กลไกและตัวอย่างการถ่ายทอดยีนแนวนอน

การถ่ายโอนยีนแนวนอน หรือการถ่ายโอนยีนด้านข้างเป็นการแลกเปลี่ยนของสารพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นจากพ่อถึงลูก เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นระหว่างบุคคลในรุ่นเดียวกันและสามารถเกิดขึ้นได้ในสิ่งมีชีวิตเดียวหรือหลายเซลล์.

การถ่ายโอนแนวนอนเกิดขึ้นผ่านกลไกหลักสามประการ: การผันคำกริยาการแปลงและการถ่าย ในรูปแบบแรกมันเป็นไปได้ที่จะแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนที่ยาวของ DNA ในขณะที่ในสองช่วงสุดท้ายการถ่ายโอนจะถูก จำกัด ในส่วนเล็ก ๆ ของสารพันธุกรรม.

แนวคิดที่ตรงกันข้ามคือการถ่ายโอน แนวตั้ง ของยีนที่ข้อมูลทางพันธุกรรมส่งผ่านจากสิ่งมีชีวิตไปยังลูกหลานของมัน กระบวนการนี้แพร่หลายในยูคาริโอตเช่นพืชและสัตว์ ในทางตรงกันข้ามการถ่ายโอนแนวนอนเป็นเรื่องปกติในจุลินทรีย์.

ในยูคาริโอตการถ่ายโอนแนวนอนนั้นไม่ธรรมดา อย่างไรก็ตามมีหลักฐานของการแลกเปลี่ยนของปรากฏการณ์นี้รวมถึงบรรพบุรุษของมนุษย์ที่ได้รับยีนบางอย่างโดยใช้ไวรัส.

ดัชนี

• 1 การถ่ายโอนยีนแนวนอนคืออะไร?
• 2 กลไก
  • 2.1 Conjugation
  • 2.2 การเปลี่ยนแปลง
  • 2.3 การถ่ายทอด
• 3 ตัวอย่าง
• 4 การถ่ายโอนแนวนอนของยีนในวิวัฒนาการ
• 5 อ้างอิง

การถ่ายทอดยีนแนวนอนคืออะไร?

ในระหว่างการสืบพันธุ์สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตส่งผ่านยีนของพวกเขาจากรุ่นหนึ่งไปยังลูกหลานของพวกเขา (ลูกหลาน) ในกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนแนวตั้ง Prokaryotes ยังทำตามขั้นตอนนี้ แต่ผ่านการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยปรากฏการณ์ฟิชชันหรือกลไกอื่น ๆ.

อย่างไรก็ตามในโปรคาริโอตมีอีกวิธีหนึ่งในการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนแนวนอน ที่นี่เศษ DNA มีการแลกเปลี่ยนระหว่างสิ่งมีชีวิตในรุ่นเดียวกันและสามารถถ่ายทอดจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกชนิดหนึ่ง.

การถ่ายโอนแนวนอนนั้นค่อนข้างพบได้บ่อยในหมู่แบคทีเรีย นำตัวอย่างของยีนที่ทำให้เกิดการดื้อต่อยาปฏิชีวนะ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่สำคัญเหล่านี้จะถูกถ่ายโอนตามปกติระหว่างแบคทีเรียของสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน.

กลไกดังกล่าวถือว่าเป็นภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์ที่สำคัญเมื่อรักษาโรคติดเชื้อ.

กลไก

มีกลไกพื้นฐานสามประการที่ DNA สามารถแลกเปลี่ยนโดยการถ่ายโอนแนวนอน เหล่านี้คือการผันการเปลี่ยนแปลงและการถ่ายทอด.

การเชื่อมต่อกัน

การถ่ายโอนยีนโดยการผันเป็นชนิดเดียวที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสโดยตรงระหว่างแบคทีเรียสองตัว.

