| 单词 | 细菌分类中的核酸分析 |
| 释义 | 【细菌分类中的核酸分析】 拼译：analysis of nucleic acid in bacterial taxonomy 细菌分类是微生物学领域里的一个传统学科，又是一个现代化的活跃发展的学科。在其发展过程中既积累了丰富的资料和经验，又不断吸收最新的研究成果。尤其在分类方法上更是不断吸收相关学科的成就。1873年，柯恩(F．Cohn)提出第一个细菌分类系统，依据细胞形态将细菌分成杆菌、球菌和螺菌。1900年前后，奥拉－杰森(OrlaJenson)、科鲁伊沃(A．J．Kluyver)及戴尔夫特(Delft)研究小组逐步将生理和生化特征引入分类学，由此奠定了传统细菌分类学的基础。1957年，史尼斯(P．H．A．Sneath)将数值分类法引入细菌分类学，使细菌分类建立在大量表型性状的基础上。1960年，核酸分析方法引入细菌分类学。 细菌在进化过程中形成的差异无不记录在它们的DNA序列中。因此，通过核酸分析可以研究和认识细菌进化的历史。细菌分类中的核酸分析就是在体外用各种方法分析核酸的碱基组成、碱基排列、高级结构特性等，并将其用于细菌分类。这些方法的引入使细菌分类产生一次质的飞跃，使之从单纯依赖表型性状的实用分类逐步走向以细菌基因组的比较为依据的系统分类。迄今，已经建立了分别适用于不同分类目的的一系列核酸分析方法，从大范围的进化关系到科、属、种的划分，直至种下分群和菌株鉴定，均有相应的核酸分析方法。首先引入细菌分类学中的核酸分析是DNA碱基组成(G+Cmol%)的测定(1960)和DNA－DNA杂交(1963)。1965年后，DNA－rRNA杂交和16SrRNA寡核苷酸编目逐步引入细菌分类。1985年出版的《细菌系统学中的化学方法》一书对上述方法有详细的总结。用于细菌分类的rDNA完整序列分析和部分序列分析则始于最近几年。此外，还有一些其它方法可以作为细菌分类的辅助手段。如DNA限制性内切酶酶切片段分析、低分子量RNA电泳图谱、质粒电泳图谱以及rRNA的高级结构的测定等可用于分类，核酸探针技术可用于细菌的诊检。细菌分类的基本单元是种。目前，细菌种被定义为“共有许多特征，并与其它菌株相区别的菌株群”。显然，这个定义中对于种的界定没有一个明确的界限。这是因为传统分类中细菌种的划分没有统一的标准。例如沙门氏菌属和根瘤菌属曾分别以血清反应和寄主专一性作为分种的标准。这样，不同的菌群间种的界线不同，概念也不同。核酸分析方法的引入已经在改变着这种状态。各种细菌都有其特定的DNA碱基组成(G+Cmol%)和碱基序列。G+Cmol%对于细菌种、属的划分有一定的帮助。一般认为，细菌种内G+Cmol%的差异小于4%～5%，属内的差异则小于10%。但碱基组成只是对整个基因组的粗略比较，精细的、更有效的方法是比较DNA之间的碱基排列顺序，即DNADNA杂交。变性的DNA单链在适当的条件下可以靠碱基互补配对自动形成双链，即复性。出现在异源DNA间的复性叫杂交，它的特点是具有不连续性，即只有关系密切的菌株间才可以出现DNA杂交。迄今，DNA－DNA杂交已成为细菌定种的一个主要手段。根据大量的实验结果，国际细菌分类学委员会建议：DNA同源性大于70%的菌株属于同一个种。这样，不同种的细菌就有了统一的、可比的标准。DNA杂交中，异源种间的杂交值一般很低，这使得该方法不能用于测定远源关系。早期的研究资料表明，rRNA顺反子比整个细菌基因组要保守得多。而且rRNA存在于所有生物中，其序列上的差异只与进化时间有关。所以，它可以作为生物的尤其是细菌系统分类的信息来源。DNA－rRNA杂交依据rRNA单链与负责其合成的那条DNA单链互补的原理来分析rRNA的同源性。DeLey及其同事用这种方法分析了大量的菌株，并据此将革兰氏阴性菌分为4个大群，因每一群都是科以上水平，故称为超科。这一成果首次为细菌科、属的划分提供了一个普遍适用的、稳定的实验依据。部分rRNA序列分析的作用与DNA－rRNA杂交相同。16SrRNA寡核苷酸编目取得的最重要的成果是确定了第三生命形态——古细菌的存在。在此之前，普遍认为生物界有两大类群，即原核生物和真核生物。对大量16S(包括真核生物的18S)rRNA的比较表明，包括甲烷菌在内的古细菌与真细菌之间的差别就像它们与真核生物的差别一样大。这表明它们可能是由一个共同祖先沿不同的进化途径进化来的。自Lane等建立了利用反转录酶的简便、快速的完整rRNA测序方法后，用寡核苷酸编目的比较少了。目前，rRNA测序技术已成为细菌系统分类的重要实验手段。这个方法的优点是可以积累不同生物的序列资料，建立一个不断扩大的数据库，可以对最广泛的生物类群进行比较得出其进化关系。沃兹(C．R．Woese)认为，rRNA测序技术的出现使细菌系统进化成为可以通过实验进行研究的科学领域。他总结了这方面的大量材料，构建了一个较为系统和全面的细菌系统分类。在这个系统中，生物界被分成3大类：古细菌、真细菌和真核生物。其中，真细菌又分成紫细菌等10个门。