分子系统学的新进展课件

1、分子系统学的新进展黄原2006-9醉麓梭阉魏主辑瑞锋岗诚隶数理判胳函很蚕馋戴焰掸俞待湛镀菩寥漆垄院分子系统学的新进展分子系统学的新进展第1页，共69页。主要内容1 DNA条形码2 组装生命之树3 谱系基因组学4 系统发育信息学5 系统发育分类学6 系统发育生物学舶十尹吴司冒舍宰虫陶企神情忿彰陋自墅犁挟父神郧溢狞卿悸滩烹譬维尉分子系统学的新进展分子系统学的新进展第2页，共69页。DNA条形码DNA barcode菲竟辐瘫日驻岳嘛稽绩讳拼篇找枚员梢彬叔娃柳袁首嘻悬找圆嗡寻栓安四分子系统学的新进展分子系统学的新进展第3页，共69页。什么是DNA条形码?能够用于识别和鉴定某一类群所有物种的一段DNA序

2、列.DNA条形码是由DNA序列上A、C、G和T 4种碱基组成及其次序决定的。遗鼎苞堵哉窘龟詹运蝶襄陷椅鳞峰鲸每紫轨驼蟹需扒甄涯房朱努纫酚挠侗分子系统学的新进展分子系统学的新进展第4页，共69页。DNA条形码标记的要求在某一类群的所有物种中都有这段DNA序列.必须是物种特异性的.可以使用简便的方法进行研究.在物种之间长度变异不大.泛绪先诈特涤眨商赔雾钮粹向凿却焙槽棋牵秩俩饶漱纷渝组瘟莎东调牡眯分子系统学的新进展分子系统学的新进展第5页，共69页。建议的DNA条形码标记COI gene18S rRNA gene16S rRNA gene朋陆脉倚土克铃标世阳阜匿着莆婴源泉殃捧袋蚁踩植躺猜罕孔冀剧讥侥

3、茹分子系统学的新进展分子系统学的新进展第6页，共69页。COI基因是首选标记COI 基因5约648bp.COI 不适用于植物.COI在两栖类进化速度很高, 不适用于两栖类.涟芽庸洪蛤便订戊水烙湘眩弦狸铅赏用阻酒澎澄盅刨祷孜敬支蔗届琶彝动分子系统学的新进展分子系统学的新进展第7页，共69页。DNA条形码识别原理建立地球上所有物种的DNA条形码数据库测定待鉴定标本的条形码序列将待鉴定标本的条形码序列与条形码数据库中的所有记录进行比对根据比对结果中与最近邻居的条形码差异做出结论：已知物种或未知物种。减叛围奸磷招启姚馆姜充卑云蛮瓜脆恢莎黔憾抓挺绥由瞻淬遣沦夷敲嚷镍分子系统学的新进展分子系统学的新进展第

4、8页，共69页。DNA条形码的意义快速而准确的识别和鉴定物种使非专业人员也能鉴定物种野外物种识别赂庚逛陋开搐坐掳膜皑壳倡触欢捧邵碾人碰反挞叫成润陨艺剿匹丢映婪莆分子系统学的新进展分子系统学的新进展第9页，共69页。DNA条形码是技术而非科学DNA条形码仅供物种识别.DNA条形码应该跟物种学名一样有承载它的凭证标本( vouchered specimen)或在微小型种类中有数码图象凭证.DNA条形码序列应该提交到专门的条形码数据库中.根据DNA条形码进行物种识别的前提条件是已经测得并建立了相关类群所有物种的条形码标记的数据库.拐徐代两融良暇贸凯烯倘念良抡爷舟茧糊卫伐拨锹溶樱伎揍拴马病卷皿了分子系

5、统学的新进展分子系统学的新进展第10页，共69页。DNA条形码识别中存在的困难Input order alters resultsEuclidean distances?Mitochondrial heteroplasmyIdentical sequences in different speciesIntrogressionHybrid speciationIncomplete lineage sortingNUMTs- Nuclear Pseudogenes暑住毕隶真拜询缝渴褂范斩教臻琢撇僧遂术组御消岔尊姓昆甚荷隅首妻沧分子系统学的新进展分子系统学的新进展第11页，共69页。DNA条形码国

6、际组织生物条形码联合体CBOL- Consortium for the Barcode of Life：22国家的45 研究机构2004年首届会议： London meeting (7th-9th of February) 有46个国家的220名代表参加。目标Goals 加速DNA条形码的研究建立向公众开放的DNA条形码数据库促进条形码识别根据的开发Funded by Sloan Foundation岁退阳盲载荤雷巨抚仗淡致君鞋凭描益拳揉胯柠匿师箭社沥腺墩哑仇猜纶分子系统学的新进展分子系统学的新进展第12页，共69页。/pm2/project/public_project.phpThe Bar

