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分子生態學

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分子生態學是利用進化生物學理論,採用分子生物學基因組學的實驗方法和技術手段、統計學數學的分析方法,通過計算機科學的技術和算法,旁及地學古氣候學等, 研究物種種群遺傳變異表觀遺傳變異遺傳譜系, 探討生物多樣性演化生物地理演化物種分化生態適應等的生態學和進化生物學機制[1]

研究範圍包括種群演化歷史、種群分化和物種形成機制、寄主選擇、配偶選擇、繁殖行為、生殖方式、精子競爭、擴散和建群、遺傳譜系地理演化、遺傳分化和局部適應、生態適應的遺傳基礎、氣候變化的生態學和進化生物學後果、生物對環境變化的響應機制、遺傳多樣性評估、食性鑑定、覓食行為、瀕危生物貿易的監測、個體和種群鑑定、外來入侵種溯 源及入侵機制、遺傳修飾生物的生態風險評估、有害生物防控等[1]

分支學科包括分子群體遺傳學譜系生物地理學生態基因組學景觀遺傳學系統發生群落生態學[1]

由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養(海水中的0.001~0.1%,土壤中的0.3%左右,活性污泥中1~15%可被分離培養),因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外,隨著聚合酶鏈式反應(PCR)技術的發展,人們可以快速擴增遺傳物質DNA

環境樣品中DNA的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物,而得到遺傳物質的混合物,將其分離,隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆,將擴增的DNA片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳(DGGE),可以更快地得到結果。

分子生態學的發展也和DNA晶片的使用緊密相關,該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。

分子生態學中可以使用很多基因進行研究,在分類學角度,最常應用的基因是核糖體小亞基RNA(SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。

微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是,這些生物以主動(進行正常代謝繁殖)還是被動(靜息休眠)的方式存在。這可以用幾種方式來解決:

發展歷史

分子生態學開始於1950年代。是隨著DNA雙螺旋結構的發現,分子水平的群體遺傳學研究得以開展,相繼出現了同工酶電泳限制性內切酶酶切技術分子克隆DNA測序技術等,使遺傳變異研究得以實現, 並可以在群體水平進行檢測。分子進化的中性理論的提出,引發了適應性進化中性進化的爭論,推動了群體遺傳學和分子進化研究,分子鐘假說的提出和譜系進化關係重建理論、方法、算法和軟體的出現, 進一步促進了分子進化和分子群體遺傳學研究的發展[1]

到了1980年代,DNA聚合酶鏈反應的發明和熱穩定DNA聚合酶的發現,進一步推動了分子生態學和分子群體遺傳學研究。1992年《Molecular Ecology》的創刊,標誌著分子生態學的建立。溯祖理論貝葉斯方法馬爾可夫過程等的引入,提升了分子生態學研究的可靠性[1]

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Zhang, De-Xing. Unorthodox reflections on molecular ecology research in China. Biodiversity Science. 2015, 23 (5): 559–569. doi:10.17520/biods.2015223.