤.分子生态学研究现状和发展趋势J安徽农业科学, 2011，39(16):9490 9492 11 胡志昂，王洪新.分子生态学研究进展J生态学报，1998,18（6）:565-574,三、优势及前景展望,分子生态学当前热点12： 1. 生态适应性研究 研究植物对水、温度、盐、重金属等非生物胁迫的分子反应以及生物胁迫反应。 2. 重组生物带来的危险 重组生物的存活、繁殖、扩散和对其他生物的影响以及对重组生物提出生态预测。 12张程，谢宜勤.分子生态学研究现状和发展趋势J安徽农业科学，2011,39（16）：9490-9492,三、优势及前景展望,3. 保护生物学 保护生物学的核心是生物多样性的保护。但在生产上，人们更愿意选择产量高的品种而将其他品种淘汰。因此协调遗传工程或保存物种基因的多样性的矛盾是分子生态学的一个重要任务。 4. 行为生态学 当前的热点主要是：花粉和种子传播的分子鉴定; 克隆繁殖植物的克隆结构及其斑块形成机制等; 有性繁殖和无性繁殖的比例，等。,Thanks for you attention!,