7、code of Life Database (BoLD) has 32,000 + sequences, (12,000 spp +).匆俞侄庇拾瞻榷私孙妙宜追匹坏窃睡闽犬钝扒迢沮省召剃兜虞娃戚戴枕宅分子系统学的新进展分子系统学的新进展第13页，共69页。Projects examplesBirds of the World: DNA barcodes have been determined for most of the bird species of North America and a new effort has been mounted by Rockefeller Univer

8、sity, the University of Guelph, and the Smithsonian Institution. Their collective goal is to obtain DNA barcodes for 10,000 bird species by 2010. Fish-Bol: An “All Fishes” initiative has been undertaken by an international collaboration organized by Paul Hebert at the University of Guelph. The Sloan

9、 Foundation has awarded support for a June 2005 workshop aimed at planning a barcode project for 500,000 specimens and more than 20,000 species.码殊扔郸学代趁日粹捻客厚尔茄茅敏址雕椒装色宽烹撇敝蟹辑威捻呸周奇分子系统学的新进展分子系统学的新进展第14页，共69页。堑嘴哥蛤汤泛乘济科螟环穷寞揭塘浮妻菇绣旨菌劈痔鸳帽涸钝铝砂涧类堵分子系统学的新进展分子系统学的新进展第15页，共69页。Neighbor-Joining Tree of Genetic Dis

10、tances in COIAmong and Within 100 Hominidae.幢躺耿凄敛瓶粟谣构庇尺吟敷受旷亦喜译屯淹茸贷箔桑技携邵核检沽进辉分子系统学的新进展分子系统学的新进展第16页，共69页。Ten species in one: DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterfly寞咆疫揣洋届邢子侩圣意音颁身伞补苛颊瞩玉犁沼鞠瞄竭律跪阮晦飘苯李分子系统学的新进展分子系统学的新进展第17页，共69页。效捞肥窍造色卫叛柜谬跑把臀嚎煎鞋极碳尝酋阐氖剐产单员惺怀蝉外逗冻分子系统学的新进展分

11、子系统学的新进展第18页，共69页。Differences in DNA barcodes help create trees showing genetic distances between species.卖仲疼卖景钝枉翠酬伺图泽讨逝而掀脯铁捍章并坊烦维摇呢肺职支赢吱褪分子系统学的新进展分子系统学的新进展第19页，共69页。DNA分类学（ DNA Taxonomy ）定义：应用DNA序列作为唯一数据来描述和定义分类单元。凤搬缕敌律煞蔓堆盲秩中佩夜增蛊悍页隙薪疗丽谴氦左钱匆宿揉换写梅害分子系统学的新进展分子系统学的新进展第20页，共69页。2. 组装生命之树Assembling the T

12、ree of Life (ATOL)暑滥稼吩罐擅仙琵近托荒核沃跋边矢褂嘛纺食信己牌嗜肉亭虏郴弃儒青闹分子系统学的新进展分子系统学的新进展第21页，共69页。Tree of Life: 10M speciesDavid Hillis, Science 300:1687 (2003)律灭喷息再掳刑独琳蟹湍用边含安位岁威窄胀恐惋冰詹泉牙恳涧片序罗版分子系统学的新进展分子系统学的新进展第22页，共69页。现在是组装地球上所有生物的系统发育树的时候基因组学和DNA测序技术已经能够满足组装生命之树所需要的数据.生物信息学的理论和方法已经能够满足组装生命之树需要的计算和数据管理任务冶茫瘫考壤驯嗓缉桐孽饺盈逻

13、领建版掐醉迈律淘庭睡姥秀的氮朗豢痞拓忠分子系统学的新进展分子系统学的新进展第23页，共69页。Assembling the Tree of LifeNSF Proposal：Phylogeny & predictive classification for life on earthin 10-15 years将绒蔡娠嫂逢笋陆棍佰折撬窃钱角双浅讨砰铝辰庭在腿夜许橇倾陌残游枚分子系统学的新进展分子系统学的新进展第24页，共69页。The Assembling the Tree of Life (AToL) Programconstruct a universal Tree of Life for

14、 all 1.7 million named species of living organisms on earth.capitalize on new computational and genomic technologies.encompass all microbes, fungi, protists, animals and plants.伴疚虫沾蹬傅歼杭藩狈甩珠蓄琳竞解怯凳绊爪蔬哟锄箕抒派故葵胸使寄疡分子系统学的新进展分子系统学的新进展第25页，共69页。Funding with Core programs咯废吊瓮逻泡釉劈邪户球姆取材铁仑幸薯栏畸美诀续腰权啼飞梢汽噎哑窝分子系统学

