50. Metody biologii molekularnej wykorzystywane w taksonomii molekularnej.
Każdy organizm żywy zawiera DNA, RNA i białka. Spokrewnione organizmy mają na ogół wysoki stopień zgodności tych substancji w strukturze molekularnej, natomiast cząsteczki organizmów daleko spokrewnionych zwykle wykazują odmienną strukturę molekularną. Podstawowych metod biologii molekularnej wykorzystywanej w taksonomii jest metoda PCR (łańcuchowa reakcja polimerazy), polegająca na powielaniu fragmentu DNA. Metoda ta znajduje zastosowanie w badaniach nad genomem danych organizmów, charakterystyce ekspresji genów czy diagnostyce klinicznej. Niezmienne sekwencje genów, takie jaki są zawarte w mitochondrialnym DNA gromadzą mutację w czasie. Przy założeniu stałej stopy przyrostu mutacji możemy stworzyć zegar molekularny dostarczający informacji o rozbieżnościach. Taksonomia molekularna używa takich danych do tworzenia tzw. „drzew pokrewieństwa”, które ukazują prawdopodobną ewolucję wielu organizmów. Powszechne stosowane kryteria optymilizacyjne tworzenia takich drzew genetycznych to:
największe prawdopodobieństwo (maximum likelihood)
największa parsymonia (koncepcja wskazująca najbardziej prosty, oszczędny i ekonomiczny przebieg wydarzeń jako najbardziej prawdopodobny).
minimalna ewolucja
Możliwość określenia frekwencji nukleotydów u badanych organizmów pozwala na budowanie modeli filogenii przy pomocy komputerowych programów kladystycznych, które obecnie w sposób bardziej realistyczny uwzględniają nie tylko biologiczne mechanizmy ich substytucji (tranzycji i transwersji), lecz także różne tempo tranzycji pomiędzy poszczególnymi kodonami. Eksplozja technik molekularnych pociągnęła również za sobą rozwój teorii genetyki populacyjnej, w których coraz większe znaczenie posiadają modele sieciowe.
Kolejną metodą biologii molekularnej wykorzystywanej w taksonomii jest sposób identyfikacji gatunków zwany DNA barcoding (znakowanie DNA, znaczniki DNA, barcode - kod paskowy). Kod paskowy o 13 elementach wystarcza do identyfikacji wszystkich towarów w sklepie. DNA składa się z czterech typów nukleotydów ułożonych w określonej kolejności w długie łańcuchy. W królestwie zwierząt do ustalania kodu paskowego DNA wybrano więc fragment długości około 650 nukleotydów genu 1 podjednostki oksydazy cytochromowej (COI). Sekwencję COI cechuje mała zmienność wewnątrzgatunkowa oraz duża zmienność międzygatunkowa. Gen ten stanowi więc doskonałą metkę biologiczną. Zastosowanie genetycznego metkowania stanowiło przełom w molekularnych metodach identyfikacji gatunków. Możliwa stała się nie tylko identyfikacja nowych gatunków, ale także gatunków, które trudno rozróżnić metodami tradycyjnymi. Nowe gatunki zwykle znajdowane są pośród mało "atrakcyjnych" organizmów, ale zdarzają się odkrycia naprawdę dużych zwierząt (delfin, wieloryb). Większość genetycznych znaczników jest dobrze opracowana dla świata zwierząt, natomiast niewiele jest znanych dla roślin. Opracowanie takiego znacznika da możliwość identyfikowanie roślin z rozdrobnionych fragmentów. Identyfikacja ta mogłoby odbywać się na podstawie jednego genu. Łącznie sprawdzono osiem potencjalnych znaczników, jednak największe nadzieje wiąże się z genem matK. Zlokalizowany jest on w chloroplastach roślin. Już wcześniej okazało się, że te organelle roślinne zawierają własne, pozajądrowe DNA i są bardzo korzystnym miejscem do wyszukiwania znaczników genetycznych roślin. Gen matK ma tę niezwykła właściwość, że pozostaje prawie niezmienny w obrębie gatunku za to różni się budową u poszczególnych gatunków roślin. Potwierdzenie tych doniesień na szerszą skalę umożliwiłoby szybką identyfikację nowych gatunków nie różniących się między sobą na pierwszy rzut oka.