อย่างไรก็ตามไม่ควรนำมาเปรียบเทียบกับการแลกเปลี่ยนยีนผ่านการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ (โดยปกติจะมีการสัมผัสกันระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้อง) เนื่องจากกระบวนการแตกต่างกันมาก ท่ามกลางความแตกต่างที่สำคัญคือการขาดไมโอซิส.

ในระหว่างการคอนจูเกชันทางเดินของสารพันธุกรรมจากแบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกจะดำเนินการโดยการติดต่อทางกายภาพที่จัดตั้งขึ้นโดยโครงสร้างที่เรียกว่าพิลี สิ่งนี้ทำงานเป็นสะพานเชื่อมต่อซึ่งการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้น.

แม้ว่าแบคทีเรียจะไม่แยกความแตกต่างทางเพศ แต่ก็เป็นที่รู้จักกันในนาม "ชาย" ต่อสิ่งมีชีวิตที่มี DNA ทรงกลมขนาดเล็กที่เรียกว่าปัจจัย F (ภาวะเจริญพันธุ์ f) เซลล์เหล่านี้เป็นผู้บริจาคในระหว่างการผันคำกริยาและพวกเขาส่งผ่านวัสดุไปยังเซลล์อื่นที่ขาดปัจจัย.

DNA F-factor ประกอบด้วยยีนประมาณ 40 ยีนซึ่งควบคุมการจำลองแบบของปัจจัยทางเพศและการสังเคราะห์พิลีทางเพศ.

หลักฐานแรกของกระบวนการผันคำกริยามาจากการทดลองของ Lederberg และ Tatum แต่เป็นเบอร์นาร์ดเดวิสซึ่งในที่สุดก็พิสูจน์ว่าการติดต่อเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการถ่ายโอน.

การแปลง

การเปลี่ยนแปลงนี้เกี่ยวข้องกับการจับโมเลกุลดีเอ็นเอเปล่า ๆ ที่อยู่ในสิ่งแวดล้อมใกล้กับแบคทีเรียโฮสต์ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอนี้มาจากแบคทีเรียอื่น.

กระบวนการนี้สามารถดำเนินการตามธรรมชาติได้เนื่องจากประชากรของแบคทีเรียมักจะได้รับการเปลี่ยนแปลง ในทำนองเดียวกันการแปลงสภาพสามารถจำลองในห้องปฏิบัติการเพื่อบังคับแบคทีเรียให้รับ DNA ที่น่าสนใจที่พบได้จากภายนอก.

ในทางทฤษฎีสามารถแยกส่วน DNA ใด ๆ ได้ อย่างไรก็ตามพบว่ากระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับโมเลกุลขนาดเล็ก.

พลังงาน

ในที่สุดกลไกการถ่ายโอนเกิดขึ้นโดยวิธีการของ phage (ไวรัส) ที่นำดีเอ็นเอจากแบคทีเรียผู้บริจาคไปยังผู้รับ ดังเช่นในกรณีก่อนหน้าปริมาณของ DNA ที่ถ่ายโอนมีขนาดค่อนข้างเล็กเนื่องจากความสามารถของไวรัสในการส่ง DNA มี จำกัด.

โดยปกติกลไกนี้จะถูก จำกัด เฉพาะแบคทีเรียที่มีสายวิวัฒนาการเนื่องจากไวรัสที่มี DNA ถือต้องจับกับตัวรับเฉพาะของแบคทีเรียเพื่อให้สามารถฉีดวัสดุได้.

ตัวอย่าง

Endonucleases เป็นเอ็นไซม์ที่มีความสามารถในการทำลายพันธะฟอสฟิกโซ่ภายในห่วงโซ่ polynucleotide จากภายใน - นั่นคือสาเหตุที่พวกเขารู้จักกันในชื่อ "endo" เอนไซม์เหล่านี้ไม่ได้ตัดที่ใดก็มีเว็บไซต์เฉพาะที่ต้องทำเรียกว่าไซต์ จำกัด.

