同学们，大家好！学生信，做分析，就上凌波微课。欢迎大家扫描下方的二维码关注“凌波微课”，加入凌波微课交流群，参与我们的课程和课下交流。我是主讲人Bonnie，今天我们给大家分享的内容来自公众号“红皇后学术”，主题为：分子钟学说和现代应用。
首先我们来了解一下物种的概念。我们都知道，世界上存在的生物是五花八门、多种多样的，几乎没有人能够说的清楚这个世界上到底存在多少种生物。那么我们如何在界定哪些生物属于同一类，而哪些生物属于不同种类呢？
古希腊的学者亚里士多德为了解释这一问题，提出了物种的概念，他将物种定义为与其它相似的物种在生殖上相互隔离的生物群体。
经过数百年的研究和发展，物种已经成为了生物分类学研究的最基本单位。并且在物种概念的基础上，发展出了一整套完整的生物学分类方法，也就是我们常说的“界-门-纲-目-科-属-种”层级分类方法。
最初的生物分类源于林奈的系统分类法，界定是依赖于不同物种间表型的相似性，但是这种方式限制非常大、主观的因素非常明显、分类的准确性也没有保障。而且这种方法尤其不适用于微生物的分类鉴定，由于人类的肉眼是无法识别微生物，需要依赖显微镜进行观察，这就限制了表型比较方法的应用。同时自然界中微生物的多样性非常高，高达99%的微生物是不能够在实验室进行纯培养的，也就无法观测其表型特征。
为了更准确有效的鉴定物种的分类学位置，许多学者对生物中若干代表性的蛋白质进行分析，发现了分子进化速度恒定这一现象。也就是说可以通过评估代表性基因的差异水平判断物种的亲缘程度，这就是“分子钟”学说，用于评估物种亲缘关系的代表性基因就是“分子钟”。自1960年代提出以来，“分子钟”已成为包括系统生物学，分子生态学和保护遗传学在内的许多进化生物学领域的重要工具。
在分子钟学说提出的早期，研究人员使用DNA杂交的方式进行物种亲缘关系鉴定，通过比较不同物种“分子钟”DNA的杂交程度，来判断物种的分类学位置。既然我们前面提到了，基于表型特征的生物分类已经不适用于原核生物了，基于DNA杂交的方法就成为原核生物物种分类的“黄金标准”，而且已经被使用了50年。但是此方法操作复杂、十分耗时，随着DNA测序技术的发展，基于杂交的物种分类技术已经被基于高通量测序的相似性比对技术所取代。
在当代科学研究中，分子钟广泛使用的经典案利为扩增子测序技术。以原核生物的研究为例：细菌核糖体RNA含有3种，分别为23S、16S和5S，它们的核苷酸数目分别为2900nt、1500nt和120nt左右。20世纪60年代Woese等学者开始采用寡核苷酸编目法对生物进行分类，他通过比较各类生物细胞的rRNA序列特征，认为16S rRNA的基因序列可以作为生物系统发育的最合适指标。这是因为： 16S rRNA基因为核糖体构成的关键部分，是所有原核生物共有的，其在所有原核生物中均存在。这就确保了我们利用这样的“分子钟”可以囊括所有原核生物的研究需要。 此外，16S rRNA是细菌中最古老的基因之一，所有细菌中的16S rRNA基因均来自同一个祖先基因。在16S rRNA基因中，既含有保守序列，又含有可变序列，就可以利用这样的特点，在保守区进行引物设计，获得包括可变区在内的序列信息，用于物种的分类研究。
并且，由于16S rRNA基因的进化程度比较稳定，而其可变区碱基的差异程度与细菌的系统发育密切相关。不同物种间在可变区域的序列上具有物种的特异性，为利用其进行物种分类提供了保障。 最后，16S rRNA基因的分子大小比较合适，其全长大约为1500bp，比较适合于PCR结合测序技术以获得其碱基序列。目前，无论是基于二代测序的部分可变区域研究还是基于三代测序的16S rRNA全长测序研究都能够被广泛的推广应用，实现高效的科研利用。
通过检测 16S rDNA 的序列变异和丰度，可以深入了解环境样品中细菌群落多样性信息。16s rRNA应该是目前原核生物研究中最常用的分子钟了。但其实，可以用作“分子钟”的基因有很多，比如18S rRNA和ITS就是真核生物分类学研究中最常用的“分子钟”。这些分子钟的挖掘和分析，在物种的分类鉴定，物种进化及微生态研究等方面起到重要作用。
今天的分享就介绍到这里~~
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