Chapter 16 分子生态学课件

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:主讲：1Chapter16分子生态学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ACC2酶的老鼠则比较苗条。分子生物学的有效性?2Chapter16分子生态学Chapter16分子生态学简介§1分子生态学概念§2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§4生物种群的分子生态学§5亲缘地理学3Chapter16分子生态学§1分子生态学概念一、定义分子生态学：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。4Chapter16分子生态学二、分子生态学的特点⒈90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。国内2009年才翻译出版5Chapter16分子生态学⒉是在分子水平上研究生物与环境的相互关系。在分子水平上研究大熊猫的适应能力!6Chapter16分子生态学⒊是分子生物学与生态学的有机结合，即宏观与微观的有机结合。7Chapter16分子生态学§2常用分子生物学技术与分子标记一、分子标记与生态学目前在生态学领域应用较多的是分子生物学的分子标记技术。分子标记技术!!!8Chapter16分子生态学分子标记MolecularMarkers

指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。能反映个体差异的DNA片断!9Chapter16分子生态学分子标记(技术)的意义分子标记可用来分析个体间遗传物质内核苷酸序列的变异度，研究DNA水平遗传多态性。分子标记研究表明南非猎豹遗传多样性低是频临灭绝的主要原因!10Chapter16分子生态学二、常用分子标记生物学技术常用分子标记技术同工酶电泳技术限制片段长度多样性分析小卫星DNA指纹随机扩增多态性DNA技术扩增限制性片段长度多态性分析DNA序列分析单核苷酸多态性分析微卫星定时定量PCR技术11Chapter16分子生态学⒈同工酶电泳技术简介利用同工酶电泳技术可根据酶带的变化来判定种群内不同个体间基因位点及等位基因的变异性，并比较不同种群之间遗传变异的差别。12Chapter16分子生态学⒉随机扩增多态性DNA技术(RAPD)RAPD技术是建立在PCR(聚合酶链反应)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分子技术。

13Chapter16分子生态学PCR技术简介PCR技术是用于放大特定的DNA片段的一种分子生物学技术，可看作生物体外的特殊DNA复制。

14Chapter16分子生态学三、分子标记技术在生态学中解决的问题⒈深入研究遗传多样性时空变化模式及其机制人类肤色与适应!15Chapter16分子生态学⒉探讨物种间的亲缘关系直立猿人原上猿南方古猿腊马古猿尼安德特人克罗马农人猿与人的亲缘关系的建立确定人的进化历程16Chapter16分子生态学⒊追踪物种扩散的历史福寿螺扩散至广西稻田250亩受灾17Chapter16分子生态学⒋了解社群内个体间亲缘关系及近交程度等18Chapter16分子生态学§3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、生长发育的影响研究已深入到分子水平。生物对寒冷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逆境的分子机制小哺乳动物适应低氧环境的分子机制主要热点19Chapter16分子生态学⒈

