分子系統學

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分子系統學是中國科技名詞。

如今，一個擁有燦爛文化的中國，帶着豐富多彩的文化元素屹立在世界東方。而中華文化的典型代表之一便是漢字。

目錄

名詞解釋

分子系統學是指通過對生物大分子（蛋白質、核酸等）的結構、功能等的進化研究，來闡明生物各類群（包括已絕滅的生物類群）間的譜系發生關係，相對於經典的形態系統分類研究，由於生物大分子本身就是遺傳信息的載體，含有龐大的信息量，且趨同效應弱，因而其結論更具可比性和客觀性．尤為重要的是，一些缺乏形態性狀的生物類群（如微生物和某些低等動、植物）中，它幾乎成為探討其系統演化關係的唯一手段。由於分子系統學的上述特點，自其誕生之日起，就逐漸在各種生物類群的系統發生研究中得到了廣泛的應用．總的說來，迄今分子系統學的研究所獲得的生物類群間親緣關係的結果，大多都和經典的形態系統樹相吻合．但是，在一些生物進化譜系不明或模糊關鍵環節上，它得出的結果卻往往和形態系統學的推測大相徑庭。

研究步驟

分子系統學研究的主要方法是根據分子生物學數據構建生物類群的譜系發生樹．它一般包括以下程序：

首先確定所要分析的生物類群，選擇該類群中相關亞類群的一些代表種類；確定所要分析的目的生物大分子

(包括DNA序列、蛋白質序列等)或它們的組合；設法獲得它們的序列數據或其它相關數據(如限制性內切

酶(I LP)、隨機擴增多態DNA( )、DNA序列等)，DNA序列的數據可以通過GenBank獲得，也可以

通過實驗室的研究(設計特異引物進行PCR擴增和序列測定)而獲得；對獲得的相關數據進行比對(pairwise

alignment)或其它的數學處理，如轉變成遺傳距離數據矩陣；通過一些遺傳分析軟件(常用的計算機軟件如：PHYLIP J、PAI J、MEGA[J等)對這些處理後的數據，並基於一定的反映DNA序列進化規律的數學模型

構建分子系統樹；對構建的系統樹做相應的數學統計分析以檢驗系統樹的可靠性等．值得注意的是，在分析

具體的研究對象時，上述各個環節是緊密聯繫的一個整體，要獲得一個正確的結論，必須綜合考慮每一環節

之間的內在聯繫．比如目的基因的選擇、數據處理和分析的分類群之間、構樹方法和分析軟件的選擇之間都

有密切的聯繫．

涉及議題

基因樹和物種樹

分子系統學的目的就是通過基因樹來推測物種樹．基因樹是根據生物大分子的序列數據(主要為DNA

序列數據)構建的譜系樹，物種樹則是反映物種實際種系發生的譜系樹．人們期待着得到的基因樹和物種樹

相一致，然而實際情況往往並非如此．Nei(1987)描繪了二種譜系樹之間所有可能的關係，認為二種譜系樹之間至少存在二個方面的差異：一是基因樹的分化時間早於物種樹，二是基因樹的拓撲結構可能與物種樹不一致(二個或多個基因樹之間存在着差異)[77，如何將由多個基因或基因組建立的基因樹綜合成一個物種樹，是分子系統學面臨的一個主要難題．Maddison(1997)認為：基因重複所導致的並源而非直源關係的產生，不同生物類群問基因的水平轉移，系統演化分歧事件發生後產生的分子性狀的多型性引起的譜系選擇等生物學因素是造成二者不一致的主要原因．

相應地，分子系統學研究中一定要選擇直源基因而非並源基因，選擇水平轉移事件較少的樹，採用基於大量獨立進化的基因位點進行分析等等，都不失為一種行之有效的方法，更有利於獲得一個可靠的樹．

分類群的選擇

分子系統學研究中如何選擇所研究的對象—— 內類群的選擇是一個非常值得注意的問題．內類群選擇

(內類群的數目及選擇依據等)的科學性與否直接影響到所得結論的可靠性．關於內類群的數目，目前大多數

分子系統學家認為，當所分析的序列長度一定時，儘量選擇較多的分類群有助於獲得更準確的結論，加j．而內類群選擇的依據主要體現在：(1)結合古生物學，形態學等各方面證據，儘量保證所選擇的分類群確為一個單系發生的類群；(2)分類群的選擇並非是隨機的，儘量使其在所研究的生物類群中具有代表性；(3)在某些因具有明顯長枝效應(或短枝效應)而導致的系統關係不確定的分支間增加分類群有助於減弱或消除這種效應[91．另外，在構建分子系統樹中，同樣需要選擇外類群以確定系統發生樹的基部位置，從而確定進化的方向．外類群的選擇可以是單個(單一外類群)，也可以是多個(複合外類群)．

在所研究的內類群數目不多且二者之間的極性關係十分確定的情況下，單個外類群足以說明問題．而在較為複雜的分析中，通常選擇複合外類群以保證所得結論的可靠性[11]．隨機選擇的外類群，極有可能因為親緣關係較遠，導致所得結果的不確定性增大．因此，在選擇外類群時，必須結合其它分類學上的證據，或者在做詳細的系統發育研究之前，首先對所研究的內、外群的關係進行初步探討，以便於選擇較為理想的外類群．最理想的外類群應該是該內群的姐妹群，因為二者間擁有較多的共近裔性狀．