Chapter-16-分子生态学

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1、2021/3/111QQ:1622865111；基基 础础 生生 态态 学学:13873693170主讲：主讲：张健华博士张健华博士2021/3/112 左边比较肥的一只老鼠是正常的老鼠，而右边一只通过左边比较肥的一只老鼠是正常的老鼠，而右边一只通过基因工程锁死基因工程锁死ACC2酶的老鼠则比较苗条。酶的老鼠则比较苗条。分子生物学分子生物学的有效性的有效性?2021/3/113Chapter 16 分子生态学简介分子生态学简介 1 分子生态学概念分子生态学概念 2 常用分子生物学技术与分子标记常用分子生物学技术与分子标记 3 生物对逆境胁迫的分子水平适应生物对逆境胁迫的分子水平适应 4 生物种

2、群的分子生态学生物种群的分子生态学 5 亲缘地理学亲缘地理学2021/3/1141 分子生态学概念分子生态学概念用分子生物学的原理与方法在分子水用分子生物学的原理与方法在分子水平上研究生态学问题的一门分支学科。平上研究生态学问题的一门分支学科。2021/3/115 90 年代初新兴的一门生态学分支学科，不同学年代初新兴的一门生态学分支学科，不同学者对分子生态学的概念有着不同的理解。者对分子生态学的概念有着不同的理解。国内国内2009年年才翻译出版才翻译出版2021/3/116在分子水平上研究大熊猫的适应能力在分子水平上研究大熊猫的适应能力!2021/3/1172021/3/1182 常用分子生

3、物学技术与分子标记常用分子生物学技术与分子标记 一、分子标记与生态学一、分子标记与生态学 目前在生态学领域应用较多的是目前在生态学领域应用较多的是2021/3/119 分子标记分子标记Molecular Markers 指能反映生物个体或种群间指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性基因组中某种差异的特异性DNA片段。片段。能反映个体差能反映个体差异的异的DNA片断片断!2021/3/1110 分子标记分子标记(技术技术)的意义的意义 分子标记可用来分析个体间遗传物质内分子标记可用来分析个体间遗传物质内核苷酸核苷酸序列序列的变异度，的变异度，研究研究 DNA 水平遗传多态性。水平遗传多

4、态性。分子标记研究表明南非分子标记研究表明南非猎豹遗传多样性低是频猎豹遗传多样性低是频临灭绝的主要原因临灭绝的主要原因!2021/3/1111 二、常用分子标记生物学技术二、常用分子标记生物学技术常用分子标记技术常用分子标记技术同工酶电泳技术同工酶电泳技术限制片段长度多样性分析限制片段长度多样性分析小卫星小卫星DNADNA指纹指纹随机扩增多态性随机扩增多态性DNADNA技术技术扩增限制性片段长度多态性分析扩增限制性片段长度多态性分析DNADNA序列分析序列分析单核苷酸多态性分析单核苷酸多态性分析微卫星微卫星定时定量定时定量PCRPCR技术技术2021/3/1112n利用同工酶电泳技术可根据利用

5、同工酶电泳技术可根据酶带的变化酶带的变化来判定种群来判定种群内不同个体间基因位点及等位基因的变异性，并比内不同个体间基因位点及等位基因的变异性，并比较不同种群之间遗传变异的差别。较不同种群之间遗传变异的差别。2021/3/1113nRAPD 技术是建立在技术是建立在PCR(聚合酶链反应聚合酶链反应)基础之上基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。的分子技术。2021/3/1114 2021/3/1115 三、分子标记技术在生态学中解决的问题三、分子标记技术在生态学中解决的问题 深入研究遗传多样性时空变化模式及其机制深入研究遗传

6、多样性时空变化模式及其机制人类肤色与适应人类肤色与适应!2021/3/1116 猿与人的亲缘关系的建立确定人的进化历程猿与人的亲缘关系的建立确定人的进化历程2021/3/1117 福寿螺扩散至广西稻田福寿螺扩散至广西稻田250250亩受灾亩受灾2021/3/11182021/3/11193 生物对逆境胁迫的分子水平适应生物对逆境胁迫的分子水平适应 逆境胁迫因子对生物生存、生长发育的影响逆境胁迫因子对生物生存、生长发育的影响研究研究已已深入到分子水平。深入到分子水平。生物对寒冷的分子水平适应生物对寒冷的分子水平适应生物对高温的分子水平适应生物对高温的分子水平适应植物抗旱的分子水平适应植物抗旱的分

