تبارزایی میکروبی و سه حوزه حیات

مقایسه توالی‌های مولکولی حفاظت‌شده، درخت حیات را به سه حوزه بازآرایی کرد و میکروارگانیسم‌ها را در بنیاد آن قرار داد و نشان داد که آرکئاها (Archaea) تباری به همان اندازه متمایز از باکتری‌ها هستند که از یوکاریوت‌ها.

Definition

تبارزایی میکروبی بازسازی روابط تکاملی بین میکروارگانیسم‌ها از داده‌های مولکولی است و سیستم سه‌حوزه‌ای طبقه‌بندی حاصل از حیات سلولی به باکتری‌ها، آرکئاها و یوکاریا است.

Scope

این موضوع شامل استفاده از RNA ریبوزومی و سایر مولکول‌های حفاظت‌شده به عنوان زمان‌سنج‌های مولکولی؛ ساخت و تفسیر درختان تبارزایی؛ شناسایی سه حوزه باکتری‌ها (Bacteria)، آرکئاها (Archaea) و یوکاریا (Eukarya)؛ و پیامدهای این چارچوب برای طبقه‌بندی تنوع میکروبی و استنتاج روابط تکاملی عمیق است.

Core questions

• چگونه توالی‌های مولکولی می‌توانند روابط تکاملی را آشکار کنند؟
• چرا RNA ریبوزومی به عنوان زمان‌سنج مولکولی استفاده می‌شود؟
• چه شواهدی از سه حوزه به جای دو حوزه حمایت می‌کند؟
• تبارزایی چگونه به طبقه‌بندی میکروبی کمک می‌کند؟

Key concepts

• زمان‌سنج‌های مولکولی
• تبارزایی RNA ریبوزومی
• درختان تبارزایی
• باکتری‌ها، آرکئاها و یوکاریا
• درخت جهانی حیات

Key theories

فرضیه سه‌حوزه‌ای

مقایسه‌های توالی RNA ریبوزومی توسط ووز و فاکس نشان داد که آرکئاها حوزه‌ای متمایز از باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها را تشکیل می‌دهند و سه تبار اصلی حیات سلولی را تثبیت کردند.

Mechanisms

از آنجا که ژن‌هایی مانند ژن‌های کدکننده RNA ریبوزومی در تمام حیات سلولی وجود دارند، به آرامی تغییر می‌کنند و از نظر عملکردی ثابت هستند، تفاوت در توالی‌های آن‌ها نشان‌دهنده زمان از زمان واگرایی تبارها است. هم‌تراز کردن این توالی‌ها و تجزیه و تحلیل الگوهای تفاوت، درختان تبارزایی را تولید می‌کند که آرکئاها را در شاخه‌ای جدا از باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها قرار داد و درخت جهانی سه‌حوزه‌ای را به دست آورد.

Clinical relevance

چارچوب تبارزایی مولکولی زیربنای طبقه‌بندی و شناسایی میکروبی مدرن است، امکان قرار دادن میکروب‌ها در زمینه تکاملی را تنها از داده‌های توالی فراهم می‌کند و مبنایی برای تفسیر تنوع آشکار شده توسط توالی‌یابی محیطی ارائه می‌دهد.

History

در سال ۱۹۷۷، کارل ووز (Carl Woese) و جورج فاکس (George Fox) گزارش دادند که مقایسه توالی‌های RNA ریبوزومی گروهی را که آن‌ها آرکئوباکتریا (archaebacteria) نامیدند، از سایر باکتری‌ها متمایز می‌کند که منجر به سیستم سه‌حوزه‌ای شد که دوگانگی ساده پروکاریوت-یوکاریوت را جایگزین کرد.

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

چرا از RNA ریبوزومی برای مطالعه تکامل میکروبی استفاده می‌شود؟

ژن‌های RNA ریبوزومی در تمام موجودات سلولی وجود دارند، عملکرد ضروری یکسانی را انجام می‌دهند و به آرامی در طول زمان تغییر می‌کنند. این ویژگی‌ها توالی‌های آن‌ها را به سوابق قابل اعتمادی از تاریخ تکاملی تبدیل می‌کند که می‌توانند در بین تبارهای بسیار دور مقایسه شوند.