分子系统发育分析研究生生物信息学.pptxVIP

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第1页/共96页分子系统发育分析研究生生物信息学第2页/共96页内容提要分子进化分析介绍系统发育树重建方法Phylip软件包在分子进化分析中的应用第3页/共96页内容提要分子进化分析介绍系统发育树重建方法Phylip软件包在分子进化分析中的应用第4页/共96页系统发育系统发育学:根据现有数据推演进化谱系的科学系统发育分析:根据特征或距离数据确定基因、物种起源和发生关系的方法,分析结果常以系统发育树的形式直观地呈现出来。第5页/共96页系统发育树是什么? 对一组实际对象的世系关系的描述(如基因,物种等)。第6页/共96页一个系统发育树末端分支末端物种顶端叶子中间节点中间枝条节点根第7页/共96页树只代表分支的拓扑结构ABCDFGDCFGABE?E?第8页/共96页分子进化研究的目的 从物种的一些分子特性出发,从而了解物种之间的生物系统发生的关系。 蛋白和核酸序列 通过序列相似性的比较进而了解基因的进化以及生物系统发生的内在规律。第9页/共96页分子进化研究的基础核苷酸和氨基酸序列中含有生物进化历史的全部信息。(假设)在各种不同的发育谱系及足够大的进化时间尺度中,许多序列的进化速率几乎是恒定不变的。(分子钟理论)虽然仍存在争议,但是分子进化确实能阐述一些生物系统发生的内在规律。(实际)第10页/共96页y分子钟理论从一个分歧数据可以推测其他x序 列 分 歧 度分歧时间第11页/共96页? 分子钟概念的提出中性学说认为,分子进化速率取决于蛋白质或核酸等大分子中的氨基酸或核苷酸在一定时间内的替换率。生物大分子进化的特点之一是,每一种大分子在不同生物中的进化速度都是一样的。每年每个氨基酸置换频率为0.3-5 X 10-9个,是个常数。两个物种在同一蛋白分子中的氨基酸相异的数目即发生置换的数目,与该两种生物分歧的时间成正比。第12页/共96页 以血红蛋白的α链为例,鲤、马和人的α链都是由141个氨基酸所构成,其中鲤和马有66个氨基酸不同,马和人有18个氨基酸不同。分子进化速率与种群的大小、物种的生殖力和寿命都没有关系。也就是说,分子进化是随机发生的,而不是选择的结果。第13页/共96页分子进化的中性学说(非达尔文主义)1968年日本遗传学家木村资生(M.kimura) ,在英国科学杂志《自然》上,发表了《分子水平上的进化速率》一文。翌年,美国的两位科学家雅克·金和托马斯·朱克斯,在美国杂志《科学》上发表了《非达尔文主义进化》一文。以“中性突变”为基础的分子进化学说逐渐形成了。第14页/共96页(1)中性学说产生的学术背景? 同功酶的发现和研究 指能催化相同的化学反应,但蛋白质分子结构不同的一类酶。它们在生理上、免疫上、理化性质上都有一 定的差异,它们存在于同一个体或同一组织中。 例如:乳酸脱氢酶LDH是由4个亚基聚合而成的四聚体,可形成5种LDH同工酶:H4、M4、H3M1、H2M2和HM3,其中M型在骨骼肌,H型在心肌。 由此说明,自然群体在分子水平上存在着意想不到的多态性,而这正是综合进化论所解释不通的。第15页/共96页这个学说认为,从分子水平看,大部分突变对于生物体的生存既不产生有利的效应,也不酿成不利的后果,因此,这类突变在自然选择中是“中性”的。在亿万年中,生物体内的基因不断地产生“中性突变”,它们不受自然选择的支配,而是通过随机的偶然的过程即遗传漂变,在群体中固定下来或是被淘汰,结果就造成了基因和蛋白质分子的多样性,实现了分子的进化。第16页/共96页? 遗传漂变的理论 认为多数或绝大多数突变都是中性的, 即无所谓好或坏。遗传漂变是随机的,并 不是自然选择的结果。第17页/共96页(2)中性学说的内容 A. 分子进化速度的一定性,即同一生物大分子在不同物种中的进化速度是一样的。 B. 功能上对生命生存制约性低的分子或一个分子中不那么重要的部分,较之对生命生存制约性高的分子或分子中重要的部分,其突变置换率高。 C. 进化过程中,对分子功能不损害或损害轻的突变(置换)较之损害严重的突变容易发生。 D. 具有新功能的基因一般起源于基因重复。 E. 中性突变包括有害程度轻微的突变;分子进化中遗传漂变对中性突变在群体中的固定发挥着重要作用,即遗传漂变是分子进化的基本动力。第18页/共96页(3)70年代后期分子生物学的蓬勃发展致使中性学说得以正式确立。 无表达功能的内含子的进化速度远远高于有表达功能的外显子的进化速度。 伪基因(具有与功能基因相似的碱基序列,但是不能产生有活性的基因产物,也不参与调控其他基因的功能,属于死亡了的基因)中的突变(置换),不论是同义置换抑或非同义置换,均较功能基因快上好几倍,这一特点最强有力地支持了中性学说。第19页/共96页(4)中性学说面临的两大难题? 无法解释物种的形成;? 无法解释表现型水平上的

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