分子進化分析

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1、生物信息學第六章分子進化分析主講：涂旳重慶大學生物工程學院?18世紀Z前，神創(chuàng)論和物種不變論。？18世紀，相信物種是變化的。拉馬克用環(huán)境作用的影響、器官的用進廢退和獲得性的遺傳等原理解釋主物進化過程，創(chuàng)立了第一個比較嚴整的進化理論。？1859年達爾文發(fā)表《物種起源》，論證了地球上現(xiàn)存的生物都由共同祖先發(fā)展而來，并提出自然選擇學說以說明進化的原因，從而創(chuàng)立了科學的進化理論。？20世紀30年代，綜合進化論，綜合了細胞遺傳學、群體遺傳學以及古生物學等學科的成就，進一步發(fā)展了進化理論。？20世紀60年代末，分子進化中性學說，認為種內(nèi)和種間大多數(shù)可見差異是適合度很小的隨機突變的固定

2、所決定的。生物進化《TheOriginofSpecies》(1859)Darwin,Charles(1809-1882)生物進化研究方法？1.化石證據(jù)：理想但是零散、不完整生物進化研究方法？2.比較形態(tài)學和比較生理學：確定大致的進化框架但是細節(jié)存很多的爭議研究生物大分子(如生物進化研究方法？3.分子進化(molecularevolution)核酸和蛋口質(zhì)分子)的進化速率、模式及機制的理論分子進化1964年，Pauling等捉出分子進化理論：(1)生命起源：冇機分子由簡單向復雜演變(2)生物進化：構(gòu)成生物體的生物大分子如蛋口質(zhì)、核酸的演變?；炯僭O：核昔酸和氨基酸序列屮含有

3、生物進化歷史的全部信息意義：分子進化的研究可以為生物進化過程提供佐證，為深入研究進化機制提供重要依據(jù)。分子進化？普適性由4種核酸組成？分子水平的進化表現(xiàn)為：DNA序列的演化、氨基酸序列演化、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的演化？可比較性比較不同物種的有關(guān)DNA序列？建立DNA序列的演化模型、氨基酸序列的演化模型（數(shù)學模型）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的演化模型？基因組編碼信息的豐富與形態(tài)、性狀包含的信息相比，基因組序列、蛋口質(zhì)序列包含更多、更復朵的信息結(jié)構(gòu)分子進化的研究方法序列比較:源于同一祖先DNA/氨基酸序列的兩條DNA/氨基酸序列，考察二者的差異。序列差異：進化過程中分子突變的痕跡分子進化：以累計

4、在DNA/氨基酸分子上的歷史信息為基礎，研究分子水平的生物進化過程和機制。倒位(2)核昔酸替代:多基因家族的產(chǎn)牛以及染色體片斷復制？C.分子進化的模式(l)DNA突變的模式：替代，插入，缺失,轉(zhuǎn)換(Transition)&顛換(Transversion)(3)基因復制：偽基因的產(chǎn)生？A.單個基因復制？重組或者逆轉(zhuǎn)錄？B.基因組復制分子進化的理論基礎分子進化鐘：某一蛋白在不同物種間的取代數(shù)與所研究物種間的分歧時間接近正線性關(guān)系，進而將分子水平的這種恒速變異稱為“分子鐘屮性學說：突變大多數(shù)是屮性的，屮性突變通過隨機的遺傳漂變在群體里固定下來，分子進化是遺傳漂變的結(jié)果，

5、在分子進化上自然選擇不起作用。分子進化的研究目的（1）從物種的一些分子特性岀發(fā)，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，進而了解物種之間的生物系統(tǒng)發(fā)生的關(guān)系一一主命樹，物種分類（2）大分子功能與結(jié)構(gòu)的分析：同一家族的大分子，具有相似的三級結(jié)構(gòu)及生化功能，通過序列同源性分析，進行大分子功能預測（3）進化速率分析：例如，HIV的高突變性，哪些位點易發(fā)生突變？作為進化標尺的生物大分子的選擇原則1）在所需研究的種群范圍內(nèi)，它必須是普遍存的。2）在所有物種中該分子的功能是相同的。3）為了鑒定大分子序列的同源位?或同源區(qū)，要求所選擇的分子序列必須能嚴格線性排列，以便進行進一步的分析比較。4）分子上序列的改變

6、（突變）頻率應與進化的測量尺度相適應。大量的資料表明：功能重要的大分了、或者大分了中功能重要的區(qū)域，比功能不重要的分子或分子區(qū)域進化變化速度低。16SrRNA被普遍公認為是一把好的譜系分析的“分子尺”16SrRNA1）rRNA具冇重要且恒定的生理功能；2）在16SrRNA分子屮，既含冇高度保守的序列區(qū)域，乂有中度保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；3）16SrRNA分子量大小適屮，便于序列分析;4）rRNA在細胞中含量大（約占細胞中RNA的90%）,也易于提??；5）16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中（真核生物中其同源分了是

7、18SrRNA）o因此它可以作為測量各類生物進化的工具。真核生物(1)TreeofLife:16SrRNA真菌古生菌OutofAfrica隨著距非洲距離越來越長，遺傳多樣性的衰退程度，正好沿著人類早期遷徙的路線慢慢增大。人類遷移的路線53個人的線粒體基因組(16,587bp)非洲人相對其他大陸上的人類在基因上極為多樣化系統(tǒng)發(fā)冇樹(Phylogenetictree)系統(tǒng)發(fā)育樹對一組實際對彖的世系關(guān)系的描述（如基因，物種等）。末端分支？用一種類似樹狀分支的圖形來概括各種（類）生物之間的親緣關(guān)系？通過比較生物大分子序列差異的數(shù)值構(gòu)建