Mikrobielle Phylogenie und die drei Domänen

Der Vergleich konservierter molekularer Sequenzen reorganisierte den Baum des Lebens in drei Domänen und platzierte Mikroorganismen an dessen Grundlage, wodurch Archaeen als eine von Bakterien und Eukaryoten gleichermaßen unterschiedliche Abstammungslinie identifiziert wurden.

Definition

Mikrobielle Phylogenie ist die Rekonstruktion evolutionärer Beziehungen zwischen Mikroorganismen aus molekularen Daten, und das Drei-Domänen-System ist die daraus resultierende Klassifikation des zellulären Lebens in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten.

Scope

Dieses Thema behandelt die Verwendung ribosomaler RNA und anderer konservierter Moleküle als molekulare Chronometer; die Konstruktion und Interpretation phylogenetischer Bäume; die Anerkennung der drei Domänen, Bakterien, Archaeen und Eukaryoten; und die Implikationen dieses Rahmens für die Klassifizierung mikrobieller Diversität und die Ableitung tiefer evolutionärer Beziehungen.

Core questions

• Wie können molekulare Sequenzen evolutionäre Beziehungen aufzeigen?
• Warum wird ribosomale RNA als molekulares Chronometer verwendet?
• Welche Beweise stützen drei Domänen anstelle von zwei?
• Wie beeinflusst die Phylogenie die mikrobielle Klassifizierung?

Key concepts

• Molekulare Chronometer
• Ribosomale RNA-Phylogenie
• Phylogenetische Bäume
• Bakterien, Archaeen und Eukaryoten
• Universeller Baum des Lebens

Key theories

Drei-Domänen-Hypothese

Ribosomale RNA-Sequenzvergleiche von Woese und Fox zeigten, dass Archaeen eine von Bakterien und Eukaryoten unterschiedliche Domäne bilden, wodurch drei primäre Abstammungslinien des zellulären Lebens etabliert wurden.

Mechanisms

Da Gene, wie jene, die ribosomale RNA kodieren, in allem zellulären Leben vorhanden sind, sich langsam verändern und funktionell konstant sind, spiegeln Unterschiede in ihren Sequenzen die Zeit wider, seit sich Abstammungslinien getrennt haben. Die Ausrichtung dieser Sequenzen und die Analyse der Unterschiedsmuster erzeugen phylogenetische Bäume, die Archaeen auf einem von Bakterien und Eukaryoten getrennten Ast platzierten und den universellen Drei-Domänen-Baum ergaben.

Clinical relevance

Der molekularphylogenetische Rahmen untermauert die moderne mikrobielle Klassifizierung und Identifizierung, ermöglicht es, Mikroben allein anhand von Sequenzdaten in einen evolutionären Kontext zu stellen, und bildet die Grundlage für die Interpretation der durch Umweltsequenzierung aufgedeckten Diversität.

History

Im Jahr 1977 berichteten Carl Woese und George Fox, dass Vergleiche von ribosomalen RNA-Sequenzen eine Gruppe, die sie Archaebakterien nannten, von anderen Bakterien unterschieden, was zum Drei-Domänen-System führte, das die einfache Prokaryoten-Eukaryoten-Dichotomie ersetzte.

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

Warum wird ribosomale RNA zur Untersuchung der mikrobiellen Evolution verwendet?

Ribosomale RNA-Gene sind in allen zellulären Organismen vorhanden, erfüllen dieselbe essentielle Funktion und verändern sich im Laufe der Zeit langsam. Diese Eigenschaften machen ihre Sequenzen zu zuverlässigen Aufzeichnungen der Evolutionsgeschichte, die über sehr entfernte Abstammungslinien hinweg verglichen werden können.