ลำดับกรดอะมิโนสำหรับเอนไซม์ EcoRI (เป็น อี. โคไล) และ RSRI (ใน Rhodobacter sphaeroides) มีลำดับกรดอะมิโนเกือบ 300 ตัวที่เหลืออยู่ 50% เหมือนกันซึ่งบ่งชี้ว่ามีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับวิวัฒนาการอย่างชัดเจน.

อย่างไรก็ตามด้วยการศึกษาลักษณะโมเลกุลและชีวเคมีอื่น ๆ แบคทีเรียทั้งสองนี้มีความแตกต่างกันมากและไม่เกี่ยวข้องกับมุมมองทางวิวัฒนาการของพืช.

นอกจากนี้ยีนที่รหัสสำหรับเอนไซม์ EcoRI ใช้รหัสเฉพาะที่แตกต่างจากที่ใช้ปกติ อี. โคไล, ดังนั้นจึงสงสัยว่ายีนนั้นไม่ได้มีต้นกำเนิดจากแบคทีเรียนี้.

การถ่ายโอนแนวนอนของยีนในวิวัฒนาการ

ในปี ค.ศ. 1859 ชาร์ลส์ดาร์วินนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษได้ปฏิวัติวิทยาศาสตร์ชีวภาพด้วยทฤษฎีวิวัฒนาการของเขาผ่านการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ในหนังสือที่เป็นสัญลักษณ์ของเขา, ต้นกำเนิดของสายพันธุ์, ดาร์วินเสนอคำอุปมาของต้นไม้แห่งชีวิตเพื่อแสดงความสัมพันธ์ทางสายเลือดที่มีอยู่ระหว่างสปีชีส์.

ทุกวันนี้ phylogenies เป็นตัวแทนที่เป็นทางการของอุปมาอุปมัยซึ่งสันนิษฐานว่าการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมเกิดขึ้นในแนวตั้ง - จากพ่อแม่สู่ลูก.

เราสามารถใช้วิสัยทัศน์นี้ได้โดยไม่สะดวกกับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และเราจะได้รูปแบบแตกแขนงตามที่ดาร์วินเสนอ.

อย่างไรก็ตามการเป็นตัวแทนของกิ่งไม้ที่ไม่มีการหลอมรวมนั้นเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับจุลินทรีย์ เมื่อเปรียบเทียบจีโนมของโปรคาริโอตต่างกันเป็นที่ชัดเจนว่ามีการถ่ายโอนยีนที่กว้างขวางระหว่างเชื้อสาย.

ดังนั้นรูปแบบของความสัมพันธ์มีลักษณะคล้ายเครือข่ายมากขึ้นด้วยสาขาที่เชื่อมต่อและผสานเข้าด้วยกันด้วยความขอบคุณจากความชุกของการถ่ายโอนยีนแนวนอน.

การอ้างอิง

1. Gogarten, J. P. , & Townsend, J. P. (2005) การถ่ายทอดยีนแนวนอนนวัตกรรมจีโนมและวิวัฒนาการ. จุลชีววิทยารีวิวธรรมชาติ, 3(9), 679.
2. Keeling, P. J. , & Palmer, J. D. (2008) การถ่ายโอนยีนแนวนอนในวิวัฒนาการของยูคาริโอต. พันธุศาสตร์วิจารณ์ธรรมชาติ, 9(8), 605.
3. เพียร์ซ, B. A. (2009). พันธุศาสตร์: แนวทางความคิด. Ed. Panamericana การแพทย์.
4. รัสเซล, พี, เฮิรตซ์, พี, และแมคมิลลัน, บี (2013). ชีววิทยา: วิทยาศาสตร์ไดนามิก. การศึกษาเนลสัน.
5. Sumbali, G. , & Mehrotra, R. S. (2009). หลักการทางจุลชีววิทยา. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M. , & Kado, C. I. (2001). การถ่ายโอนยีนแนวนอน. สื่อวิชาการ.
7. Tortora, G. J. , Funke, B. R. , และ Case, C. L. (2007). จุลชีววิทยาเบื้องต้น. Ed. Panamericana การแพทย์.