生物对寒冷的分子适应研究⑴生物对寒冷的分子适应机制有两类：内温动物↓增加偶联蛋白↓增加非颤抖性产热外温动物、植物↓形成特定蛋白↓防冻、抗冻寒冷的分子适应机制20Chapter16分子生态学⑵生物对寒冷的主要分子适应产物解偶联蛋白冷休克蛋白抗冻蛋白冷诱导基因细胞膜磷脂的组成变化主要抗寒适应产物21Chapter16分子生态学①解偶联蛋白uncouplingprotein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。褐色脂肪细胞!22Chapter16分子生态学鸟类与小哺乳类在寒冷环境中主要依赖非颤抖性产热(NST)维持体温恒定。23Chapter16分子生态学肩胛间褐色脂肪蝙蝠肩胛间的褐色脂肪组织示意图24Chapter16分子生态学褐色脂肪白色脂肪褐色脂肪细胞与白色脂肪细胞示意图25Chapter16分子生态学褐色脂肪组织细胞线粒体内膜具有特殊的解偶联蛋白(UCP1)启动褐色脂肪组织进行解偶联呼吸释放大量的热维持寒冷环境下的体温恒定解偶联蛋白的产热机制26Chapter16分子生态学②冷休克蛋白或冷激蛋白(coldstressprotein)原核生物在寒冷环境中产生冷休克反应冷休克反应产生冷休克蛋白诱发细胞周围结晶能抵抗寒冷27Chapter16分子生态学③抗冻蛋白coldshockprotein低温环境下形成对生物的低温胁迫合成抗冻蛋白具热滞效应具冰晶形态效应具重结晶抑制效应28Chapter16分子生态学鱼类抗冻蛋白粘附到细胞冰晶表面抑制冰的生长。29Chapter16分子生态学越冬昆虫抗冻蛋白诱发细胞周围结晶从而避免细胞内结冰造成冰晶致死性伤害!30Chapter16分子生态学植物抗冻蛋白通过抑制冰晶的生长来保护细胞免遭低温伤害!31Chapter16分子生态学32Chapter16分子生态学④冷调节基因在冷驯化植物中，可以分离出一部分冷应激基因并高度表达，称冷调节基因(coldregulated,COR)，在抗冻中发挥重要作用。拟南芥的COR15a分布在叶绿体内，通过阻止低温下叶绿体内膜向内弯曲以避免膜系统伤害形式的出现，从而提高叶绿体的抗冻性!33Chapter16分子生态学形成抗冻性状与性能多个冷调节基因(协同)高度表达冷驯化低温环境下形成低温胁迫形成具有亲水性的多肽产物等34Chapter16分子生态学⑤膜磷脂组成的变化生物的一种普通抗冻适应性反应是膜组成的变化，从而增加低温时膜的流动性。35Chapter16分子生态学原核生物通过改变膜磷脂碳—氢链的饱和度，使膜磷脂的不饱和脂肪酸增加，在低温下增加膜的流动性。放线菌蓝细菌36Chapter16分子生态学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膜的流动性。增加磷脂层脂肪酸的量改善膜的流动性!37Chapter16分子生态学⒉生物对高温的分子水平适应高温环境形成热休克蛋白提高细胞热耐受性修复热休克变性蛋白质协同免疫作用形成多种抗热功能抗氧化作用38Chapter16分子生态学⒊植物抗旱的分子水平适应植物对干旱的抗性是多基因控制的，主要可分两类：转录因子基因抗旱功能基因抗旱控制基因干旱胁迫诱导转录因子迅速表达,进而调节抗旱功能基因的表达有RD系列基因、水通道蛋白基因、渗透调节蛋白基因等，分别调节膜的水通道、渗透压等。39Chapter16分子生态学⒋植物抗逆境的其它一些分子机制在干旱、盐、低温诱导的植物抗性方面还具有一些共同的作用机制：合成细胞渗透调节小分子合成植物逆境协迫蛋白质氨基酸类季胺类化合物糖醇类功能蛋白调节蛋白其它机制40Chapter16分子生态学人工怪柳群落—黄河三角州抗盐改良土壤工程41Chapter16分子生态学⒌小哺乳动物适应低氧环境的分子机制低氧环境低氧靶性基因高度表达功能蛋白表型高度表达诱导表达调节表达42Chapter16分子生态学适应低氧环境的功能蛋白类型主要功能蛋白类型血管内皮生长因子VEGF促红细胞生成素EPO葡萄糖转运子基因肌红蛋白神经红蛋白细胞红蛋白肿瘤抑制基因-转录因子p5343Chapter16分子生态学§4生物种群的分子生态学一、是分子生态学的研究热点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。种群分子生态学是近代生态学研究的热点。44Chapter16分子生态学二、种群分子生态学的主要研究内容种群遗传多样性分析种群的遗传分化基因流主要研究内容分析基因变异丰富度亚种群间的遗传变异两种群间的基因流动45Chapter16分子生态学⒈种群遗传多样性分析46环境变化种群近交度的评估种群遗传多样性评估确定种群的生存适合度46Chapter16分子生态学⒉种群的遗传分化

亚种间的遗传分化自然屏障距离隔离交配制度自然选择突变漂变分析亚种群间遗传差异与物种形成47Chapter16分子生态学⒊基因流分析种群间基因流动的变化确定种群内基因频率的变化48Chapter16分子生态学§5亲缘地理学一、定义亲缘地理学是研究控制亲缘谱系地理分布的原理和过程的一门科学。1987年，Avise等人在对动物mtDNA多样性研究中发现不同种群mtDNA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。49Chapter16分子生态学二、亲缘地理学的主要研究内容推测生物冰期避难所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探讨物种遗传多样性的分布模式比较亲缘地理学主要研究内容50Chapter16分子生态学⒈推测近缘物种间的分化时间⑴推测近缘种或同一物种的不同种群间的：亲缘关系基因流格局进化历史和动力⑵探讨物种形成与杂交等问题。51Chapter16分子生态学⒉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探讨物种遗传多样性的分布模式52Chapter16分子生态学⒊比较亲缘地理学自然分布相似的近缘种进行亲缘地理学研究分析它们是否具有相似的进化历程53Chapter16分子生态学三、亲缘地理学的主要研究方法重建基因谱系巢式枝序分析分析种群在不同地质年代所经历的进化事件种群扩散基因流片断化物种形成物种灭绝物种适应性辐射构筑基因单倍型