微生物的进化、系统发育和分类鉴定

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
在现代微生物分类中,任何能稳定地反映微生物种类特征的资料, 都有分类学意义,都可以作为分类鉴定的依据。
一、形态学特征
培养特征、 细胞形态及其染色特性、 特殊的细胞结构、 运动性、 等等 微生物分类和鉴定的重要依据之一:
a)易于观察和比较,尤其是真核微生物和具有特殊 形态结构的细菌; b)许多形态学特征依赖于多基因的表达,具有相对 的稳定性;
《伯杰氏系统细菌学手册》 (Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology)
(20世纪80年代末期)
伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重
要依据,其特点是描述非常详细,包括对细菌各 个属种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方 法。
第三节 细菌分类鉴定的特征和技术
(根据现有数据建立系统的过程)
命名(nomenclature):是根据命名法规,给每一个分类群一个专有 的名称;
(分类系统建立过程中的步骤之一)
鉴定(identification或determination):借助于现有的微生物分类 系统,通过特征测定,确定未知的、或新发现的、或未明确分类 地位的微生物所应归属分类群的过程。
特征序列有助于迅速确定某种微生物的 分类归属,或建立新的分类单位。
2. 系统发育树(phylogenetic tree)
通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为系统发育树, 其特点是用一种树状分枝的图型来概括各种(类)生物之间的亲缘关 系。
分枝的末端和分枝的连接点称为结,代表生物类群,分枝末端的 结代表仍生存的种类。系统树可能有时间比例,或者用两个结之 间的分枝长度变化来表示分子序列的差异数值。
与氧的关系;
与盐的关系; 对温度的适应性; 对渗透压的适应性; 代谢产物和代谢途径等 对pH的适应性;
代谢产物和代谢途径等: 抗生素敏感性实验; 碳源利用实验; 糖发酵实验;
由此产生的生化试验还有:甲基红试验(methyl red test,简称MR试验)、乙酰甲基甲醇试验(VP试验)、 靛基质试验(吲哚试验)、硫化氢试验、硝酸盐还原 试验、过氧化氢酶试验、氧化酶试验、过氧化氢酶试 验等。
各种微生物形成的菌落特征
菌落或菌苔是对微生物进行分类和鉴定的重要依据。
电镜下的大肠杆菌(示鞭毛)
二、生理生化特征
与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关;
酶及蛋白质都是基因产物;
对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接比较;
测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多;
营养类型;
a)由于微生物可利用的形态特征少,很难把所有 生物放在同一水平上进行比较;
b)形态特征在不同类群中进化速度差异很大,仅 根据形态推断进化关系往往不准确;
六、七十年代以后:
分析和比较生物大分子(蛋白质、RNA和DNA)的结构特征。
分子计时器 进化钟
判断各类微生物乃至所有生物的进化关系
利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家
二、RNA作为进化的指征
16S rRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺” 1)rRNA具有重要且恒定的生理功能; 2)在16SrRNA分子中,既含有高度保守的序列区域,又有中度保守和高度变化 的序列区域,因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究; 3)16SrRNA分子量大小适中,便于序列分析; 4)16S rRNA的基因(16S rDNA)在细胞中含量大(约占细胞中RNA 90%),也 易于提取; 5)16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同源分子是 18SrRNA)。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。
随着越来越多的微生物的全基因组序列的测定,人们发现
生物在进化中存在着非常广泛的水平基因转移现象,很多 科学家都认为不能仅靠对16SrRNA的序列比较来确定生物 之间的亲缘关系,还必须借助各种信息对这个进化树进行 改进。
