微生物學(xué)前沿

第1章緒論001
1.1開展微生物學(xué)前沿研究的意義001
1.2微生物學(xué)前沿的主要研究領(lǐng)域002
1.2.1微生物組學(xué)002
1.2.2微生物系統(tǒng)學(xué)003
1.2.3人感染性病毒與分子免疫005
1.2.4分子微生物學(xué)007
1.2.5化學(xué)微生物與合成生物學(xué)007
1.2.6環(huán)境微生物學(xué)009
1.2.7空間微生物學(xué)與地外生命009
1.3微生物多樣性009
1.3.1微生物多樣性的概念010
1.3.2生物多樣性與天然產(chǎn)物篩選010
1.3.3微生物多樣性的保護(hù)和管理011
參考文獻(xiàn)012

第2章原核微生物系統(tǒng)學(xué)014
2.1原核微生物的描述和定義014
2.1.1原核微生物概念的提出與演變014
2.1.2原核微生物的進(jìn)化016
2.1.3原核微生物的結(jié)構(gòu)特征017
2.1.4原核微生物的生態(tài)分布017
2.2原核微生物的細(xì)胞分子生物學(xué)基礎(chǔ)018
2.2.1原核微生物的形態(tài)與大小019
2.2.2原核微生物的基本細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能020
2.2.3原核微生物的細(xì)胞骨架022
2.2.4細(xì)胞膜024
2.2.5細(xì)胞器026
2.2.6細(xì)胞的多細(xì)胞性和分化027
2.2.7原核微生物基因組028
2.2.8原核微生物的轉(zhuǎn)錄與翻譯029
2.2.9原核微生物基因重組030
2.3原核微生物的分類與命名031
2.3.1基本概念031
2.3.2分類、鑒定和命名的關(guān)系031
2.3.3系統(tǒng)學(xué)與分類學(xué)的關(guān)系032
2.3.4原核微生物分類單元及其等級(jí)032
2.3.5原核微生物命名034
2.3.6原核微生物的分類系統(tǒng)038
2.4原核微生物的多相分類041
2.4.1傳統(tǒng)分類042
2.4.2數(shù)值分類044
2.4.3化學(xué)分類046
2.4.4基因型分類055
2.5基因組時(shí)代下的原核微生物系統(tǒng)學(xué)071
2.5.116S rRNA在原核微生物系統(tǒng)學(xué)中的地位071
2.5.216S rRNA為主干的原核微生物系統(tǒng)學(xué)存在的問題071
2.5.3基因組和宏基因組驅(qū)動(dòng)下原核微生物系統(tǒng)學(xué)的機(jī)遇074
2.5.4系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)074
2.5.5全基因組序列數(shù)據(jù)在新物種描述中的應(yīng)用與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)076
2.5.6系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)對(duì)原核微生物分類的影響舉例076
2.5.7基因組時(shí)代原核微生物系統(tǒng)學(xué)的實(shí)施方式078
2.6未培養(yǎng)微生物及其分類079
2.6.1未培養(yǎng)微生物“不可培養(yǎng)”的原因079
2.6.2未培養(yǎng)微生物分類歷史與現(xiàn)狀081
2.6.3未培養(yǎng)微生物的命名規(guī)則085
2.6.4未培養(yǎng)古菌與細(xì)菌命名路線圖087
2.6.5未培養(yǎng)微生物高等級(jí)分類單元的分類087
參考文獻(xiàn)088

第3章放線菌092
3.1放線菌系統(tǒng)學(xué)的研究進(jìn)展092
3.2放線菌的生理特征107
3.2.1放線菌的生活習(xí)性107
3.2.2放線菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)107
3.2.3鏈霉菌的生命周期109
3.3放線菌生物技術(shù)的發(fā)展111
3.3.1分離培養(yǎng)與純化技術(shù)111
3.3.2基因工程技術(shù)112
3.3.3功能基因組學(xué)技術(shù)113
3.3.4體外分子定向進(jìn)化與分子育種114
3.4放線菌資源的開發(fā)及應(yīng)用115
3.4.1放線菌資源概況及分布115
3.4.2放線菌在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用116
3.4.3放線菌在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用122
3.4.4放線菌生命暗物質(zhì)的挖掘124
參考文獻(xiàn)124

