Cơ chế và ví dụ chuyển gen ngang



các chuyển gen ngang hoặc chuyển gen bên là sự trao đổi vật chất di truyền giữa các sinh vật, không xảy ra từ cha sang con. Sự kiện này diễn ra giữa các cá thể cùng thế hệ và có thể xảy ra ở những sinh vật đơn bào hoặc đa bào.

Chuyển ngang xảy ra thông qua ba cơ chế chính: liên hợp, biến đổi và tải nạp. Ở loại thứ nhất, có thể trao đổi các đoạn DNA dài, trong khi ở hai lần cuối, quá trình chuyển bị giới hạn ở các phân đoạn nhỏ của vật liệu di truyền.

Khái niệm ngược lại là chuyển nhượng dọc của các gen, nơi thông tin di truyền truyền từ một sinh vật đến con của nó. Quá trình này là phổ biến ở sinh vật nhân chuẩn, chẳng hạn như thực vật và động vật. Ngược lại, chuyển ngang là phổ biến ở vi sinh vật.

Ở sinh vật nhân chuẩn, chuyển ngang không quá phổ biến. Tuy nhiên, có bằng chứng trao đổi về hiện tượng này, bao gồm cả tổ tiên của con người, người đã thu được một số gen nhất định bằng virus.

Chỉ số

  • 1 Chuyển gen ngang là gì?
  • 2 cơ chế
    • 2.1 Liên hợp
    • 2.2 Biến đổi
    • 2.3 Truyền tải
  • 3 ví dụ
  • 4 Sự chuyển gen ngang trong quá trình tiến hóa
  • 5 tài liệu tham khảo

Chuyển gen ngang là gì?

Trong quá trình sinh sản, các sinh vật nhân chuẩn truyền gen của chúng từ thế hệ này sang thế hệ con của chúng (con cái) trong một quá trình được gọi là chuyển gen dọc. Prokaryote cũng thực hiện bước này, nhưng thông qua sinh sản vô tính bằng hiện tượng phân hạch hoặc các cơ chế khác.

Tuy nhiên, ở sinh vật nhân sơ có một cách khác để trao đổi vật liệu di truyền gọi là chuyển gen ngang. Ở đây, các đoạn DNA được trao đổi giữa các sinh vật cùng thế hệ và có thể truyền từ loài này sang loài khác.

Chuyển ngang là tương đối phổ biến giữa các vi khuẩn. Lấy ví dụ về các gen gây kháng kháng sinh. Những đoạn DNA quan trọng này được chuyển bình thường giữa các vi khuẩn của các loài khác nhau.

Cơ chế cho biết các biến chứng y tế quan trọng khi điều trị nhiễm trùng.

Cơ chế

Có ba cơ chế cơ bản mà DNA có thể được trao đổi bằng cách chuyển ngang. Đây là liên hợp, biến đổi và tải nạp.

Liên hợp

Chuyển gen bằng cách chia là loại duy nhất liên quan đến sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai vi khuẩn.

Tuy nhiên, không nên so sánh với trao đổi gen thông qua sinh sản hữu tính (nơi thường có sự tiếp xúc giữa các sinh vật liên quan), vì quá trình này rất khác nhau. Trong số những khác biệt chính là sự vắng mặt của bệnh teo cơ.

Trong quá trình liên hợp, việc truyền vật liệu di truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác được thực hiện bằng phương pháp tiếp xúc vật lý được thiết lập bởi một cấu trúc gọi là pili. Điều này hoạt động như một cầu nối, nơi trao đổi xảy ra.

Mặc dù vi khuẩn không phân biệt thành giới tính, nó được gọi là "con đực" đối với sinh vật mang DNA vòng tròn nhỏ được gọi là yếu tố F (khả năng sinh sản f). Các tế bào này là các nhà tài trợ trong quá trình liên hợp và chúng chuyển vật liệu sang một tế bào khác thiếu yếu tố.

DNA yếu tố F bao gồm khoảng 40 gen, điều khiển sự sao chép của yếu tố tình dục và sự tổng hợp của pili tình dục.

Bằng chứng đầu tiên về quá trình chia động từ các thí nghiệm của Lederberg và Tatum, nhưng chính Bernard Davis cuối cùng đã chứng minh rằng liên hệ là cần thiết cho việc chuyển nhượng.

