第12章-微生物的进化、系统发育和分类鉴定.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章内容,一、分类单元,二、命名规则,三、分类鉴定方法,四、微生物的分类系统,据保守估计，地球上,真菌约,150万种，细菌4万种，病毒130万种,但认识的微生物仅是估计数量的5,10%，即15万,20万种,要认识、研究和利用类群庞大的微生物资源，,必须对它们进行分类。,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,。,(根据现有数据建立系统的过程),分类学的具体任务有三个：,鉴定,分类、,命名、,根据,Carl Woese,的理论，现在还在界之上使用,域(domain)，,即：,古生菌域、细菌域、真核生物域,。,图10-5 生命世界的系统发育树状图（Olsen&Woese 1993）,种是生物分类中,基本的分类单元,和分类等级。,微生物的种：,指具有,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很明显的区别。,2.种（species）,种的具体代表：,称为,“模式种”（type species）,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）,；,3.种以下的分类单元,1）亚种(subspecies)和变种(variety)：,2）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不同，分为不同的,噬菌体型,3）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。,菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体,菌株与型的区别：,菌株之间,不存在鉴别特征的差异,，命名不同的菌株无需分类学依据；,不同型的细菌之间,存在鉴别特征的差异,，命名或鉴定不同的型必需有分类学依据。,二、微生物的命名,微生物名称：俗名（common name）,学名（scientific name）,（1）,学名,国际命名法规：,双名法：,属名 +种名加词,属名在前，一般用,拉丁文名词,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,一般用斜体表示,当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名相同，则,后面的属名可缩写,成1个、2个或3个字母，在其后加一个点。,如：,Bacillus,可缩写成“,B.,”或“,Bac.,”,若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，用,sp.,（单数）,或,spp.,（复数）,表示。,如：,Bacillus,sp.,（2）在分类学文献中,学名,=,属名,+,种名,+,（首次定名人）,+,现名定名人,+,现名定名年份,必要（斜体）可省略（正体）,（3）三名法,有,亚种,或,变种,时，学名由“三名法”构成,学名,=,属名,+,种名加词,+,subsp 或 var,+,亚种或变种的加词,斜体 正体（可省略）斜体（不可省略）,三、微生物分类鉴定的方法,菌种鉴定步骤：,获得纯培养物,测定必要的鉴定指标,查找权威性的菌种鉴定手册,分类鉴定方法：,经典分类鉴定法,微生物遗传型的鉴定,细胞化学成分的鉴定,现代方法,数值分类法,（一）经典分类鉴定法,形态学特征,生理学特征,生态学特征,经典鉴定指标：,生活史，有性生殖情况,血清学反应,对噬菌体的敏感性,其他,形态和生理生化特征,是最常用,的细菌分类、鉴定指标,在生物学表型为指标的传统方法，正在向,微量化、简便化、快速化、智能化,的方向发展。目前，已有商品化的鉴定系统，如：,API系统,“Enterotube”,“Biolog”,全自动和手动系统,按大量,表型性状,的相似性程度进行统计、归类,特点:,使用尽可能多的性状，每个性状同等重要。,步骤:,(1)收集菌株，选择性状,(2)性状编码,(3)相似性计算:,计算相关系数,S,sm,或,Sj：,S,sm,=（a+c）/(a+b+c),正负,反应性状,Sj=a/(a+b+c),正,反应性状,Sj,8085%,种,Sj,65%,属,(4),系统聚类,(5)聚类结果的表示,1.,数值分类法（统计分类法）,（二）现代分类鉴定方法,2.微生物遗传型的鉴定,特点：,与形态及生理生化特性的比较不同，对,DNA的碱基组成,的比较和进行,核酸分子杂交,是直接比较不同微生物之间,基因组的差异,，因此,结果更加可信,。,（1）DNA碱基比例的测定,测“GC比”：,(G+C)mol%=（G+C）/（A+T+G+C）,100%,分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数来表示各类生物的DNA碱基组成特征。,DNA碱基组成是各种生物的一个稳定特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。,a）,每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者可以,作为分类鉴定的指标,。