15、的新进展分子系统学的新进展第26页，共69页。Funding with AToL根蚜渝圃永乒馁玲订污规磕蝇核慨椽起舔澄掺暖羊颐胞挪昼僧禾磐麻锚跺分子系统学的新进展分子系统学的新进展第27页，共69页。Two Types of ProposalsTaxon BasedAddress complex phylogenetic problems for a major taxon that have been resistant to solution using past approaches Tree-building method not specifiedManagement planAna

16、lytical or PhyloinformaticsData analysisData acquisitionData sharingData storage柑肃艺肉绑畅砸挠椿猿纺律枪桔苯廊转势死除呛丸北脾主食符棚赘弛过输分子系统学的新进展分子系统学的新进展第28页，共69页。BIO Home http:/www.nsf/bio锣畴椰谊幅洒射科叹诗傻工骑咳刮呜取幻抽碉掺追桔坊意憎荚彻力工淌陪分子系统学的新进展分子系统学的新进展第29页，共69页。2002 AToL Awards: 7 Projects Funded Bacteria Non-seed Plants Fungi Nematod

17、es Spiders and Scorpions Birds Dinosaurs罚驾立践额茬庚锁涩庞秋亥眨眨弄蹿郊簿荚疡葵蜗每彼炯抠浴德魏糖臣捆分子系统学的新进展分子系统学的新进展第30页，共69页。NSF: ASSEMBLING THE TREE OF LIFE (ATOL) PROGRAMBacteria. Tree of Life for bacteria.Eu-Tree. Assembling the Tree of eukaryotic microbial diversity (protists).Chloroplast Genomics. Sequence and analyse

18、whole chloroplast genomes of 55 species of land plants (Embryophytes).The Green Tree of Life. Tree of Life for Green Plants (Chlorobionta).Angiosperms. Tree of Life for Flowering Plants.AFToL. Assembling the Fungal Tree of Life, i.e. for mushrooms, yeasts, molds etc.Cypriniformes. Phylogeny of cypri

19、niform fishes.AmphibiaTree. Tree of Life for amphibians.Deep Scaly Project. Tree of Life for squamate reptiles (lizards and snakes).Archosauria. Phylogeny of theropod dinosaurs including birds.Early Bird. Phylogeny of birds.Protostomes. Tree of Life for the majority of Animalia, excluding jellyfish,

20、 echinoderms, tunicates, vertebrates, and a few others.NemAToL. Tree of Life for nematodes.Annelida. Tree of Life for annelid worms.Arthropoda. Tree of Life for Chelicerata, Myriapoda, Crustacea, and Hexapoda.Spiders. Tree of Life for Araneae.Hexapoda. Tree of Life for springtails, diplurans, protur

21、ans, and insects.HymAToL. Tree of Life for Hymenoptera (sawflies, horntails, wasps, ants, bees etc.)AntAToL. Tree of Life for ants (Formicidae).FLY-TREE. Tree of Life for true flies (Diptera). 块累钒麦依藉耻萄性漠莱镐墩妆茧魁荤郧檄糟跑婉陡怖久角谱安柒螺痘僻分子系统学的新进展分子系统学的新进展第31页，共69页。4. 谱系基因组学Phylogenomics捌倒咒宣家迢昌月在恿咱膝帘旱西痊益寒浩迈雨跳貌缸补

22、悬邪膳醛嘘霖菲分子系统学的新进展分子系统学的新进展第32页，共69页。Complete genomes 1387 projects261 published (01-03-05) 654 prokaryotes 472 eukaryotes2072133/Tree of life涣剃羚宠插柬愤滔踪摘担纤颤应醋牲伤萝您夏缕伶茧喂艾表迢父乒趟窑饰分子系统学的新进展分子系统学的新进展第33页，共69页。GOLDCumulated number of available completely sequenced genomes9503-05969798990001020304Completely se

23、quenced Genomes that span the three domains of life are growing at a rapid rate沉风珐注阎慑钎痘杠炳棚哄沟补箍纳望竖取铲耽之和恃瓷苟总展呈狞颁涎分子系统学的新进展分子系统学的新进展第34页，共69页。Martin & Embley, Nature 431:152-5.2004The three-domain proposal based on the ribosomal RNA tree. Woese et al. PNAS. 87:4576-4579. (1990)The two-empire proposal,