第4章細(xì)菌126
4.1概述126
4.2厚壁菌門127
4.2.1好氧產(chǎn)芽孢細(xì)菌——芽孢桿菌屬128
4.2.2厭氧產(chǎn)芽孢細(xì)菌——梭菌屬及有關(guān)細(xì)菌135
4.2.3產(chǎn)乳酸細(xì)菌140
4.3支原體——柔膜菌門143
4.3.1支原體的生物學(xué)特征144
4.4革蘭氏陰性細(xì)菌——變形菌門147
4.4.1α-變形菌綱147
4.4.2β-變形菌綱154
4.4.3γ-變形菌綱160
4.4.4δ-變形菌綱179
4.4.5ε-變形菌綱186
4.5擬桿菌門188
4.5.1擬桿菌屬的特征188
4.5.2普雷沃氏菌屬和卟啉單胞菌屬的特征190
4.5.3擬桿菌群細(xì)菌的耐藥性190
4.5.4擬桿菌的自然生境與致病性190
4.6螺旋體191
4.6.1螺旋體屬191
4.6.2鉤端螺旋體屬192
4.7梭桿菌193
4.7.1梭桿菌的形態(tài)193
4.7.2梭桿菌的生理特征194
4.7.3梭桿菌的生態(tài)分布194
4.7.4梭桿菌的基因組特征195
4.8藍(lán)細(xì)菌門195
4.8.1細(xì)胞壁和細(xì)胞膜195
4.8.2細(xì)胞分裂方式196
4.8.3功能專化的細(xì)胞與分化196
4.8.4生理生化特征196
4.8.5生態(tài)分布197
4.8.6非光合作用的藍(lán)細(xì)菌198
4.9異常球菌與棲熱菌198
4.9.1異常球菌科198
4.9.2棲熱菌及相關(guān)細(xì)菌200
4.10硝化螺菌門和鐵還原桿菌門201
4.10.1硝化螺菌門201
4.10.2鐵還原桿菌門202
4.11浮霉?fàn)罹?02
4.12疣微菌204
4.13酸桿菌206
4.14嗜熱袍菌206
4.15未培養(yǎng)細(xì)菌新分支208
參考文獻(xiàn)210

第5章古菌211
5.1概論211
5.2古菌的生物學(xué)特征212
5.3古菌展示了地球早期生命的特征214
5.4廣古菌門214
5.4.1產(chǎn)甲烷古菌215
5.4.2熱原體目（Thermoplasmatales）相關(guān)的分支220
5.4.3嗜鹽古菌221
5.5TACK超門226
5.5.1泉古菌門226
5.5.2奇古菌門231
5.5.3深古菌門232
5.5.4氟斯特拉氏菌門233
5.5.5曙古菌門233
5.5.6初古菌門233
5.6DPANN超門234
5.7阿斯加德古菌超門234
參考文獻(xiàn)236