7、子水平适应植物抗逆境的分子机制植物抗逆境的分子机制小哺乳动物适应低氧环境的分子机制小哺乳动物适应低氧环境的分子机制2021/3/1120内温动物内温动物增加偶联蛋白增加偶联蛋白增加非颤抖性产热增加非颤抖性产热2021/3/1121解偶联蛋白解偶联蛋白冷休克蛋白冷休克蛋白抗冻蛋白抗冻蛋白冷诱导基因冷诱导基因细胞膜磷脂的组成变化细胞膜磷脂的组成变化2021/3/1122 小型哺乳动物褐色脂肪组织中的解偶联蛋白启动非小型哺乳动物褐色脂肪组织中的解偶联蛋白启动非颤抖性产热。颤抖性产热。褐色脂肪细胞褐色脂肪细胞!2021/3/11232021/3/1124 蝙蝠肩胛间的褐色脂肪组织示意图蝙蝠肩胛间的褐色

8、脂肪组织示意图2021/3/1125 褐色脂肪细胞与白色脂肪细胞褐色脂肪细胞与白色脂肪细胞示意图示意图2021/3/1126褐色脂肪组织细胞线粒体内膜褐色脂肪组织细胞线粒体内膜具有特殊的解偶联蛋白具有特殊的解偶联蛋白(UCP1)(UCP1)启动褐色脂肪组织进行解偶联呼吸启动褐色脂肪组织进行解偶联呼吸释放大量的热释放大量的热2021/3/1127原核生物在寒冷环境中原核生物在寒冷环境中产生冷休克反应产生冷休克反应冷休克反应产生冷休克蛋白冷休克反应产生冷休克蛋白2021/3/1128低温环境下低温环境下形成对生物的低温胁迫形成对生物的低温胁迫合成抗冻蛋白合成抗冻蛋白具热滞效应具热滞效应具冰晶形态效

9、应具冰晶形态效应具重结晶抑制效应具重结晶抑制效应2021/3/11292021/3/11302021/3/11312021/3/11322021/3/1133 在冷驯化植物中，可以分离出一部分冷应激基因并在冷驯化植物中，可以分离出一部分冷应激基因并高度表达，称冷调节基因高度表达，称冷调节基因(cold regulated,COR)，在抗冻中发挥重要作用。在抗冻中发挥重要作用。2021/3/11342021/3/11352021/3/1136 原核生物通过改变膜磷脂碳原核生物通过改变膜磷脂碳氢链的饱和度，使膜氢链的饱和度，使膜磷脂的不饱和脂肪酸增加，在低温下增加磷脂的不饱和脂肪酸增加，在低温下增

10、加膜的流动膜的流动性性。放线菌放线菌蓝细菌蓝细菌2021/3/1137 许多冬眠动物冬眠时会增加心脏细胞膜上可溶性脂许多冬眠动物冬眠时会增加心脏细胞膜上可溶性脂肪酸的量之比来调节低温时肪酸的量之比来调节低温时膜的流动性膜的流动性。增加磷脂层脂肪酸的增加磷脂层脂肪酸的量改善膜的流动性量改善膜的流动性!2021/3/1138高温环境高温环境形成热休克蛋白形成热休克蛋白提高细胞提高细胞热耐受性热耐受性修复热休克修复热休克变性蛋白质变性蛋白质协同免疫作用协同免疫作用形成多种抗热功能形成多种抗热功能抗氧化作用抗氧化作用2021/3/1139 植物对干旱的抗性是多基因控制的，主要可分两类：植物对干旱的抗性

11、是多基因控制的，主要可分两类：转录因子基因转录因子基因抗旱功能基因抗旱功能基因抗旱控制基因抗旱控制基因干旱胁迫诱导转录干旱胁迫诱导转录因子迅速表达因子迅速表达,进而进而调节抗旱功能基因调节抗旱功能基因的表达的表达有有RD系列基因、水系列基因、水通道蛋白基因、渗通道蛋白基因、渗透调节蛋白基因等，透调节蛋白基因等，分别调节膜的水通分别调节膜的水通道、渗透压等。道、渗透压等。2021/3/1140 在干旱、盐、低温诱导的植物抗性方面还具有一些在干旱、盐、低温诱导的植物抗性方面还具有一些共同的作用机制：共同的作用机制：合成细胞渗透调节小分子合成细胞渗透调节小分子合成植物逆境协迫蛋白质合成植物逆境协迫蛋

