【9】水平基因转移(公开资料)
水平基因转移(HGT)或横向基因转移(LGT)是遗传物质在生物体之间的移动,而不是通过 DNA 从父母到后代的(“垂直”)传递(繁殖)HGT 是许多生物体进化的重要因素。HGT 正在影响对高阶进化的科学理解,同时更显著地改变了对细菌进化的看法。
水平基因转移是抗生素耐药性在细菌中传播的主要机制,并且在可以降解新型化合物(如杀虫剂)的细菌进化中起着重要作用以及毒力的进化、维持和传播它通常涉及温带噬菌体和质粒负责一种细菌中抗生素耐药性的基因可以通过各种 HGT 机制(如转化、转导和结合)转移到另一种细菌,随后使抗生素耐药基因的接受者对抗抗生素。以这种方式快速传播抗生素耐药基因正在成为医学领域管理的挑战。生态因素也可能在抗生素耐药基因的 HGT 中发挥作用。
水平基因转移被认为是一个普遍的进化过程,它在不同的原核生物谱系之间分配基因,也可能涉及真核生物。据推测,HGT 促进了普遍生命生物化学的维持,从而促进了遗传密码的普遍性。
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历史
1928 年,弗雷德里克·格里菲斯 (Frederick Griffith) 报道了格里菲斯的实验,这是第一个表明细菌能够通过称为转化的过程传递遗传信息的实验。格里菲斯的发现之后,1930 年代末和 1940 年代初的研究分离出 DNA 作为传达这种遗传信息的材料。
1951 年,在西雅图的一篇论文中描述了水平基因转移,证明病毒基因转移到白喉棒状杆菌中产生了一种来自非毒力菌株的毒力菌株,同时揭示了白喉的机制,并为溶原循环的相关性提供了第一个例子.细菌间基因转移在日本 1959 年的一篇出版物中首次描述,该出版物证明了不同种类细菌之间的抗生素耐药性转移。在 1980 年代中期,Syvanen假设具有生物学意义的横向基因转移自地球上生命开始以来就存在,并参与了塑造所有进化历史。
正如 Jian、Rivera 和 Lake (1999) 所说:“对基因和基因组的研究表明,原核生物之间已经发生了相当大的水平转移”。这种现象似乎对单细胞真核生物也有一定的意义。正如 Bapteste 等人(2005 年)所观察到的,“额外的证据表明,基因转移也可能是原生生物进化中的一个重要进化机制。
将一种植物嫁接到另一种植物上可以转移叶绿体(植物细胞中进行光合作用的细胞器)、线粒体 DNA 和包含基因组的整个细胞核,从而有可能产生一个新物种。一些鳞翅目(例如帝王蝶和蚕)已经通过黄蜂布拉科病毒的水平基因转移进行了基因改造。被家庭昆虫叮咬Reduviidae(刺客虫)可以通过寄生虫感染人类锥虫恰加斯病,这种病可以将其 DNA 插入人类基因组中。有人认为,从细菌到人类的横向基因转移可能在癌症中发挥作用。
Aaron Richardson 和 Jeffrey D. Palmer 指出:“水平基因转移 (HGT) 在细菌进化中发挥了重要作用,在某些单细胞真核生物中相当常见。然而,HGT 在多细胞真核生物进化中的普遍性和重要性仍不清楚。
由于越来越多的证据表明这些现象对进化的重要性,彼得·戈加滕 (Peter Gogarten) 等分子生物学家将水平基因转移描述为“生物学的新范式”。
水平基因转移有几种机制:
转化,由于外来遗传物质(DNA 或 RNA)的引入、摄取和表达而导致的细胞遗传改变。这个过程在细菌中相对常见,但在真核生物中较少见。转化在实验室中通常用于将新基因插入细菌中,用于实验或工业或医疗应用。另请参见分子生物学和生物技术。
转导,细菌 DNA 被病毒(噬菌体或噬菌体)从一种细菌移动到另一种细菌的过程。
细菌偶联,涉及在细胞间接触过程中通过质粒将 DNA 从供体细胞转移到重组受体细胞的过程。
基因转移剂,由宿主编码的病毒样元件,存在α变形菌目Rhodobacterales 中。
参考文献
Dunning Hotopp JC (April 2011). "Horizontal gene transfer between bacteria and animals". Trends in Genetics. 27 (4): 157–63. doi:10.1016/j.tig.2011.01.005. PMC 3068243. PMID 21334091.
Dunning Hotopp JC(2011 年 4 月)。“细菌和动物之间的水平基因转移”。遗传学趋势。27 (4): 157-63。doi:10.1016/j.tig.2011.01.005.PMC3068243。PMID21334091。
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Keeling PJ, Palmer JD (August 2008). "Horizontal gene transfer in eukaryotic evolution". Nature Reviews. Genetics. 9 (8): 605–18. doi:10.1038/nrg2386. PMID 18591983. S2CID 213613.
Keeling PJ,Palmer JD(2008 年 8 月)。“真核生物进化中的水平基因转移”。自然评论。遗传学。9 (8): 605-18。doi:10.1038/nrg2386.PMID18591983。S2CID213613。
……
Vaux F, Trewick SA, Morgan-Richards M (2017). "Speciation through the looking-glass". Biological Journal of the Linnean Society. 120 (2): 480–488. doi:10.1111/bij.12872.
Vaux F、Trewick SA、Morgan-Richards M(2017 年)。“透过镜子的物种形成”。林奈学会生物学杂志。120(2):480-488。doi:10.1111/bij.12872.
……
Sieber KB, Bromley RE, Dunning Hotopp JC (September 2017). "Lateral gene transfer between prokaryotes and eukaryotes". Experimental Cell Research. 358 (2): 421–426. doi:10.1016/j.yexcr.2017.02.009. PMC 5550378. PMID 28189637.
Sieber KB、Bromley RE、Dunning Hotopp JC(2017 年 9 月)。“原核生物和真核生物之间的横向基因转移”。实验细胞研究。358(2):421–426。doi:10.1016/j.yexcr.2017.02.009.PMC5550378。PMID28189637。
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Syvanen M (January 1985). "Cross-species gene transfer; implications for a new theory of evolution" Journal of Theoretical Biology. 112 (2): 333–43. Bibcode:1985JThBi.112.333S. doi:10.1016/S0022-5193(85)80291-5. PMID 2984477.
Syvanen M(1985 年 1 月)。“跨物种基因转移;对新进化论的影响“理论生物学杂志。112 (2):333-43。参考文献:1985JThBi.112.333S. doi:10.1016/S0022-5193(85)80291-5.PMID2984477。
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Yong E (2010-02-14). "Genes from Chagas parasite can transfer to humans and be passed on to children". National Geographic.
杨娥 (2010-02-14).“来自美洲锥虫寄生虫的基因可以转移到人类并传递给儿童”。国家地理。