Horizontalūs genų perdavimo mechanizmai ir pavyzdžiai



The horizontalus genų perdavimas arba šoninis genų perdavimas - tai genetinės medžiagos mainai tarp organizmų, o tai ne atsitinka nuo tėvo iki sūnaus. Šis įvykis vyksta tarp tos pačios kartos asmenų ir gali atsitikti vienaląsčiuose ar daugiašakėse būtybėse.

Horizontalus perdavimas vyksta per tris pagrindinius mechanizmus: konjugaciją, transformaciją ir transdukciją. Pirmuoju tipu galima keistis ilgais DNR fragmentais, o per pastaruosius du - perduoti tik nedideliems genetinės medžiagos segmentams..

Priešinga sąvoka yra perdavimas vertikaliai genų informacijos, kai genetinė informacija perduodama iš organizmo į savo palikuonis. Šis procesas yra plačiai paplitęs eukariotuose, pavyzdžiui, augaluose ir gyvūnuose. Priešingai, horizontalus perdavimas yra dažnas mikroorganizmuose.

Eukariotuose horizontalus perdavimas nėra toks dažnas. Tačiau yra įrodymų, kad pasikeitė šis reiškinys, įskaitant žmonių protėvius, kurie gaudavo tam tikrus genus virusais.

Indeksas

  • 1 Kas yra horizontalus genų perdavimas?
  • 2 mechanizmai
    • 2.1 Konjugacija
    • 2.2 Transformacija
    • 2.3 Transdukcija
  • 3 Pavyzdžiai
  • 4 Horizontalus genų perdavimas evoliucijai
  • 5 Nuorodos

Kas yra horizontalus genų perdavimas?

Reprodukcijos metu eukariotiniai organizmai perduoda savo genus iš vienos kartos į palikuonį (palikuonis), vadinamą vertikaliu genų perdavimu. Prokariotai taip pat atlieka šį žingsnį, bet per asimeksinį dauginimąsi per skilimo reiškinį arba kitus mechanizmus.

Tačiau prokariotuose yra dar vienas būdas keisti genetinę medžiagą, vadinamą horizontaliu genų perdavimu. Čia DNR fragmentai keičiasi tarp tos pačios kartos organizmų ir gali pereiti iš vienos rūšies į kitą.

Horizontalus perdavimas yra gana dažnas tarp bakterijų. Paimkite genų, kurie sukelia atsparumą antibiotikams, pavyzdį. Šie svarbūs DNR fragmentai paprastai perduodami tarp skirtingų rūšių bakterijų.

Minėtieji mechanizmai reikalauja didelių medicininių komplikacijų gydant infekcijas.

Mechanizmai

Yra trys pagrindiniai mechanizmai, kuriais DNR galima keistis horizontaliuoju perdavimu. Tai yra konjugacija, transformacija ir transdukcija.

Konjugacija

Genų perdavimas konjugacijos būdu yra vienintelis tipas, kuris apima tiesioginį dviejų bakterijų kontaktą.

Tačiau tai neturėtų būti lyginama su genų mainais seksualinės reprodukcijos būdu (kai paprastai yra susijusių organizmų kontaktas), nes procesas labai skiriasi. Tarp pagrindinių skirtumų yra miozės nebuvimas.

Konjugacijos metu genetinė medžiaga iš vienos bakterijos į kitą vyksta naudojant fizinį kontaktą, kurį sukuria struktūra, vadinama pili. Tai veikia kaip jungties tiltas, kur vyksta keitimasis.

Nors bakterijos nesiskiria į lytį, organizme, kuris turi mažą apskritą DNR, žinomą kaip F faktorius (vaisingumas f), žinoma kaip „vyriškasis“. Šios ląstelės yra donorai konjugacijos metu, ir jos perduoda medžiagą kitai ląstelei, kuriai trūksta faktoriaus.

F-faktoriaus DNR sudaro apie 40 genų, kurie kontroliuoja seksualinio faktoriaus replikaciją ir seksualinių pilių sintezę..

