Горизонтальний перенос генів

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Горизонтальний перенос генів — будь-який процес, при якому організм передає генетичний матеріал в іншу клітину, яка не його нащадком. На відміну від нього, при вертикальній передачі організм отримує генетичний матеріал від свого предка, наприклад свого батька або виду, від якого організм еволюціонував. Генетика завжди більше зусередживалася на більш поширеній вертикальній передачі, але зараз стає все більш прицнятим, що горизональна передача гена — істотне явище. Горизонтальний перенос генів краще відомий серед бактерій, хоча і там значення, що надається йому у біології, зростає [1] і він підкреслюється як важливий чинник «прихованих ризиків генної інженерії». Протягом минулих 10 років учені почали усвідомлювати значення горизонтального переносу генів і серед вищих рослин та тварин [2]. При зародженні життя на Землі вона могла бути домінуючим процесом передачі генів. Штучна форма горизонтальної передачі генів називається генною інженерією.

Зміст

[ред.] Бактерії та археї

Серед бактерій горизонтальний перенос генів досить звичайний, навіть між дуже віддаленно пов'язанними видами. Цей процес є істотною причиною швидкого розповсюдження антибіотичного опору, коли одна бактеріальні клітина набуває опору, вона може швидко перемістити гени опору до багатьох інгих бактерій та навіть видів. Здається, бактерії травного тракиу обмінюються генетичним матеріалом один з одним в межах частини кишківнику, у якій вони проживають. Є три загальні механізми горизонтальної передачі генів:

  • Трансформація, генетична зміна клітина за рахунок прийняття і експресії інородного генетичного матеріалу (ДНК або РНК). Цей процес відносно звичайний в бактеріях, але менш загальний в еукаріотів. Трансформація часто використовується для вставлення нових генів у бактерії для експериментів або для індустріальних та медичних застосувань. Див. також: молекулярна біологія і біотехнологія.
  • Трансдукція — процес, при якому бактеріальна ДНК передажться від однієї бактерії до іншої вірусом (бактеріофагом, звичайно називаємим просто фагом).
  • Бактеріальна кон'югація, процес, при якому бактеріальні клітини обмінюються генетичним метеріалом через прямий контакт між клітинами.

[ред.] Еукаріоти

Аналіз послідовностей ДНК свідчить, що горизонтальний перенос генів також відбувався в межах еукаріотів від геномів їх хлоропластів і мітохондрій до ядерного генома. Згідно ендоплазматичній теорії, хлоропласти і мітохондрії походять від бактеріальних ендосимбіотів клітин еукаріотів. Горизонтальна передача генів від бактерій до грибів, особливо дріжджів Saccharomyces cerevisiae добре задокумантована. Також існує недавнє свідоцтво, що бобовий жук адзукі так чи інакше придбав генетичний матеріал від свого ендосимбіоту-коменсалу Wolbachia, проте ці дані все ще підвергаються сумніву і свідоцтво не остаточне. Порівняння послідовностей ДНК також пропонує недавню горизонтальну передачу деяких генів між різними видами різних за походженням груп організмів. Тому, філогенетичню історію видів часто неможливо представити у вигляді філогенетичного дерева засновуючись лише на аналізі кількох окремих генів [3].

[ред.] Еволюційна теорія

Горизонтальний перенос генів — потенціальна прихована змінна у виведенні філогенетичних дерев в філогенетиці, засновуваючись на послідовності одного гена. Наприклад, якщо уявити дві віддаленні бактерії, які обмінялися одним геном, філогенетичне дерево засноване на цьому гені покаже що ці організми близькі, тому що мають такий же ген, хоча більшіть решти генів істотно відрізняються. Тому, для встановлення філогенезу ідеально використовувати іншу інформацію, щоб зробити висновок щодо філогенезу, наприклад, присутність або відсутність генів, або, звичайніше, включати якможливо більше генів до філогенетичного аналізу.

Наприклад, найзагальніший ген, який використовується для будівництва взаємин філогенезу у прокаріотів — ген 16S рРНК, тому що його послідовність чітко збарізається серед філогенетично пов'язаних видів, але зміни достатньі, щоб відмінності могли бути зважені. Проте, останніми поками виникло переконання, що, гени 16S рРНК в принципі можуть бути горизонтально перенесені. Хоча це зустрічається і не часто, переконливість дерев заснованих на 16S рРНК не остаточна.

[ред.] Посилання

  • This article points out that one dramatic claim of horizontal gene transfer — in which a distinguished group of scientists claimed that bacteria transferred their DNA directly into the human lineage — was simply wrong. Steven L. Salzberg, Owen White, Jeremy Peterson, and Jonathan A. Eisen (2001) «Microbial Genes in the Human Genome: Lateral Transfer or Gene Loss?» Science 292, 1903—1906. [4] (Free full article)
  • This article seeks to shift the emphasis in early phylogenic adaptation from vertical to horizontal gene transfer. Woese, Carl (2002) «On the evolution of cells», PNAS, 99(13) 8742-8747. [5] (Free full article)
  • This article gives convincing evidence of horizontal transfer of bacterial DNA to Saccharomyces cerevisiae «Contribution of Horizontal Gene Transfer to the Evolution of Saccharomyces cerevisiae.» Hall C, Brachat S, Dietrich FS. Eukaryot Cell 2005 Jun 4(6):1102-15. [6]
  • This article gives evidence, but does not conclusively prove, that Wolbachia DNA is in the azuki bean beetle genome (a species of bean weevil). Natsuko Kondo, Naruo Nikoh, Nobuyuki Ijichi, Masakazu Shimada and Takema Fukatsu (2002) «Genome fragment of Wolbachia endosymbiont transferred to X chromosome of host insect», Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 99 (22): 14280-14285". [7] (Free full article)
  • This article proposes using the presence or absence of a set of genes to infer phylogenies, in order to avoid confounding factors such as horizontal gene transfer. Snel B, Bork P, Huynen MA (1999) «Genome phylogeny based on gene content», Nature Genetics, 21(1) 66-67. [8]
  • Webfocus in Nature with free review articles [9]
  • Uprooting the Tree of Life by W. Ford Doolitte (Scientific American, February 2000, pp 72-77)

[ред.] Ресурси Інтернет

Іншими мовами