细菌的GC%范围为25-75%，,变化范围最大。,b）GC%测定,主要用于对表型特征难区分的细菌作,出鉴定,，从分子 水平上判断物种的亲缘关系。,c）,GC%的比较，主要用于分类鉴定中的,否定.,亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含,量，,但具有相似G+C含量的生物，并不一定表明它,们之间具有近的亲缘关系。,GC%使用注意事项：,同一个种内,的不同菌株,GC%,含量差别应在,45%以下,；,同属,不同种的差别应,低于1015%,；,GC%含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项,基本特征，它对于种、属甚至科的分类鉴定有重要意义。,若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的,菌株，如果其,GC%,含量的差别大于5%，则肯定,不是同一个种，大于15%则肯定不是同一个属。,（2）核酸的分子杂交,不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间的亲缘关系就越近，反之亦然。,（3）rRNA序列同源性分析,三种方法：,rRNA-DNA杂交、,rRNA寡核苷酸编目分析,rRNA序列分析（系统发育树状图）。,分析不同微生物,16SrRNA,或,18SrRNA,寡核苷酸序列的同源性程度，以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系。,T1RNA 酶水解,（专一性水解G 上3端磷酸酯键）,提纯rRNA,（,32,P标记）,一系列寡核苷酸片段,（长度不一以G为末端）,双向电泳,分离，确定rRNA寡核苷酸的,指纹图谱,寡核苷酸序列分析,（6个核苷酸以上）,编目，比较、计算和分析,确定菌株间的亲缘关系,rRNA寡核苷酸编目分析实验方法：,rRNA寡核苷酸编目分析的基本原理：,用一种RNA酶水解rRNA后，产生一系列寡核苷酸片段，如果两种或两株微生物的亲缘关系越近，则其所产生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然。,rRNA作为进化和系统分类指征的优点：,a）rRNA具有,重要且恒定的生理功能,；,b）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；,c）16SrRNA分子量,大小适中,，便于序列分析；,d）rRNA在细胞中,含量大,(约占细胞中RNA的90%)，也,易于提取,；,e）16SrRNA,普遍存在于原核生物中,(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。,一些生物大分子（如16SrRNA或18SrRNA），其分子序列的改变量与分子进化的时间成正比，因此，这些生物大分子被作为分子计时器，真实记录了各种生物的进化过程。可通过比较不同类群的生物大分子序列的改变量来确定它们彼此系统发育的相关性或进化距离。,分子计时器：,（4）,微生物全基因组序列测定,第一个古菌：詹氏甲烷杆菌,第一个细菌：流感嗜血杆菌,第一个真菌：酿酒酵母,3.,细胞化学成分用作鉴定的指标,细胞壁的化学成分,全细胞水解液的糖型,磷酸类脂成分的分析,枝菌酸的分析,醌类的分析,气相色谱技术（脂肪酸组成和代谢产物分析）,伯杰氏鉴定细菌学手册,(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology),第一版（1923年）第八版（1974年）第九版（1994年）,美国宾夕法尼亚大学的,细菌学教授,伯杰(D.Bergey),主编。,1957年第七版后,，吸收了,国际上细菌分类学家,参加编写，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,。,四.分类系统,1.原核生物分类系统,19841989年,改为伯杰氏系统细菌学手册，简称系统手册 (Bergeys Manual of Systematic Bacteriology),（第一版，分四卷）,第二版，分五卷,（,根据系统发育资料,，对分类单元进行了相当大的调整，将细菌分成两个域共25门39纲）,第一卷：古生菌、蓝细菌、光合细菌以及最早分支的细菌,第二卷：变形杆菌（包括形态及生理学特征多样的革氏阴性菌）,第三卷：低G+C含量的革氏阳性菌,第四卷：高G+C含量的革氏阳性菌,第五卷：浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌和衣原体等,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。,2.,菌物分类系统,Ainsworth,菌物系统（,Ainsworths system of fungi,）,第七版(1983年),第八版(1995年),影响力较大,本章重点,1.,分类单元（七级）,种是基本的分类单位,2.命名,1）学名的国际命名法则双名法,2）常见微生物的学名,3.分类鉴定的方法和指标,4.分类系统,思考题,Wose,将生物分成“,Bacteria,、,Archaea,和,Eukarya,”,三,域系统的主要实验根据是什么？,目前主要有哪些分子遗传学方法用于微生物分类？,名词：分子计时器，模式菌株,