Pirmieji konjugacijos proceso įrodymai kilę iš Lederbergo ir Tatumo eksperimentų, tačiau Bernardas Davis galiausiai įrodė, kad kontaktas buvo būtinas perduodant.

Transformacija

Transformacija apima plika DNR molekulę, kuri yra aplinkoje šalia šeimininko bakterijos. Šis DNR fragmentas gaunamas iš kitos bakterijos.

Procesas gali būti atliekamas natūraliai, nes bakterijų populiacijos paprastai transformuojamos. Panašiai laboratorijoje gali būti imituojama transformacija, kad bakterijos priverstų paimti DNR, kuri yra dominuojanti ir kuri randama išorėje.

Teoriškai galima paimti bet kurį DNR fragmentą. Tačiau pastebėta, kad procesas apima mažas molekules.

Transdukcija

Galiausiai transdukcijos mechanizmas vyksta fagu (virusu), kuris perneša DNR iš donoro bakterijos gavėjui. Kaip ir ankstesniais atvejais, perduotos DNR kiekis yra palyginti mažas, nes viruso gebėjimas nešiotis DNR yra ribotas.

Paprastai šis mechanizmas apsiriboja filogenetiniu požiūriu uždaromis bakterijomis, nes virusas, turintis DNR, turi susieti su specifiniais bakterijų receptoriais, kad galėtų įšvirkšti medžiagą..

Pavyzdžiai

Endonukleazės yra fermentai, turintys gebėjimą sulaužyti fosfodiesterio jungtis polinukleotidų grandinėje, todėl jie vadinami „endo“. Šie fermentai nesupjauna, jie turi konkrečių svetainių, vadinamų restrikcijos vietomis.

EcoRI fermentų aminorūgščių seka E. coli) ir RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) turi beveik 300 aminorūgščių liekanų seką, kurios yra 50% identiškos viena kitai, o tai aiškiai rodo glaudžius evoliucinius santykius.

Tačiau dėl kitų molekulinių ir biocheminių savybių tyrimo šios dvi bakterijos yra labai skirtingos ir labai nesusijusios su filogenetiniu požiūriu.

Be to, genas, koduojantis EcoRI fermentą, naudoja labai specifinius kodonus, kurie skiriasi nuo įprastai naudojamų kodonų E. coli, todėl įtariama, kad genas nėra kilęs iš šios bakterijos.

Horizontalus genų perdavimas evoliucijai

1859 m. Britų gamtininkas Charles Darwin sukėlė biologinių mokslų revoliuciją savo evoliucijos teorija per natūralią atranką. Jo ikoninėje knygoje, Rūšies kilmė, Darvinas siūlo gyvybės medžio metaforą, kad iliustruotų genealoginius ryšius tarp rūšių.

Šiandien filogenijos yra oficialus tokios metaforos vaizdas, kai manoma, kad genetinės informacijos perdavimas vyksta vertikaliai - nuo tėvų iki vaikų..

Mes galime taikyti šią viziją be didelių nepatogumų daugiašakiams organizmams, ir mes gausime šakotą modelį, kaip siūlo Darvinas.

Tačiau šį filialų be fuzijų vaizdavimą sunku taikyti mikroorganizmams. Lyginant skirtingų prokariotų genomus, aišku, kad tarp linijų yra platus genų perdavimas.

Taigi santykių modelis panašus į tinklą, nes filialai yra sujungti ir sujungti, nes horizontalaus genų perdavimo paplitimas.

Nuorodos

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horizontalus genų perdavimas, genomo naujovės ir evoliucija. Gamtos apžvalgos Mikrobiologija, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., ir Palmer, J. D. (2008). Horizontalus genų perdavimas eukariotinėje evoliucijoje. Gamtos apžvalgos genetika, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetika: konceptualus požiūris. Red. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., ir McMillan, B. (2013). Biologija: dinaminis mokslas. Nelsono švietimas.
  5. Sumbalis, G., ir Mehrotra, R. S. (2009). Mikrobiologijos principai. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontalus genų perdavimas. „Academic Press“.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R. ir Case, C. L. (2007). Įvadas į mikrobiologiją. Red. Panamericana Medical.