分子生态学导论

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1、分子生态学导论,中山大学 Z,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,Main references：,R Frankham, JD Ballou & DA Briscoe Introduction to conservation genetics T.Beebee & G Rowe An introduction to mollecular ecology,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,课程内容,本课程包括理论课（54学时）与实验课（36+学时）两部分，理论课主要包括十章内容： 1. 引言：分子生态学定义、研究范畴及其简史与发展 2. 分子生物学基础回顾 3. 物种

2、、个体、性别分类学的分子鉴别 4. 分子行为生态 5. 种群遗传生态 6. 分子适应变异 7. 分子亲缘地理 8. 保护遗传学 9. 微生物分子生态 10. GMO与分子生态,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,实验课内容：,1. 分子生态学中DNA提取与纯化，PCR的原理与操作回顾(实验室操作要求及注意事项,样品的采集与保存) 2. 等位酶分析方法 3. 凝胶电泳（淀粉胶或PAGE） 4. PCR 5. ISSR标记方法 6. 分子生态数据分析基础与相关软件,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,第一章,绪论,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,主要内容：,

3、什么是分子生态学？分子生态学简史 分子生态学在进化研究中的发展 生态学中的遗传学 分子标记 分子生态学研究的里程碑 分子生态学进展,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.1 什么是分子生态学？分子生态学简史,广义地讲，分子生态学是指用分子遗传学方法解决生态学问题的研究学科。 Q: 这之前你所了解的分子生态学，给出一个例子？,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,什么是分子生态学？广义地说它是应用生子遗传学方法解决生态学问题。但这个定义确实太广泛，用起来确实太含糊不清，这也暗示说分子生态学只是一门应用科学，而它并不是，正如我们在这本书中论述所希望的，理论和实践的发展都不断

4、支持分子生态学是以它本身应该具有的一门学科出现的。它是一门新的（纯）科学，至少在学科名上是这样。 (引自Beebee An Introduction to Molecular Ecology.）,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,分子生态学发源于系统学、进化论、遗传学和行为生态学的相关研究，并与分子生态学研究自身的资料累积及遗传标记范围的扩大与应用等紧密相关。 猎豹(Acinonyx Jubatus)的故事,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,(Acinonyx Jubatus),张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG S

5、YSU,我国的大熊猫,http:/ 分子生态学的发展,生化色素19世纪的研究（羽红素turacin，Church 1867） http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,蛋白质DAN标记从20世纪中叶开始 电泳技术、内切酶、PCR技术、测序技术,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,分子生态学的进化观,系统学、系统发生学及物种的概念：种的鉴定从形态学特征发展到分子变化的水平上，特别是种内的变化及分类级别的确定（如杂种）. Q：物种的概念，你知道多少种物种定义？,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,分子生态学研究的分类级别除了种上之外，种下的分类单位占有很大的比例

6、。 回顾一下生态学研究的几个层次：个体、种群、群落、生态系统 分类学上的种下等级有：亚种、变种、宗等。 分子生态学研究中，杂交种的确定占有重要位置。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,例如：植物矮山茱萸Cornus canadensis 和 C. seucica的个种 动物杂色鹡鸰 Motacilla alba yarrellii和M. alba alba http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,现代遗传学的发展： 1833年发现了细胞核，1873年第一次观察到了染色体.1900年，Mendel的遗传定律被重新发现（1866年发表）.1909年Johannsen引进

7、了基因的概念.1908年Hardy-Weinberg平衡定律产生：一个随机交配个体的种群，基因频率在这个世代和下个世代间基本不变。 新达尔文主义将Mendel遗传与进化论相结合。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1953年，确定了DNA结构(Watson and Crick 中性理论：分子生态的中性理论是一个主要发展方面，并且被结合到现代合成理论中.,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,全称为分子演化的中性理论，简称为中性理论。是日本遗传学家木村资生在1960年代后期到1970年代早期所提出的一种演化理论。 这个理论认为在分子遗传学的层次上，基因的变化大多数是中性突