水平基因转移也有的称为侧向基因转移,区别于一般的亲本
和其后代之间遗传信息的垂直传递形式。
不同分为不同的噬菌型等
菌株与型的区别:
菌株之间不存在鉴别性特征的差异,命名不同的菌株无需分类学
依据, 不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异,命名或鉴定不同的型 高等生物中,“生殖隔离”被看作是区分物种的标准 必需有分类学依据。
4)种(species): 物种,生物分类中基本的分类单元和分类等级。
高等生物中,“生殖隔离”被看作是区分物种的标准
(根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程)
主要以细菌为例介绍微生物分类、命名和鉴定的有关知识
一、分类单元及其等级




科 属

根据Carl Woese的 理论,现在还在界 之上使用域(domain)
(把全部生物先分为 古生菌域、细菌域和 真核生物域, 域下面再分界。)
常用的细菌分类学术语:
Carl Woese
1 生物大分子作为进化标尺依据
为什么蛋白质、RNA和DNA序列可以作为进化的分子计时器? 进化速率恒定 分子序列进化的改变量(氨基酸或核苷酸替换数或替换百分率) 与分子进化的时间成正比。 a)在两群生物中,如果同一种分子的序列差异很大时, ------------进化距离远,进化过程中很早就分支了。 b)如果两群生物同一来源的大分子的序列基本相同, ------------处在同一进化水平上。
三、rRNA和系统发育树
1. rRNA的顺序和进化
培养微生物
提取总的DNA作为模板 PCR反应扩增16SrDNA片段
rDNA序列测定 分析比较
微生物之间的系统发育关系
特征序列或序列印记(signature sequence)
通过对r RNA全序列资料的分析比较(特别是采用计算 机)发现的在不同种群水平上的特异特征性寡核苷酸序 列,或在某些特定的序列位点上出现的单碱基印记。
从进化论诞生以来,已经成为生物学家普遍接受的分类 原则。
生物系统学
第一节 进化的测量指征
一、进化指征的选择
70年代以前,生物类群间的亲缘关系判断的主要根据:
表型特征 形态特征、 生理生化、 行为习性,等等
少量的化石资料
原核生物的特点: 形体微小、 结构简单、 缺少有性繁殖过程。
根据形态学特征推断微生物之间的亲缘关系的缺点:
第十章 微生物的系统发育和分类鉴定
第一节 进化的测量指征 第二节 细菌分类命名概述 第三节 细菌分类鉴定技术
地球形成,大约46亿年前;
大约35亿年前,通过“前生命的化学进化”过程;
地球上开始出现生命,主要是些类似简单杆状 细菌的原始生物。
漫长的进化历程
千姿百态的生物种类
形成于35亿年前的微生物化石
微生物的种:具有高度特征相似性的菌株群,这个菌株群与其 他类群的菌株有明显的区别。
二、微生物的命名
命名:给予菌种一个科学名称。菌种的学名是 按照《国际细菌命名法规》命名的国际学术 界公认,并通用的名称。
双名法,由二个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字
组成,一般用斜体表示
属名在前,一般用拉丁字名词表示,字首字母大写 种名在后,常用拉丁文形容词表示,全部小写
第二节 细菌分类
分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、 研究和利用各种微生物资源也必须对它们进行分类。
分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分:
分类、
命名、
鉴定
分类(classification):根据一定的原则(表型特征相似性或系统发育 相关性)对微生物进行分群归类,根据相似性或相关性水平排列成 系统,并对各个分类群的特征进行描述,以便查考和对未被分类的 微生物进行鉴定;
形态和生理生化特征是最常用 的细菌分类、鉴定指标
在以实用为主要目的表型分类中,生理生化特征往往是细菌分类鉴 定的主要特征。肠道菌科细菌属和种的分类鉴定就是如此。
不同微生物的不同重点鉴定指标
霉菌等形体较大的真菌——以形态特征为主 放线菌和酵母菌——形态和生理特征并用 细菌——形态、生理、生化遗传等指标 病毒——电子显微镜、生化、免疫、致病性
细菌鉴定的主要步骤:
1、获得微生物的纯培养物; 2、测定一系列必要的指标;
3、查找权威性鉴定手册,确定细菌分类地位。
从不同层次(细胞的、分子的),用不同学科(化学、物理
学、遗传学、免疫学、分子生物学等)的技术方法来研 究和比较不同微生物的细胞、细胞组分或代谢产物,从中 发现的反映微生物类群特征的资料。
2 作为进化标尺的生物大分子的选择原则