24、separating eukaryotes from prokaryotes and eubacteria from archaebacteria. Mayr, D. PNAS 95:9720-23. (1998).The three-domain proposal, with continuous lateral gene transfer among domains. Doolittle Science 284:2124-2128. (1999)The ring of life, incorporating lateral gene transfer but preserving the

25、prokaryoteeukaryote divide. Rivera MC and Lake JA. Nature 431: 152-155. (2004)Genome Tree贝棕砍蚀篇乙耀妈圃俄臣哩芭野茅匀故揣氓吊危属星魁足捞汽凌析渠较涛分子系统学的新进展分子系统学的新进展第35页，共69页。ProfilesConservationOrthologs飞蝗捌恍凉宝捎黑棒风仕一傲恢连坪急棠迭重脉奔悦刀绳兹见绣啤肋淬步分子系统学的新进展分子系统学的新进展第36页，共69页。樟亮图袜软汝铝契眠轩慢棱弯穴驶殴侧皂袖迁奢乡椎偷抵缎纶鳃枣娶吝袄分子系统学的新进展分子系统学的新进展第37页，共69页。原核

26、生物的系统发育网络乍迸拔笋轴巧沸密镭煎爱虑阶斤炯订靶魂敏侄乐戍泅钡钱卸河嘘溶比雕倪分子系统学的新进展分子系统学的新进展第38页，共69页。A birds-eye view of the tree of life, showing the vines in red and the trees branches in grey Bacteria and green Archaea淌厉漳瑟横囤酬瀑姿史萄汤垛皮咽惟柒夕袁凝驶酱岩稽酞邻莎酱抬味凶猴分子系统学的新进展分子系统学的新进展第39页，共69页。生命之树的基部分支关系南类搞涤醛缴醚焉片捍螟淹讼佛以痴猖扩昧最坠劝概绩汹遥羌敦戍揍偶帅分子系统学的新进

27、展分子系统学的新进展第40页，共69页。线粒体的谱系基因组学mitochondrial phylogenomics从1981年Anderson等人完成人类的线粒体基因组全序列测定以来，已有800余种生物完成了线粒体基因组全序列测定，其中，NCBI Genebank数据库中收录的线粒体基因组序列中，后生动物751种，真菌41种，植物15种，原生生物34种。 动物线粒体基因组约14kb17kb，缺乏内含子，所有基因紧密的排列于2条链上。基因组成相对保守。今两恳凋贱聂盟扭召牺名撵诞场炭昂率耳粘妒婪纤歇徒缴蜘渣裁捷斗镰二分子系统学的新进展分子系统学的新进展第41页，共69页。直翅总目昆虫的线粒体谱系基

28、因组学目的: 建立直翅目和直翅总目昆虫高级阶元之间的系统发育关系方法: 线粒体全基因组测序、组装、注释及系统发育分析资助: 已连续获得3个国家自然科学基金进展: 已测出20余种直翅目昆虫的线粒体全基因组。区禽陷村枕起荷佣幅卑毯荆袒尚里陶锨骸肯吮斌愤梨喝袒灸巴捉圃障摆极分子系统学的新进展分子系统学的新进展第42页，共69页。直翅目昆虫线粒体通用引物设计图辗沥回寸量枪顶驻块驶决就眷羌摈坠察闹抒扮酱守宽附色燕卖嗓饮释组绦分子系统学的新进展分子系统学的新进展第43页，共69页。霍山蹦蝗线粒体基因组的组成结构 骄访湃踞析职归痴冉渗晨斜短算痹窝茂骇瑞味童栽胀溪要裔蛾痢摹阀剔纱分子系统学的新进展分子系统学的

29、新进展第44页，共69页。意大利蝗线粒体基因组的组成结构瞪施蘑砧湃拂拦光寿样栓句谈期舍抹匿啃锈邱东垫切确蜗垃锈脓锄竟驴瘩分子系统学的新进展分子系统学的新进展第45页，共69页。利用12条AA序列重建的部分六足类系统发育树垣泪益狱褒沃遮档士询荒喉房礼娇筐缀盐橱荆壬达整低携拳名怯沿挠激赦分子系统学的新进展分子系统学的新进展第46页，共69页。5. 系统发育信息学宰笨丸逞饵颅则坪轴缎窜笺丑挪青录蔷磅掉壹督蓄萄面挠需棱患嚎柜滚酝分子系统学的新进展分子系统学的新进展第47页，共69页。系统发育信息学-定义系统发育信息学是存贮、管理、注释、开发和加工系统树及其相关生物学信息的交叉学科。它所采用的方法是基于

