微生物系统发育和三域学说

比较保守的分子序列将生命之树重组为三域，并将微生物置于其基础，揭示了古菌与细菌和真核生物一样，是截然不同的谱系。

Definition

微生物系统发育是根据分子数据重建微生物之间的进化关系，而三域系统是将细胞生命分类为细菌域、古菌域和真核生物域的分类体系。

Scope

本主题涵盖核糖体RNA和其他保守分子作为分子时钟的应用；系统发育树的构建和解释；细菌域、古菌域和真核生物域这三域的识别；以及该框架对微生物多样性分类和推断深层进化关系的影响。

Core questions

• 分子序列如何揭示进化关系？
• 为什么核糖体RNA被用作分子时钟？
• 什么证据支持三域而非两域？
• 系统发育如何指导微生物分类？

Key concepts

• 分子时钟
• 核糖体RNA系统发育
• 系统发育树
• 细菌域、古菌域和真核生物域
• 普遍生命树

Key theories

三域假说

Woese和Fox对核糖体RNA序列的比较表明，古菌形成了一个与细菌和真核生物不同的域，确立了细胞生命的三大主要谱系。

Mechanisms

由于编码核糖体RNA等基因存在于所有细胞生命中，变化缓慢，且功能恒定，因此其序列差异反映了谱系分化以来的时间。比对这些序列并分析差异模式，可以构建系统发育树，这些树将古菌置于与细菌和真核生物都不同的分支上，从而产生了普遍的三域生命树。

Clinical relevance

分子系统发育框架是现代微生物分类和鉴定的基础，使得仅凭序列数据就能将微生物置于进化背景中，并为解释环境测序揭示的多样性提供了依据。

History

1977年，Carl Woese和George Fox报告称，核糖体RNA序列的比较区分出他们称之为古细菌的一个类群，使其有别于其他细菌，从而形成了取代简单原核生物-真核生物二分法的三域系统。

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

为什么使用核糖体RNA来研究微生物进化？

核糖体RNA基因存在于所有细胞生物中，执行相同的基本功能，并且随时间变化缓慢。这些特性使其序列成为可靠的进化历史记录，可以在非常遥远的谱系之间进行比较。