8、变，也就是对生物个体既没有好处也没有坏处的突变。由于中性突变并不受自然选择影响，因此中性理论也曾被认为是与查尔斯达尔文的自然选择理论处于竞争状态。 不过现今的演化生物学家认为，自然选择理论与中性理论是能够并立且互补的。例如木村资生本人便曾在1986年说：“此理论并不否认自然选择对于适应演化上的方向决定”。 -百度知道,演化中性理论,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,行为生态学：涉及各种精细的复杂过程，包括重要的目的进化，如自私基因等的研究 (Dawkings 1976).,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.3 生态学中的遗传学,生态遗传学(ecological

9、genetics)了解种群个体变化中遗传与环境所起作用的科学，有较长的历史，如果蝇，工业黑变病造成胡椒粉蛾Biston betularia 表型比例的变化。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,杂交区(hybrid zone)如眼蝶Maniola jurtina在欧洲的分布及杂交区的形成; 植物的例子如矮山茱萸。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,例：欧洲乌鸦Corvus corone的两个变种是个好例子，食腐乌鸦 C. corone corone是全黑的，而蒙面乌鸦C.

10、corone cornix是灰黑色的http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,环境作用对形态影响的例子 如夜蛾Pseudaletia unipuncta,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,遗传型(genotype)个体具有的所有基因组合。 表型(phenotype) 环境和基因型作用于有机体上的总和。 注意：没有理由认为在同一个分类群中，形态上的分化与分子上的分化以相似的速率发生。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,基因与环境的关系,Cline 渐近系 Cryptic species complex 隐存种

11、复合群 Endangered species 濒危物种 Genetic pollution 遗传污染 Genetic erosion 遗传冲刷 Ring species 环系种 Systematics 系统学,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,影响蜗牛Cepaea nemoralis颜色变化的生态原因,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,种群中的表型多样性,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.4 分子标记,鉴别物种的方法包括： 形态学鉴别：虽然易于观察

12、和测量，却常受强选择作用并还可能受环境的影响，而分子遗传标记的应用则至少部分地避开了这些限制。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,什么是分子标记？,分子标记是指可用于指示基因组范围内变化的多态性蛋白质或DNA序列（不同于化学生态），分子生态注重于基于分子遗传技术方面的研究。 Q:你所了解的分子标记有哪些？,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,分子标记的类型,根据分子标记产生的特点，通常可以将之分为五类： 1.以south

13、ern杂交技术为基础,如限制性片段长度多态性(RFLP);,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,分子标记,2.以PCR技术为基础,如随机扩增多态性DNA(RAPD) , STS,EST,SCAR,CAP,AFLP;,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,3.以重复序列为基础,如单序列重复SSR（微卫星）;,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,4.以单链构象多态性为基础,如单链构象多态性SSCP 5.原位杂交技术,包括荧光原位杂交FISH, ISH.,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,表 1.1 用于

14、分子生态学的主要分子标记，分子标记类型在随后的章节中叙述,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.5 分子生态学研究的里程碑,1.5.1 早期的分子生态学： 1900年发现ABO血型系统 (Karl Landsteiner) 1.5.2 1955年,Smithies http:/ 等建立了等位酶(allozyme), 或同功酶(isoenzyme)的电泳http:/ 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.5.3 1968年，Meselson 和Yuan发现第一个内切酶，从而出现了限制性内切酶片段长度多态性（RFLP）的检测方法; 到2003年，约有3500种内切酶被鉴定。 1.5.4 1985年，小卫星（minisatellite）被用于亲子鉴定(Jeffreys 1985),张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,1.5.5 微卫星(microsatellite)指纹鉴定 在分子生态研究中，微卫星指纹鉴定应用广泛，特别是在动物生态等研究中，如同时孵化的2种鸸鹋，卵大小变化明显。 1.5.6 合成酶链式反应（PCR） 包括3个步骤，变性、退火、延伸; PCR仪和 Taq 酶的应用使其自动化。,张军丽 中山大学JUNLIZHANG SYSU,