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1、u第一节 核糖体RNA序列分析原理与三域理论u第二节 微生物分类与命名u第三节 微生物鉴定1一、一、RNA作为进化的指征作为进化的指征16S rRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺分子尺”：2）rRNA具有重要且恒定的生理功能；具有重要且恒定的生理功能；5）在）在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列区域，又有中度分子中，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；各类生物亲缘关系的研究；4）16SrRNA分子量大小适中，便于序
2、列分析；分子量大小适中，便于序列分析；1）rRNA在细胞中含量大在细胞中含量大(约占细胞中约占细胞中RNA的的80%)，也易于提取，也易于提取；因此它可以作为测量各类生物进化的工具。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。3）16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同真核生物中其同 源分子是源分子是18SrRNA)。2三、rRNA和系统发育树1. rRNA的顺序和进化的顺序和进化培养微生物培养微生物提取并纯化提取并纯化rRNArRNA序列测定序列测定分析比较分析比较 微生物之间的系统发育关系微生物之间的系统发育关系3SAB=2NAB/(NA+NB)
3、； SAB：两个菌株序列的相似系数，不等于零；NAB：代表A和B两菌株所含相同的单词字母数；NA和NB：代表两株菌各自具备的单词字母总数；SAB不等于零，在0.1-1之间，其值越大，表示两株菌相似程度越大。42) 特征序列或序列印记特征序列或序列印记 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碱基印记。特征序列特征序列有助于有助于迅速确定某种微生物的分类归属，迅速确定某种微生物的分类归属，或建立新的分类单位。或建立新的分类单位。52. 系统发育树系统发育树通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为
4、分子系统树，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结点称为结，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。616 S r RNA系统发育树系统发育树1）生物三域理论：真核生物域、细菌域、古细菌域）生物三域理论：真核生物域、细菌域、古细菌域72）建立16 S r RNA系统发育树的意义a）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群；）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群； 传统的生物进化研究，主要基于复杂的形态学和化传统的生物进化研究，主要基于复杂的形态学和化石记载，因此
5、多限于研究后生生物（石记载，因此多限于研究后生生物（metazoa），），而后者仅占整个生物进化历程的而后者仅占整个生物进化历程的1/58b）提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；）提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；c）对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和理论依据；）对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和理论依据；d）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全 新的分类理论；新的分类理论；9e）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新的研究理论和研究方法，特别是不经培养直接对
6、生态环境中的微生物进行研究。“Taxonomists counts suggest that insects dominate the diversity game, but new analyses reveal that microbes are the real winners.”10外显子与内含子内含子的起源与进化后起源与先起源11物种既是生命存在的主要形式，又是进化单位，也生态系统中的功能单位。种基本的分类单元。能相互繁殖、享有一个共同基因库的一群个体，和其他种生殖隔离。 12(1)可遗传的变异是物种形成的原材料(自然界中随机突变)；(2)选择影响物种形成的方向；(3)隔离是物种形成
7、的重要条件；13渐进骤变亚种与地理宗14分类与鉴定分类与鉴定 分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、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。研究和利用各种微生物资源也必须对它们进行分类。生物分类学研究生物类群间的异同以及异同程度，阐生物分类学研究生物类群间的异同以及异同程度，阐明生物间的亲缘关系、进化过程和发展规律。明生物间的亲缘关系、进化过程和发展规律。分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分：鉴鉴 定定分分 类类命命 名名15生物分类学是对各类生物进行鉴定、分群归类，按分类学准则排列成分类系统，并对已确定的分类单元进行科学命名的学
8、科。其目的是探索生物的系统发育及其进化历史，揭示生物的多样性及其亲缘关系，并以此为基础建立多层次的、能反映生物界亲缘关系和进化发展的“自然分类系统”。有利于人们认识生物，了解各个生物类群之间的亲缘关系，从而掌握生物的生存和发展规律，为更广泛、更有效地保护和利用自然界丰富的生物资源提供方便。16命名命名(nomenclature)：鉴定鉴定(identification或或determination)：对某个未知微生：对某个未知微生物，物，分类分类(classification)：17一、分类单元及其等级一、分类单元及其等级界界 （Kingdom） (Regnum)门门 （Phylum） (Ph