第6章真菌238
6.1真菌的特征和重要性238
6.1.1真菌的一般特性238
6.1.2真菌的重要性239
6.2真菌的形態(tài)與結(jié)構(gòu)241
6.2.1真菌的一般形態(tài)特征241
6.2.2酵母細(xì)胞242
6.2.3菌絲形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)243
6.2.4真菌細(xì)胞壁的功能、組成與結(jié)構(gòu)248
6.3真菌的生長(zhǎng)與繁殖251
6.3.1真菌的一般生長(zhǎng)環(huán)境251
6.3.2真菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境需求253
6.3.3菌絲的生長(zhǎng)257
6.3.4酵母細(xì)胞的繁殖和生長(zhǎng)周期259
6.3.5真菌的繁殖260
6.3.6真菌孢子的傳播、休眠與萌發(fā)265
6.4真菌的遺傳與基因組270
6.4.1真菌的個(gè)體、群體和物種271
6.4.2菌絲融合和營(yíng)養(yǎng)體不親和性272
6.4.3營(yíng)養(yǎng)不親和性272
6.4.4真菌的有性生殖基本過程和生活周期274
6.4.5真菌的交配系統(tǒng)277
6.4.6交配型基因的進(jìn)化與功能279
6.4.7自交生育280
6.4.8生育障礙282
6.4.9準(zhǔn)性生殖282
6.4.10真菌基因組的特性與演化282
6.4.11重復(fù)序列誘導(dǎo)的點(diǎn)突變285
6.5真菌的生物多樣性和主要類群286
6.5.1真菌的起源及與其他真核生物的關(guān)系286
6.5.2真菌的物種多樣性287
6.5.3真菌分類的主要依據(jù)288
6.5.4真菌界及其主要類群290
6.5.5微孢子菌292
6.5.6隱菌門292
6.5.7芽枝霉門293
6.5.8壺菌門295
6.5.9捕蟲霉門299
6.5.10毛霉門300
6.5.11子囊菌門305
6.5.12擔(dān)子菌門317
6.5.13卵菌門332
參考文獻(xiàn)336

第7章病毒339
7.1病毒研究的歷史339
7.2病毒的性質(zhì)341
7.2.1病毒的基本特點(diǎn)341
7.2.2病毒的結(jié)構(gòu)341
7.2.3病毒的形狀343
7.2.4病毒的寄主344
7.2.5病毒的酶類346
7.3病毒的分類和命名347
7.3.1病毒的分類347
7.3.2病毒的命名350
7.4病毒的復(fù)制351
7.4.1病毒基因組的多樣性351
7.4.2RNA病毒的復(fù)制352
7.4.3DNA病毒的復(fù)制354
7.4.4病毒的復(fù)制周期355
7.5肝炎病毒360
7.5.1甲型肝炎病毒360
7.5.2乙型肝炎病毒361
7.5.3丙型肝炎病毒364
7.5.4其他類型肝炎病毒365
7.6冠狀病毒368
7.6.1冠狀病毒概述368
7.6.2SARS冠狀病毒370
7.6.3MERS冠狀病毒371
7.6.4新冠病毒372
7.7正黏病毒374
7.7.1正黏病毒概述374
7.7.2流感病毒374
7.8黃病毒376
7.8.1黃病毒概述376
7.8.2登革熱病毒377
7.8.3寨卡病毒378
7.9癌癥病毒378
7.9.1皰疹病毒與癌癥379
7.9.2肝癌與肝炎病毒379
7.9.3皮膚癌和乳頭瘤病毒380
7.9.4白血病病毒381
7.9.5病毒性癌癥的發(fā)病機(jī)制382
7.9.6病毒引發(fā)癌癥的分子機(jī)制383
7.10反轉(zhuǎn)錄病毒384
7.10.1反轉(zhuǎn)錄病毒的特點(diǎn)384
7.10.2反轉(zhuǎn)錄病毒的結(jié)構(gòu)385
7.10.3反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制387
7.10.4HIV的致病性387
7.11噬菌體389
7.11.1RNA噬菌體——MS2390
7.11.2單鏈多面體狀DNA 噬菌體——ΦX174391
7.11.3單鏈絲狀DNA噬菌體——M13393
7.11.4雙鏈DNA噬菌體——T7393
7.11.5雙鏈DNA噬菌體——T4394
7.11.6溫和噬菌體：溶原性噬菌體和λ噬菌體396
7.11.7可易位的噬菌體——Mu噬菌體402
7.11.8古菌噬菌體404
7.12病毒狀感染因子404
7.12.1衛(wèi)星病毒404
7.12.2類病毒404
7.12.3朊病毒406
參考文獻(xiàn)408

