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分子生态学

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分子生态学是利用进化生物学理论,采用分子生物学基因组学的实验方法和技术手段、统计学数学的分析方法,通过计算机科学的技术和算法,旁及地学古气候学等, 研究物种种群遗传变异表观遗传变异遗传谱系, 探讨生物多样性演化生物地理演化物种分化生态适应等的生态学和进化生物学机制[1]

研究范围包括种群演化历史、种群分化和物种形成机制、寄主选择、配偶选择、繁殖行为、生殖方式、精子竞争、扩散和建群、遗传谱系地理演化、遗传分化和局部适应、生态适应的遗传基础、气候变化的生态学和进化生物学后果、生物对环境变化的响应机制、遗传多样性评估、食性鉴定、觅食行为、濒危生物贸易的监测、个体和种群鉴定、外来入侵种溯 源及入侵机制、遗传修饰生物的生态风险评估、有害生物防控等[1]

分支学科包括分子群体遗传学谱系生物地理学生态基因组学景观遗传学系统发生群落生态学[1]

由于很多微生物不能很容易地在实验室中培养(海水中的0.001~0.1%,土壤中的0.3%左右,活性污泥中1~15%可被分离培养),因此不能用传统的鉴别和描述菌株的办法研究它们。另外,随着聚合酶链式反应(PCR)技术的发展,人们可以快速扩增遗传物质DNA

环境样品中DNA的扩增通常需要一组用于特定微生物的引物,而得到遗传物质的混合物,将其分离,随后进行测序和鉴别。经典的分离办法是通过克隆,将扩增的DNA片段插入到细菌质粒上实现的。较新的方法包括变性梯度凝胶电泳(DGGE),可以更快地得到结果。

分子生态学的发展也和DNA芯片的使用紧密相关,该技术可以高通量检测环境中的特定生物或基因。

分子生态学中可以使用很多基因进行研究,在分类学角度,最常应用的基因是核糖体小亚基RNA(SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助于判断微生物在该环境中的活动。

微生物生态学中和分子技术相关的一个重要问题就是,这些生物以主动(进行正常代谢繁殖)还是被动(静息休眠)的方式存在。这可以用几种方式来解决:

发展历史

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分子生态学开始于1950年代。是随着DNA双螺旋结构的发现,分子水平的群体遗传学研究得以开展,相继出现了同工酶电泳限制性内切酶酶切技术分子克隆DNA测序技术等,使遗传变异研究得以实现, 并可以在群体水平进行检测。分子进化的中性理论的提出,引发了适应性进化中性进化的争论,推动了群体遗传学和分子进化研究,分子钟假说的提出和谱系进化关系重建理论、方法、算法和软件的出现, 进一步促进了分子进化和分子群体遗传学研究的发展[1]

到了1980年代,DNA聚合酶链反应的发明和热稳定DNA聚合酶的发现,进一步推动了分子生态学和分子群体遗传学研究。1992年《Molecular Ecology》的创刊,标志着分子生态学的建立。溯祖理论贝叶斯方法马尔可夫过程等的引入,提升了分子生态学研究的可靠性[1]

参考文献

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  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.