12、白质2021/3/1141 人工怪柳群落人工怪柳群落黄河三角州抗盐改良土壤工程黄河三角州抗盐改良土壤工程2021/3/1142低氧环境低氧环境低氧靶性基因高度表达低氧靶性基因高度表达功能蛋白表型高度表达功能蛋白表型高度表达诱导表达诱导表达调节表达调节表达2021/3/11432021/3/11444 生物种群的分子生态学生物种群的分子生态学 分子生态学自形成以来主要解决种群水平上的生态分子生态学自形成以来主要解决种群水平上的生态学问题。学问题。2021/3/1145种群遗传多样性分析种群遗传多样性分析种群的遗传分化种群的遗传分化基因流基因流主要研究内容主要研究内容2021/3/1146 种群遗

13、传多样性分析种群遗传多样性分析46种群近交种群近交度的评估度的评估种群遗传种群遗传多样性评估多样性评估确定种群的生存适合度确定种群的生存适合度2021/3/1147 种群的遗传分化种群的遗传分化 自然屏障自然屏障距离隔离距离隔离交配制度交配制度自然选择自然选择突变突变漂变漂变分析亚种群间分析亚种群间遗传差异遗传差异与与物种形成物种形成2021/3/1148 基因流基因流分析种群间基因流动的变化分析种群间基因流动的变化确定种群内基因频率的变化确定种群内基因频率的变化2021/3/11495 亲缘地理学亲缘地理学 一、定义一、定义 亲缘地理学是研究控制亲缘谱系地理分布的原理和亲缘地理学是研究控制亲

14、缘谱系地理分布的原理和过程的一门科学。过程的一门科学。19871987年，年，Avise Avise 等人在对动物等人在对动物mtDNAmtDNA多样性研究中发现多样性研究中发现不同种群不同种群mtDNAmtDNA的谱系关系有明显的地理分布格局，于的谱系关系有明显的地理分布格局，于是首次提出了亲缘地理学这一术语。是首次提出了亲缘地理学这一术语。2021/3/1150 二、亲缘地理学的主要研究内容二、亲缘地理学的主要研究内容推测生物冰期避难所推测生物冰期避难所确定濒危物种的有效保护单元确定濒危物种的有效保护单元推测近缘物种间的分化时间推测近缘物种间的分化时间探讨物种遗传多样性的分布模式探讨物种遗

15、传多样性的分布模式比较亲缘地理学比较亲缘地理学主要研究内容主要研究内容2021/3/1151 推测近缘物种间的分化时间推测近缘物种间的分化时间 推测近缘种或同一物种的不同种群间的：推测近缘种或同一物种的不同种群间的：亲缘关系亲缘关系 基因流格局基因流格局 进化历史和动力进化历史和动力 探讨物种形成与杂交等问题。探讨物种形成与杂交等问题。2021/3/1152 探讨物种遗传多样性的分布模式探讨物种遗传多样性的分布模式细胞器基因组与核基因组比较研究细胞器基因组与核基因组比较研究了解种群的进化历史和动态了解种群的进化历史和动态分析两类基因组描述出的谱系分析两类基因组描述出的谱系探讨物种遗传多样性的分

16、布模式探讨物种遗传多样性的分布模式2021/3/1153 比较亲缘地理学比较亲缘地理学自然分布相似的近缘种自然分布相似的近缘种进行亲缘地理学研究进行亲缘地理学研究分析它们是否具有相似的进化历程分析它们是否具有相似的进化历程2021/3/1154 三、亲缘地理学的主要研究方法三、亲缘地理学的主要研究方法2021/3/1155一、名词解释一、名词解释Chapter 16 作业题作业题分子生态学分子生态学亲缘地理学亲缘地理学基因流基因流PCR技术技术二、问答题二、问答题简述常用的分子标记技术。简述常用的分子标记技术。2021/3/1156课程教学结束!祝各位身心健康,前程远大!2021/3/1157谢谢聆听学习愉快