第8章人感染性病毒與分子免疫411
8.1禽流感病毒跨種傳播的分子機(jī)制411
8.1.1宿主細(xì)胞的受體類型411
8.1.2流感病毒的HA蛋白411
8.1.3影響流感病毒受體結(jié)合特異性的結(jié)構(gòu)因素412
8.1.4影響跨種傳播的其他重要蛋白質(zhì)414
8.2埃博拉病毒入侵宿主細(xì)胞的機(jī)制414
8.2.1埃博拉病毒的囊膜糖蛋白415
8.2.2與埃博拉病毒入侵相關(guān)的宿主蛋白416
8.2.3埃博拉病毒與宿主細(xì)胞的相互作用416
8.3冠狀病毒跨種傳播的分子機(jī)制418
8.3.1冠狀病毒的受體419
8.3.2冠狀病毒的S蛋白419
8.3.3影響冠狀病毒入侵的因素419
8.4寨卡病毒感染的分子機(jī)制421
8.5蝙蝠抗高致病性病毒的免疫特征424
8.5.1蝙蝠與病毒424
8.5.2蝙蝠相關(guān)的免疫學(xué)研究428
8.6新發(fā)和再發(fā)病毒的細(xì)胞免疫433
8.6.1新發(fā)病毒與細(xì)胞免疫433
8.6.2重要新發(fā)病毒的T細(xì)胞免疫特征434
8.6.3新發(fā)病毒的T細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展437
8.7mRNA疫苗439
8.7.1mRNA疫苗的構(gòu)建440
8.7.2mRNA疫苗在傳染病防控中的應(yīng)用443
參考文獻(xiàn)444

第9章分子微生物學(xué)447
9.1概述447
9.1.1基本概念447
9.1.2理論上的重大發(fā)現(xiàn)448
9.1.3技術(shù)上的重要進(jìn)步449
9.1.4微生物基因組計(jì)劃450
9.1.5微生物與宏基因組452
9.1.6微生物基因工程452
9.2微生物基因組學(xué)453
9.2.1微生物基因組的特點(diǎn)453
9.2.2微生物基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容與方法458
9.2.3微生物基因組研究的重要意義與應(yīng)用464
9.3宏基因組學(xué)466
9.3.1宏基因組測(cè)序466
9.3.216S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序467
9.3.3鳥槍法宏基因組測(cè)序473
9.3.4組學(xué)數(shù)據(jù)功能注釋476
9.3.5宏基因組學(xué)的應(yīng)用479
9.4微生物基因工程483
9.4.1微生物基因重組表達(dá)系統(tǒng)483
9.4.2微生物基因重組表達(dá)的精細(xì)控制486
9.4.3微生物染色體合成與基因操作487
9.4.4新型基因編輯工具491
參考文獻(xiàn)503

第10章化學(xué)微生物學(xué)505
10.1微生物代謝與活性天然產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)505
10.1.1細(xì)胞的生物元素505
10.1.2生物溶劑——水506
10.1.3細(xì)胞固形物質(zhì)的組成506
10.2微生物次級(jí)代謝508
10.2.1次級(jí)代謝的意義509
10.2.2次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)510
10.3微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究514
10.3.1微生物來源的抗菌藥物514
10.3.2微生物來源的抗腫瘤藥物515
10.3.3微生物來源的其他活性藥物515
10.4結(jié)構(gòu)多樣的微生物天然產(chǎn)物518
10.4.1聚酮類518
10.4.2非核糖體肽類519
10.4.3聚酮和非核糖體肽雜合類519
10.4.4核糖體合成和翻譯后修飾肽類521
10.4.5新穎萜類天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)523
10.4.6其他類新穎天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)523
10.5微生物天然產(chǎn)物的生物合成524
10.5.1次級(jí)代謝的生物合成524
10.6微生物天然產(chǎn)物的生源途徑525
10.6.1PKS類525
10.6.2NRPS類530
10.6.3PRPS類531
10.6.4萜類534
10.7微生物天然產(chǎn)物研究的挑戰(zhàn)535
10.7.1傳統(tǒng)微生物天然產(chǎn)物研究策略上的局限535
10.7.2獲取資源技術(shù)上的不足535
10.7.3化合物檢測(cè)、獲得技術(shù)手段上的缺乏536
10.8微生物天然產(chǎn)物研究的相關(guān)技術(shù)手段536
10.8.1新的資源獲取和開發(fā)536
10.8.2基因組挖掘策略537
10.8.3基因組測(cè)序及基因組挖掘分析工具538
10.8.4DNA組裝及大片段DNA獲取技術(shù)540
10.8.5沉默基因簇激活策略541
10.8.6產(chǎn)物檢測(cè)分析手段的進(jìn)步543
10.9微生物活性篩選544
10.9.1篩選樣品資源庫(kù)544
10.9.2自動(dòng)化高通量樣品處理體系546
10.9.3微生物高通量篩選模型547
10.10合成生物學(xué)549
10.11代謝組學(xué)分析550
10.12微生物藥物的智能生物制造551
參考文獻(xiàn)551

