从分子水平看演化

组员：孟小川、潘艺华从分子水平看演化大分子起源比较基因组学病毒物种演化的分子机制大分子起源模式小分子无机物（无氧的还原性气体如甲烷、氨、氢气、水等）小分子有机物（如核苷酸、氨基酸等）高分子有机物（如蛋白质、核酸等）在原始海洋中彼此作用冷凝汇流成海洋，在紫外光、雷电、宇宙射线等能量作用下原始的生命起源和发展需要经过两个阶段：化学进化与生物进化。生命起源的最早阶段是化学进化，化学进化过程可分为4个连续的阶段。1.有机小分子的非生物合成-有机小分子的非生物合成。在生命出现之前，无机小分子怎样合成氨基酸、核苷酸、单糖分子的呢？一、大分子起源苏联生物学家奥巴林和英国遗传学家霍尔丹分别提出了生命起源于原始蛋白质聚集形成的团聚体或地表温水池的“原始汤”的假说。他们认为这些有机小分子是由远古大气层中的NH3、H2S、CH4以及水蒸气等还原性气体，在强烈的紫外线和宇宙射线辐射或闪电、火山口喷发的局部高温等高能作用下反应产物。根据这些设想，人们模拟原始地球环境条件成功地进行了多种非生物有机合成模拟试验，获得包挎20种氨基酸、核糖、脱氧核糖、脂肪酸和核苷酸甚至ATP等。生命的主要物质基础是蛋白质与核酸，生命出现之前的有机小分子都汇集到原始海洋中。有学者模拟原始地球形成时的条件，将混合的氨基酸倒入160-200℃的热沙粒或热粘土中，溶液中的水蒸气蒸发，氨基酸浓缩，再经0.5-3h后，混合氨基酸形成了类蛋白。2.生物大分子的非生物合成单核苷酸高温加热也可以聚合成多聚核苷酸。由此推测溶解在原始海洋中的氨基酸和核苷酸经过长期的积累与浓缩，波涛或大雨可将有机单体分子飞溅到新生的岩浆或滚烫的石块上，从而发生这种聚合。蛋白起源学说：奥巴林和福克斯根据实验分别提出了团聚体学说和微球体学说。奥巴林等将多肽、蛋白质、核酸、多糖、溶质的溶液摇晃混合后，发现在胶体溶液中的大分子凝聚形成直径约1-500μm的团聚体小滴。“团聚体小滴”具有原始代谢的特性，能从周围介质中吸取不同物质，是团聚体的总体积或总量增大，到一定程度还“出芽”分出小团聚体。3.非细胞形态原始生命的起源有两种学说核酸起源说：起源于RNA分子，RNA具有酶的功能，在RNA分子剪切过程中起催化作用。无蛋白质参与情况下，RNA能合成寡聚核苷酸；蛋白质合成后，逐渐取代了RNA的生物催化功能，现在只有部分RNA具有酶的功能。实验也证实核苷酸单体在粘土表面可以形成短链RNA，新形成的RNA短链还可以与原始RNA互补配对。有了能自我复制的RNA和蛋白质分子还不能成为原始细胞，这种有复杂结构的核酸和蛋白质首先必须称为相互依赖，互相调控的多分子体系，方能称为有生命的细胞。早起的类似细胞的实体可能存在着膜包围的RNA-多肽。通过自然选择这类能够生长、复制、具有原始代谢能力、由膜包裹的DNA-RNA-蛋白质体系，会因为有更高的选择效率而被保留下来，经过逐渐进化形成第一个细胞。4.原始细胞起源比较基因组学是一门通过运用数理理论和相应计算机程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。二、比较基因组学比较基因组学研究基因的结构与功能研究物种进化揭示疾病分子机子研究基因表达机制比较基因组学应用

揭示非编码序列发现新基因发现功能性snp阐述物种间的进化史阐述人类疾病过程的分子机制病毒（virus)是一类个体微小，结构简单，只含单一核酸（DNA/RNA），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型微生物。“virus”一词源于拉丁文。原指一种动物来源的毒素。病毒能增殖、遗传和演化，因而具有生命最基本的特征。三、病毒①形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，须电子显微镜才能观察到。②无细胞构造，主要成分为核酸和蛋白质两种，亦称“分子生物”③只含一种核酸，DNA或RNA。④既无产酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分。⑤以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖。⑥在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活力。⑦对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。其主要特点病毒的分类遗传物质分病毒结构分DNA病毒RNA病毒蛋白质病毒真病毒（Euvirus)亚病毒（Subvirus，包括类病毒、拟病毒、朊病毒）寄主类型分类：性质来分：噬菌体（细菌病毒）、植物病毒（如烟草花叶病毒）、动物病毒（如禽流感病毒、天花病毒HIV等）温和病毒（HIV）、烈性病毒（狂犬病毒）。培养和检测肉汤培养物除菌过滤噬菌体易感细菌挑取单个透明斑琼脂平皿粗制噬菌体过量细菌病毒培养和检测方法中常用到小鼠和鸡胚接种、组织培养、超速离心、凝胶电泳、电子显微镜和免疫测定等技术。动物病毒的培养可在自然宿主、实验动物、鸡胚或细胞培养中进行，以死亡、发病或病变等作为病毒繁殖的直接指标，或以血细胞凝集、抗原测定等作为间接指标。测定活病毒数量可采用空斑法，其原理与噬斑法相同，但以易感的动物单层细胞代替细菌，在接种适当稀释的病毒后，用含有培养液和中性红的琼脂覆盖，使病毒感染局限在小面积内形成病变区，衬底的健康细胞被中性红染成红色，病变区不染色而显示为空斑。四、物种演化的分子机制物种进化实质染色体的缺失、增加从其他物种中获得基因组的分子进化基因大小进化染色体结构变化基因突变染色体缺失了一个片段，使之位于该片段之上的基因也随之丢失，在联会时，正常的同源染色体就可能出现拱起的环状结构——缺失环。缺失可能造成基因的假显性。4.1染色体缺失染色体数目整倍或者非整倍地增加，使得物种原有染色体数目增加，而改变物种生物性状。例如，利用秋水仙素处理二倍体西瓜可得到四倍体西瓜，二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交可产生三倍体西瓜（不可育）这三种品质的西瓜无论是在根、茎、叶性状，还是在产量和品质等性状上均不同。4.2染色体增加不同物种杂交产生的杂种后代经过染色体加倍形成多倍体，称异源多倍体。常见的多倍体植物大多数属于异源多倍体，例如，小麦、燕麦、棉、烟草、苹果、梨、樱桃、菊、水仙、郁金香等。多倍体在动物界极少发生，在植物界却相当普遍。很多植物种都是通过多倍体途径而产生的。约33%的物种是多倍体。4.3从其他物种获得染色体结构变化使之位于该染色体上的基因也发生变化，产生新的基因型，通过自然选择就有可能产生新物种。重复：染色体某一片段在同一染色体上重复出现。倒位：染色体上同时出现两处断裂，中央染色体片段倒转180°重新连接，随之这一片段上的基因排列顺序发生倒转。异位：染色体的断裂片段接到非同源染色体上，非同源染色体之间相互交换染色体片段，造成染色体之间基因的重排。4.4染色体结构变化基因突变是另一个产生遗传变异的重要过程，是生物进化的源泉。基因突变分为两种类型：转换和颠换。转换：替换发生在同类碱基之间，即一种嘌呤替换另一种嘌呤，一种嘧啶替换另一种嘧啶。颠换：不同类型碱基之间的替换，即嘌呤被嘧啶替换，或是相反。4.5基因突