Горизонтальный перенос генов (ГПГ) представляет собой процесс передачи генетического материала организмом-непотомком. Узнайте о значимости ГПГ в эволюции и его роли в изменчивости и видообразовании бактерий на NOCFN.
Cодержание
Введение
Горизонтальный перенос генов (ГПГ) представляет собой процесс передачи генетического материала организмом-непотомком. В отличие от вертикального переноса генов, при котором организм получает генетический материал от предка, ГПГ происходит между различными организмами. Генетика в основном изучает вертикальный перенос генов, однако искусственный горизонтальный перенос генов широко применяется в генной инженерии.
История
Концепция горизонтального переноса генов впервые была описана в Японии в 1959 году в публикации, которая демонстрировала передачу устойчивости к антибиотикам между различными видами бактерий. В середине 1980-х годов Майкл Сивянен предсказал, что горизонтальный перенос генов играл важную роль в эволюционной истории жизни на Земле.
В 1999 году исследователи Рави Джайн, Мария Ривера и Джеймс Лейк отметили, что горизонтальная передача генов произошла между прокариотами и, возможно, оказала влияние на одноклеточные эукариоты. Дополнительные данные указывают на то, что горизонтальный перенос генов может быть важным механизмом в эволюции простейших организмов.
Существуют также доказательства горизонтального переноса генов даже у высших растений и животных, что вызывает озабоченность в плане безопасности. Например, в 2010 году учеными был обнаружен горизонтальный перенос фрагмента ДНК между млекопитающими и насекомыми, достигающий 98% идентичности.
Однако вопрос о распространенности и значимости горизонтального переноса генов в эволюции многоклеточных организмов остается неясным.
Горизонтальный перенос генов у бактерий
Горизонтальный перенос генов является одной из движущих сил видообразования и эволюции у бактерий. Он осуществляется вместе с мутационной изменчивостью, внутригеномными перестройками и утратами генов. ГПГ обеспечивает приобретение новых генов, модулей или генных блоков, которые повышают адаптивную способность организмов.
ГПГ у бактерий может происходить как внутри популяций одного вида, так и между организмами разных видов, родов и более крупных таксонов. Внутривидовой генетический обмен в основном осуществляется путем гомологичной рекомбинации, которая зависит от степени геномной гомологии и эффективности систем рекомбинации и репарации ДНК.
Однако, под ГПГ обычно понимается латеральный перенос генов от генетически отдаленных организмов, который осуществляется без гомологичной рекомбинации. Отдаленный ГПГ позволяет организмам приобретать новые гены, модули или генные блоки, которые могут быть важными для адаптации к новым условиям среды.
См. также
Значение горизонтального переноса генов в эволюции
Горизонтальный перенос генов играет важную роль в изменчивости, видообразовании и эволюции прокариот. ГПГ приводит к мозаичной структуре геномов бактерий и не может быть сведен к схемам бифуркации в вертикальном наследовании. Эволюция микробов имеет сетчатый характер, и горизонтальный перенос генов является одним из главных механизмов ее реализации.
Исследования в области эволюционной геномики подтверждают важность горизонтального переноса генов в развитии различных организмов. Он позволяет передавать полезные гены и способствует генетической и экологической диверсификации бактерий.
Заключение
Горизонтальный перенос генов является важным процессом в эволюции организмов. Он позволяет передавать генетический материал между организмами-непотомками и обеспечивает приобретение новых генов, модулей или генных блоков, которые повышают адаптивный потенциал организмов. ГПГ играет особенно важную роль в изменчивости, видообразовании и эволюции бактерий. Дальнейшие исследования в этой области помогут раскрыть механизмы горизонтального переноса генов и его значение в эволюции различных организмов.
Что нам скажет Википедия?
Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — процесс, в котором организм передаёт генетический материал организму-непотомку. В вертикальном переносе генов, напротив, организм получает генетический материал от предка. Генетика занимается в основном простым вертикальным переносом генов.
Искусственный горизонтальный перенос генов используется в генной инженерии.
В 1999 году Рави Джайн, Мария Ривера и Джеймс Лейк писали: «Все чаще исследования генов и геномов указывают, что значительная горизонтальная передача генов произошла между прокариотами» (см. также Lake и Rivera, 2007). Этот процесс, по-видимому, оказал некоторое влияние также и на одноклеточные эукариоты. Как пишут Эрик Баптест и др. (2005), «дополнительные данные свидетельствуют о том, что перенос генов может быть также важным эволюционным механизмом в эволюции простейших».
Существует ряд доказательств, что были затронуты даже высшие растения и животные, и это вызывает озабоченность в плане безопасности. Так, в 2010 году группой учёных под руководством Седрика Фешотта (Cédric Feschotte) в результате анализа геномов млекопитающих (опоссумов и обезьян саймири), покусанных южноамериканским кровососущим клопом Rhodnius prolixus, был обнаружен горизонтальный перенос фрагмента ДНК — транспозона. Идентичность этого фрагмента ДНК в млекопитающих и насекомых достигает 98 %.
Аарон Ричардсон и Джеффри Палмер (2007) утверждают: «Горизонтальный перенос генов играл главную роль в бактериальном развитии и довольно распространён у некоторых одноклеточных эукариот. Тем не менее, распространенность и значение горизонтального переноса в эволюции многоклеточных эукариот остаются неясными.»
В связи с увеличивающимся количеством свидетельств, предполагающих важность этих явлений для развития (см. ниже), молекулярный биолог Петер Гогартен описал горизонтальную генную передачу как «новую парадигму биологии».