第11章環(huán)境微生物學(xué)553
11.1土壤環(huán)境微生物553
11.1.1土壤微生物學(xué)發(fā)展史553
11.1.2土壤微生物分布555
11.1.3土壤微生物多樣性556
11.2湖泊水體微生物559
11.2.1湖泊環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)特征559
11.2.2淡水中的微生物群落代謝活力561
11.2.3環(huán)境條件對(duì)水體微生物群落結(jié)構(gòu)的影響562
11.3海洋水體微生物562
11.3.1海洋環(huán)境與海洋生態(tài)系統(tǒng)562
11.3.2海洋微生物多樣性563
11.3.3海洋微生物研究進(jìn)展及前景567
11.3.4海洋微生物資源的開發(fā)利用569
11.4大氣微生物569
11.4.1大氣微生物的來源569
11.4.2大氣微生物的分布特點(diǎn)569
11.4.3大氣微生物群落結(jié)構(gòu)571
11.4.4空氣中微生物的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)572
11.4.5大氣微生物的粒徑分布573
11.5極端生境微生物573
11.5.1低溫環(huán)境中的微生物574
11.5.2高溫環(huán)境中的微生物575
11.5.3酸性環(huán)境中的微生物578
11.5.4高鹽環(huán)境中的微生物584
11.5.5高壓環(huán)境微生物586
11.5.6沙漠環(huán)境微生物587
11.5.7喀斯特生境微生物590
11.5.8特殊環(huán)境未培養(yǎng)微生物研究593
參考文獻(xiàn)600

第12章生命起源與地外生命科學(xué)探索603
12.1生命的定義603
12.2地球上的生命歷史604
12.2.1生命歷史的化石記錄604
12.2.2生命歷史的分子系統(tǒng)進(jìn)化605
12.3地外是否存在生命605
12.3.1關(guān)于地外生命的觀點(diǎn)605
12.3.2地外生命存在的基礎(chǔ)606
12.4地外生命探索607
12.4.1尋找地外生命的核心607
12.4.2尋找地外生命的途徑607
12.4.3探索結(jié)果607
12.5合成生物學(xué)與實(shí)驗(yàn)室中的第二地球608
12.6空間微生物研究608
12.6.1空間站609
12.6.2國(guó)際空間站微生物組學(xué)研究609
12.6.3我國(guó)空間微生物組學(xué)研究611
12.6.4載人航天工程中的微生物科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用612
12.7我國(guó)探月與深空探測(cè)工程613
12.7.1中國(guó)探月工程613
12.7.2我國(guó)其他深空探測(cè)工程614
12.8地外生命探索過程中的行星保護(hù)614
12.8.1行星保護(hù)的定義614
12.8.2行星保護(hù)國(guó)際政策615
12.8.3行星保護(hù)技術(shù)616
12.8.4行星保護(hù)國(guó)際發(fā)展概況616
參考文獻(xiàn)617