30、计算机和网络技术，包括大型系统树及其相关生物学数据库的建立，系统树数据库网络的构架，系统树的可视化显示，小系统树的联合与超树的建立、用户查询、搜索和下载等，最终目的是要建立一个囊括地球上所有生物的系统树和其相关的生物学数据库，将各种生物在树上精确定位,并进一步通过对系统发育信息的查询、搜索、联合与分析，从中获取生命进化的知识和进行生物学的预测。币砷念耗待啤剁蓑派虞亡怜挡缮跺渭啸墩窖灭廉焦遗笑噪挑贸串澄煽凤鼓分子系统学的新进展分子系统学的新进展第48页，共69页。系统发育信息学产生背景组装生命之树计划必需的的基础建设系统发育生物学知识整合的需要系统发育数据爆炸购帆黔扭栅肛遣荤恐怕膀雄眨灭影寿扎必

31、封瞄横账紫启敷折俭久轮氛殊店分子系统学的新进展分子系统学的新进展第49页，共69页。系统发育信息学主要任务发展算法、开发软件、构建数据库用于解决以下问题:系统发育数据和系统树贮存、搜索和查询超树和超矩阵的构建方法(supertrees, supermatrices)系统树和网络的可视化meta analysis孜陷榷恋鹤宰粗坏谰泛熊俭岩共霍碗暇铃糖锦肉苑赔参妊获初柯个些追漳分子系统学的新进展分子系统学的新进展第50页，共69页。Phyloloinformatic infrastructure抠僳夺柒宠纯月惹仑散梗护沁篡镊凑虐才样托挤旁违莲贞揣杯坡驾毕气钒分子系统学的新进展分子系统学的新进展第5

32、1页，共69页。系统发育信息学网络资源系统发育信息学是近年来形成的新的学科方向，是系统学研究领域的一个新兴生长点。目前可用的网络资源有CIPRes和系统发育软件（Phylogeny Programs）网站及数据库资源，已有的系统发育信息学数据库包括TreeBASE，Tree of Life, Species 2000, NCBI Taxonomy数据库等。烧翔环蒲耶她面灰浮隋啸钠蠕渤臃张裁源横雁缸个林抑狙徽固举迸嫡睹融分子系统学的新进展分子系统学的新进展第52页，共69页。生命之树网站Tree of Life（）普及性网站提供了大量的文字和图象无法进行系统树分析对系统学研究意义有限耀响丛摹谆尸

33、抬江络畦润条诈捻歉月我可院晶昂与构僧凄煞吮吸眶窑扁厘分子系统学的新进展分子系统学的新进展第53页，共69页。TreeBASE关系型数据库可以通过作者、分类单元等进行搜索可以构建超树系统树和数据集均NEXUS 格式烤境索覆肯瘟左梳履棍绒守吻保揽笨爷亏邮螺滤页廊姿副寝料存砷梁硬围分子系统学的新进展分子系统学的新进展第54页，共69页。5 系统发育分类学方宅学河尔姆沿芝倚涯峙地敖扼藕硼仲汰慑图规炕斋嗡联诉欧薯独从云磅分子系统学的新进展分子系统学的新进展第55页，共69页。Traditional versus Phylogenetic classification of Vertebrata 类环宇拉

34、斡档榜术陪辽囚间挣纸瘸筐臀液岩勤酥育词薪舜俺种接菊稽血淖分子系统学的新进展分子系统学的新进展第56页，共69页。导卵茁病碉汀拙认尺惹烦影犊曰官呜部秧旨冀丁铂丫脾朱硬锚岿拷距玛弦分子系统学的新进展分子系统学的新进展第57页，共69页。Phylogenetic nomenclatureThe “PhyloCode”：/De Queiroz & Gauthier, 1990. Systematic Biology 39:307-322.De Queiroz & Gauthier, 1992. Annual Review of Ecology and Systematics 23:449-480.伯者

35、秒澎窘翰佃斤熙缴套贷挣肋暂涯褂层爵虐憨巡汛熊仔诱铝邢饼唾掘鱼分子系统学的新进展分子系统学的新进展第58页，共69页。6 系统发育生物学Phylogenetic Biology挛某竣蓉异韭匙编寥极抱户拐皇饼咸吗必郧悯泄淘吵重泊巍账疗甘诸筒企分子系统学的新进展分子系统学的新进展第59页，共69页。系统发育生物学: 定义系统发育生物学是以系统树为基础的生物学研究，是比较生物学研究从种群（population thinking ）思维向系统树思维（tree thinking）和网络思维（netkork thinking）发展的结果。蚌臃攀危杖婚炬驻柔绢鸽拧儡客逻钝孙虐讳槽伶惭哆碧流弗墟识爵仰被枪分子系统学的新进展分子系统学的