1)在所研究的种群范围内,它必须是普遍存在的 2)在所有的物种中该分子的功能是相同的 3)为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区,要求所选择的分子序列必须 能严格线性排列,以便进行进一步的分析比较
4)分子上序列的改变(突变)频率应与进化的测量尺度相适应
大量的资料表明:功能重要的大分子、或者大分子中功能重要 的区域,比功能不重要的分子或分子区域进化变化速度低。
形成于8.5亿年前的微生物化石
主要是些类似简单杆状细菌的原始生物
20亿年前以后的岩石中的微生物的化石形态多样性明显增多
形 成 于 10 亿 年 前 的 微 生 物 化 石
形态上非常类似于现代的蓝细菌, 进行不产氧光合作用的光能自养 菌,及化能无机营养的硫细菌。
形态上类似于现代的绿藻(真核生物)
最原始的生命
例如: ห้องสมุดไป่ตู้acillus subtilis 枯草芽孢杆菌
由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操作的统一标准,
为了减少因采用不同标准界定分类单元所造成的混乱,
细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念”
种和亚种指定模式菌株(type strain); 亚属和属指定模式种(type species); 属以上至目级分类单元指定模式属(type genus); 模式菌株应送交菌种保藏机构保藏,以便备查考和索取。
菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体
2)菌株(strain):
Bacillus subtilis Bacillus subtilis
ASI.398 BF7658
生产蛋白酶 生产α淀粉酶
3)型(form或type):常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌
株之间的性状差异,不足以分为新的亚种时,可以细分为不同的型。 例如抗原特征的差异分为不同的血清型;对噬菌体裂解反应的
漫长的进化历程
千姿百态的生物种类
今天仍生存在地球上的生物种类, 彼此之间都有或远或近的历史渊源。
进化(evolution):生物与其生存环境相互作用过程中, 其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变,在大多 数情况下,导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。
系统发育(phylogeny):各类生物进化的历史。
分类(classification):根据生物特性的特征的相似程度 将其分群归类。
地球上的物种估计大约有150万,其中微生物超过15万种, 而且其数目还在不断增加。
生物分类的二种基本原则 a)根据表型(phenetic)特征的相似程度分群归类,这种 表型分类重在应用,不涉及生物进化或不以反映生 物亲缘关系为目标; b)按照生物系统发育相关性水平来分群归类,其目标 是探寻各种生物之间的进化关系,建立反映生物系 统发育的分类系统。
伯杰氏手册
《伯杰氏鉴定细菌学手册》 (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)
美国宾夕法尼亚大学的细菌学教 授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)
1957年第七版后,由于越来越广泛地 吸收了国际上细菌分类学家参加编写 (如1974年第八版,撰稿人多达130多 位,涉及15个国家;现行版本撰稿人 多达300多人,涉及近20个国家),所 以它的近代版本反映了出版年代细菌 分类学的最新成果,因而逐渐确立了 在国际上对细菌进行全面分 类的权威地位。
1)培养物(culture):一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。如微
生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。
2)菌株(strain):从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以
称为微生物的一个菌株;用实验方法(如通过诱变)所获得的某一菌株的变异型,
也可以称为一个新的菌株,以便与原来的菌株相区别。
16 S r RNA系统发育树
生命的第三种形式-----古生菌
动物界和植物界 界
原核生物和真核生物(20世纪60年代)
古细菌 真细菌 真核生物 (1977.Carl Woese) 古生菌 原核生物 细菌 真核生物 (1990.Carl Woese)
域(domain)
Carl Woose的rRNA进化树完美无缺?
相关文档
最新文档