Biến đổi

Việc chuyển đổi liên quan đến việc lấy một phân tử DNA trần trụi trong môi trường gần vi khuẩn chủ. Đoạn DNA này đến từ một loại vi khuẩn khác.

Quá trình này có thể được thực hiện một cách tự nhiên, vì quần thể vi khuẩn thường trải qua quá trình biến đổi. Tương tự như vậy, sự biến đổi có thể được mô phỏng trong phòng thí nghiệm để buộc vi khuẩn lấy DNA quan tâm được tìm thấy ở bên ngoài.

Về mặt lý thuyết, bất kỳ đoạn DNA nào cũng có thể được thực hiện. Tuy nhiên, nó đã được quan sát thấy rằng quá trình liên quan đến các phân tử nhỏ.

Truyền tải

Cuối cùng, cơ chế tải nạp xảy ra nhờ một phage (virus) mang DNA từ vi khuẩn của người hiến tặng cho người nhận. Như trong trường hợp trước, lượng DNA được truyền tương đối nhỏ, do khả năng mang DNA của virus bị hạn chế.

Thông thường, cơ chế này bị hạn chế ở vi khuẩn phát sinh gen, vì vi rút mang DNA phải liên kết với các thụ thể cụ thể của vi khuẩn để có thể tiêm nguyên liệu.

Ví dụ

Endonuclease là các enzyme có khả năng phá vỡ liên kết phosphodiester trong chuỗi polynucleotide, từ bên trong - đó là lý do tại sao chúng được gọi là "endo". Các enzyme này không cắt ở bất cứ đâu, chúng có các trang web cụ thể để làm điều đó, được gọi là các trang web hạn chế.

Trình tự axit amin cho các enzyme EcoRI (trong E.coli) và RSRI (trong Rhodobacter sphaeroide) có một chuỗi gần 300 dư lượng axit amin, giống nhau 50%, điều này cho thấy rõ mối quan hệ tiến hóa chặt chẽ.

Tuy nhiên, nhờ nghiên cứu các đặc điểm phân tử và sinh hóa khác, hai loại vi khuẩn này rất khác nhau và rất không liên quan đến quan điểm phát sinh gen.

Ngoài ra, gen mã hóa enzyme EcoRI sử dụng các codon rất đặc biệt khác với các gen thường được sử dụng E.coli, Vì vậy, người ta nghi ngờ rằng gen không bắt nguồn từ vi khuẩn này.

Sự chuyển gen ngang trong quá trình tiến hóa

Vào năm 1859, nhà tự nhiên học người Anh Charles Darwin đã cách mạng hóa khoa học sinh học bằng thuyết tiến hóa của ông thông qua chọn lọc tự nhiên. Trong cuốn sách mang tính biểu tượng của ông, Nguồn gốc của loài, Darwin đề xuất phép ẩn dụ của cây sự sống để minh họa các mối quan hệ phả hệ tồn tại giữa các loài.

Ngày nay, phylogenies là một đại diện chính thức của một phép ẩn dụ như vậy, trong đó người ta cho rằng việc truyền thông tin di truyền xảy ra theo chiều dọc - từ cha mẹ sang con cái.

Chúng ta có thể áp dụng tầm nhìn này mà không gây bất tiện lớn cho các sinh vật đa bào và chúng ta sẽ có được một mô hình phân nhánh, như Darwin đề xuất.

Tuy nhiên, đại diện của các nhánh không có fusus rất khó áp dụng cho các vi sinh vật. Khi so sánh bộ gen của các sinh vật nhân sơ khác nhau, rõ ràng có sự chuyển gen rộng rãi giữa các dòng.

Do đó, mô hình của các mối quan hệ giống với một mạng hơn, với các nhánh được kết nối và hợp nhất với nhau, nhờ vào sự phổ biến của chuyển gen ngang.

Tài liệu tham khảo

  1. Gôrôn, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Chuyển gen ngang, đổi mới bộ gen và tiến hóa. Tự nhiên Nhận xét Vi sinh, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Chuyển gen ngang trong tiến hóa nhân thực. Tự nhiên Nhận xét Di truyền học, 9(8), 605.
  3. Xỏ, B. A. (2009). Di truyền học: Một cách tiếp cận khái niệm. Ed. Panamericana Y tế.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Sinh học: Khoa học năng động. Giáo dục.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Nguyên tắc vi sinh. Đồi McGraw.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Chuyển gen ngang. Báo chí học thuật.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Giới thiệu về vi sinh. Ed. Panamericana Y tế.