9、ylum)纲纲（Class） (Classis)目目（Order） (Ordo)科科（Family） (Familia)属属（Genus） (Genus)种种（Species） (Species)18微生物的分类单位19 每一分类单位之后可有亚门、亚纲、亚目、亚科.词尾：门：-phyta，纲：-mycetes，目：-ales，科：-aceae，亚目：-ineae，亚科：-oideae。20归并派和细分派p种是最基本的分类单位种是最基本的分类单位 种是一个基本分类单位，是一大群表型特种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内
10、其他种有明显差别的菌株的总称。他种有明显差别的菌株的总称。 21u种种 species 是最基本的分类单位。是最基本的分类单位。u客观存在，相对稳定。客观存在，相对稳定。u来自共同祖先，有着相近的亲缘关系。来自共同祖先，有着相近的亲缘关系。u形态、生理特征上表现十分相似。形态、生理特征上表现十分相似。u存在差异和变异。存在差异和变异。u变异发展到一定程度，即形成新种或变种。变异发展到一定程度，即形成新种或变种。种 species22p分离到的纯种微生物，除了大多数指标符合典型种的特征，还存分离到的纯种微生物，除了大多数指标符合典型种的特征，还存在某个显然不同的特征，而且此特征稳定遗传。在某个显
11、然不同的特征，而且此特征稳定遗传。p生物分类学上种以下的分类单位。但其基本特征仍未超脱原种范生物分类学上种以下的分类单位。但其基本特征仍未超脱原种范围的一群个体。围的一群个体。p种内某一个体可能由于突变而发生变异，在自然选择和人工选择种内某一个体可能由于突变而发生变异，在自然选择和人工选择下，这种变异会在种内不断扩散，最后形成某些遗传性不同于原下，这种变异会在种内不断扩散，最后形成某些遗传性不同于原种的一个群体。种的一个群体。p变种仍能和原种进行基因交流。变种仍能和原种进行基因交流。p变种和亚种没有本质差别，有时常混用。变种和亚种没有本质差别，有时常混用。23u 指某一明显而稳定的特征与模式种
12、不同的种，有时称指某一明显而稳定的特征与模式种不同的种，有时称小种小种。 u 在微生物学中，通常把实验室所获得的变异菌株称之在微生物学中，通常把实验室所获得的变异菌株称之为亚种。为亚种。u 如：如：E.coli k12模式种（野生型）是不需要特殊模式种（野生型）是不需要特殊aa的，的，而实验室变异后，可从而实验室变异后，可从k12获获 得某得某aa的缺陷型，此即的缺陷型，此即称为称为E.coli k12的亚种或小种。的亚种或小种。 24同种微生物彼此之间的区别不如变种同种微生物彼此之间的区别不如变种显著，一般表现在菌体的化学组分上。显著，一般表现在菌体的化学组分上。如：结核杆菌人型、牛型和禽型
13、。如：结核杆菌人型、牛型和禽型。微生物的命名法2526在微生物学的研究中运用最为广泛。在微生物学的研究中运用最为广泛。又称品系，指一种微生物的不同来源的纯培养物。又称品系，指一种微生物的不同来源的纯培养物。从自然界中分离到的每一个纯培养物都可以称为从自然界中分离到的每一个纯培养物都可以称为一个菌株或品系。一个菌株或品系。自然界自然界“种种”应是有限的，菌株是无限的。应是有限的，菌株是无限的。菌株的特菌株的特性性u菌菌株实为一个物种内遗传多态性的客观反映，其数目株实为一个物种内遗传多态性的客观反映，其数目无无限限;u强强调的是遗传型纯的谱调的是遗传型纯的谱系系;u菌菌株与克隆株与克隆的意义相同的
14、意义相同;u不不同菌株间，不作为鉴定用的小性状不同菌株间，不作为鉴定用的小性状不同同;u遗遗传性型的标志，变异后为新菌传性型的标志，变异后为新菌株株;u菌菌种后应标以菌株名种后应标以菌株名称称;u名名称可随意称可随意定定.27美国典型微生物菌种保藏中心（ATCC）美国农业研究菌种保藏中心（NRRL）德国微生物菌种保藏中心（DSMZ）荷兰微生物菌种保藏中心（CBS）英国微生物菌种保藏中心（NCTC）中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）28通常指属以下几个比较近似的集合。选取特征最为明显的典型菌株，再把和它近似的菌株放在一起归为一个类群。有时类群可用来表示两种微生物和介于这两种微生物之间的中
15、间类型。29二二 微生物的命名微生物的命名 命名：给予菌种一个科学名称。命名：给予菌种一个科学名称。 菌种的学名菌种的学名 scientific name：是按照：是按照国际细菌国际细菌命名法规命名法规命名的国际学术界公认，并通用的命名的国际学术界公认，并通用的名称。名称。 俗名：不同国家和地区的习惯名称。俗名：不同国家和地区的习惯名称。30二、微生物的命名二、微生物的命名 双名法，由二个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组双名法，由二个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组成，一般用斜体表示成，一般用斜体表示 双名法系统的价值体现在它的简便性和广泛性，双名法系统的价值体现在它的简便性和广泛性，
16、 同样的名称在所有语言中通用，避免了翻译的困难；同样的名称在所有语言中通用，避免了翻译的困难； 任何的一个物种都可以明确无误的由两个单词确定；任何的一个物种都可以明确无误的由两个单词确定； 本系统已经在植物学本系统已经在植物学(始于始于 1753)，动物学，动物学(始于始于 1758) 和和 细细菌学菌学(始于始于 1980)中广泛应用。中广泛应用。 31每个具有显著区分的微生物，称之为每个具有显著区分的微生物，称之为“种种”。每一个种一个学名，又两个拉丁词组成。每一个种一个学名，又两个拉丁词组成。属名在前，一般用拉丁字名词表示，字首字母大写，属名在前，一般用拉丁字名词表示，字首字母大写，名词，表示该属的主要特征。名词，表示该属的主要特征。种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写，表示种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写，表示该属的次要特征。该属的次要特征。通常种名后还跟命名人的姓名及命名时间。通常种名后还跟命名人的姓名及命名时间。32二、微生物的命名二、微生物的命名若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，可用可用sp.或或spp.来表示，来
