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1 · 第1學期普通生物學(上)科學方法

三域分類系統

Three-Domain System

難度 3 · 進階taxonomyphylogenetics想做成互動版

Woese 的三域系統雖然是演化生物學里程碑,但近年 Asgard 古菌的發現正將其推向修正。

16S rRNA 分子系統發育學的技術基礎

序列比對 (MSA)、距離法 (neighbor-joining)、最簡約法 (maximum parsimony)、最大似然法 (maximum likelihood)、貝氏推論 (Bayesian inference)。16S rRNA 的限制:水平基因轉移 (HGT) 可能模糊訊號、不同區域演化速率不均、單一基因 vs 全基因組不一致。

全基因組系統發育學

串聯多基因 (concatenated alignment):> 30 個 universal marker genes。基因內容法 (gene presence-absence)。罕見基因組變化 (RGC):indels、gene fusions。Hsp70 插入:Archaea + Eukarya 有 23 aa insert,Bacteria 無。Prolyl-tRNA synthetase 插入:Archaea + Eukarya 共享。

二域假說 (Eocyte Hypothesis)

Lake (1984) 用 ribosome 形態提出真核生物源自古菌內。初被否認,但 2015 年 Lokiarchaeota 改變局面:Asgard 古菌帶有 ESP (Eukaryotic Signature Proteins)。系統基因組分析將 Eukarya 置於 Asgard 古菌內 → Archaea 呈並系群。若 Asgard 內發生內共生 (proto-mitochondrion uptake) → 產生 LECA。

生命樹 vs 生命網絡

HGT 在早期演化可能極廣泛:「生命樹」根部可能為網狀 (reticulate)。達爾文閾值 (Darwinian threshold):HGT 頻繁 → 演化以垂直傳遞為主。Woese 稱早期為「progenote」階段。

16S rRNA 方法的現代應用

微生物群 (microbiome) 分析:V3-V4 區域 amplicon sequencing。OTU (97%) vs ASV (amplicon sequence variant, DADA2)。宏基因組 (metagenomics) 可直接組合基因組 (MAG)。

三域在生物科技的應用

Bacteria:抗生素、重組蛋白、CRISPR tools。Archaea:Pyrococcus furiosus DNA polymerase (Pfu, 高保真度 PCR)、thermostable enzymes。Eukarya:CHO cells 生產 therapeutic antibodies。

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