核酸分析方法现在已成为细菌分类中的主要手段，其广泛应用导致了从分类观念到分类标准的巨大变化，解决了一些传统分类中长期存在的问题，为种的划分提供了稳定的基础，为系统分类提供了科学的实验依据。但是，核酸分析在细菌分类中的应用也还存在着与表型性状不对应的问题，也就是与传统分类不吻合的问题。DNA杂交得到的同源群有时与传统分类的种不吻合。如传统分类中脆弱拟杆菌的5个亚种是不同的DNA同源群，而假结核耶尔森氏菌和鼠疫耶尔森氏菌两个种、志贺氏菌和埃希氏菌两个属在DNA－DNA杂交中各为一个同源群。以寄主专一性和致病性为标准划分的一些种也与DNA－DNA杂交结果不符。许多rRNA同源性研究结果与传统分类的安排不相吻合。rDNA同源性水平在不同的属内差异非常大。假单胞菌属和梭菌属中均包含多个rRNA同源群。相反，有些rRNA同源群则包含不止一个属，肠杆菌科尤为突出。同时，传统上受到重视的形态特征、能量代谢类型、细胞的分裂方式和细胞壁的有无等均与系统进化无关。例如，化能的水螺菌在系统分类中与紫色光合细菌是近亲。对于核酸同源群与传统分类的差异，有的很快以核酸同源性为基础进行了修改，如脆弱拟杆菌已依据DNA杂交结果分成5个种；有的科、属也已按rRNA同源性重新划分；有些则修改较慢或仍维持原有分类，如上边提到的假单胞菌属和梭菌属等。这一方面因为实际需要，如志贺氏菌属和埃希氏菌属、鼠疫耶尔森氏菌和假结核耶尔森氏菌对人类健康有不同的影响，它们的合并会给目前的应用带来不便；另一方面，核酸分析目前还有缺陷。史尼斯从统计学的角度指出，序列分析结果存在误差，序列越短误差越大。所以，他认为DNA－DNA杂交结果最可靠。基于这种状况，微生物学家中对未来的细菌分类产生两种看法，一种认为可以采取两种系统，即实用分类和系统分类。实用分类以表型相似性来界定分类单元，系统分类则仅以核酸同源性来界定。也有人认为，未来的细菌分类可以建立在系统进化的基础上。因为在很多细菌种、属中已经取得核酸同源群与表观群间的统一。而且古细菌的建立就是首先发现了它的16SrRNA序列与真细菌不同，尔后才发现它们在细菌壁和膜脂等方面与真细菌之间的差异。目前在DNA同源性的基础上界定细菌的种已取得普遍共识，而在属、科及更高级水平上的分类，传统结果与核酸分析结果之间还存在很多差异。这些差异的解决一方面有待于人们对系统分类结果的逐渐适应；另一方面也待于系统分类的完善和成熟，有待系统分类与表型性状的联系。90年代格拉海姆(P．H．Graham)等提出根瘤菌新种、属描述的最小标准，建议以核酸同源性作为分类的基础，但要结合表型性状，不同的核酸同源群间必须有可供鉴定的表型性状。无疑这一建议将代表今后一段时期内细菌分类的发展趋势。【参考文献】：1 Woese C R,G E Fox. Proc Natl Acad Sci. USA, 1977, 74: 5088～50902 De Ley J. In Proceedings of the F'ourth International Conference on Plant Pathogenic Bacteria, Angers, I N R A. , 1978.347-3573 Goodfellow M,D E Minnikin (eds). Chemical Methods in Bacterial Systematios. London, Ollando, San Diego, New York, Toronto, Montreal, Sydney, Tolyo Academic Press. 19854 Lane D J, Pace G J.Olsen D A Stahl, M L Sogin.N R pACE. Proc Natl Acad Sci USA,1985,882:6955-69595 Woese C R.Microbiol Rev. 1987,51:221-2716 Krieg N R. Can J Microbiol. 1988,34:536-5407 Grimont P A D. Can J Microbiol. 1988,34:541 - 5408 Sneath P H.A.Syst Appl Microbiol. 1989,12:15-319 Young J P W, H L Downer,B D Eardly. J Bacteriol. 1991, 173:2271 - 273910 Graham P H, M J Sadowsky, H H Keyser, Y M Barnet, R S Bradley, J E Cooper, D J De Ley, B D W Jarvis, E B Roslycky, B W Stnjdom, J P W Young. Int J Syst Bacterid. 1991,41:582 - 581(北京农业大学生物学院汪恩涛搏士撰；杨苏声审) |
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