水平遺伝子伝達または横遺伝子移入は、家族に生じない生物間の遺伝物質の交換です。このイベントは同じ世代の個体間で発生し、単細胞または多細胞生物で発生する可能性があります。
水平移動は、共役、変換、および変換という3つの主要なメカニズムによって発生します。最初のタイプでは、長いDNAフラグメントの交換が可能ですが、最後の2つのタイプでは、遺伝物質の小さなセグメントに転送が制限されます。
細菌。THGはこれらの生物では一般的です。ソースpixabay.com
反対の概念は、遺伝子情報が生物からその子孫に伝わる垂直遺伝子伝達です。このプロセスは、植物や動物などの真核生物に広まっています。対照的に、水平移動は微生物では一般的です。
真核生物では、水平転送はそれほど一般的ではありません。しかし、ウイルスを介して特定の遺伝子を得た人間の祖先を含む、この現象の交換の証拠があります。
水平遺伝子伝達とは何ですか？
真核生物は、生殖の間、垂直遺伝子伝達として知られるプロセスで、1世代から子孫に遺伝子を渡します。原核生物もこのステップを実行しますが、核分裂または他のメカニズムによる無性生殖を通して。
しかし、原核生物では、水平遺伝子導入と呼ばれる遺伝物質を交換する別の方法があります。ここで、DNAフラグメントは同じ世代の生物間で交換され、1つの種から別の種に渡ることができます。
水平移動は細菌の間で比較的一般的です。抗生物質への耐性を引き起こす遺伝子の例を見てみましょう。これらの重要なDNA断片は、通常、異なる種の細菌間で移動します。
これらのメカニズムは、感染症を治療する際に重大な医学的合併症を伴います。
メカニズム
水平転送によってDNAを交換できる3つの基本的なメカニズムがあります。これらは、活用、変換、および伝達です。
活用
接合による遺伝子導入は、2つの細菌間の直接接触を伴う唯一のタイプです。
ただし、プロセスが非常に異なるため、有性生殖による遺伝子交換（通常は関与する生物間に接触がある場合）と比較しないでください。主な違いは減数分裂がないことです。
接合の間、ある細菌から別の細菌への遺伝物質の通過は、線毛と呼ばれる構造によって確立された物理的接触を介して行われます。これは、交換が発生する接続ブリッジとして機能します。
バクテリアは性に分化しませんが、F因子（受精率f）として知られる小さな環状DNAを持つ生物は「男性」として知られています。これらの細胞は、接合中にドナーであり、因子を欠く別の細胞に材料を渡します。
F因子のDNAは約40個の遺伝子で構成されており、性的因子の複製と性的線毛の合成を制御します。
接合プロセスの最初の証拠は、レーダーバーグとテイタムの実験から得られますが、転送に連絡が必要であることを最終的に示したのはバーナードデイビスでした。
変換
形質転換には、宿主細菌に近い環境で見つかる裸のDNA分子の取り込みが含まれます。このDNAの断片は別の細菌に由来します。
細菌集団は通常形質転換を受けるので、このプロセスは自然に実行できます。同様に、実験室で形質転換をシミュレーションして、バクテリアに外部にある目的のDNAを取り込ませることができます。
理論的には、どのようなDNA断片でも取得できます。しかしながら、その過程は小分子を含むことが観察されている。
変換
最後に、形質導入メカニズムは、ドナー細菌からレシピエントにDNAを運ぶファージ（ウイルス）によって発生します。前のケースと同様に、ウイルスがDNAを運ぶ能力は限られているため、移入されるDNAの量は比較的少量です。
通常、このメカニズムは系統発生的に近い細菌に限定されます。これは、DNAを運ぶウイルスが、細菌を注入するために細菌の特定の受容体に結合する必要があるためです。
例
エンドヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖内のホスホジエステル結合を内側から切断する能力を持つ酵素です。そのため、「エンド」と呼ばれています。これらの酵素はどこでも切断せず、制限部位と呼ばれる特定の切断部位があります。
酵素EcoRI（大腸菌）とRSRI（Rhodobacter sphaeroides）のアミノ酸配列は、ほぼ300アミノ酸残基の配列であり、互いに50％同一であり、進化の近縁関係を明確に示しています。
しかし、他の分子的および生化学的特性の研究のおかげで、これらの2つの細菌は非常に異なり、系統発生の観点からはほとんど関係がありません。
さらに、酵素EcoRIをコードする遺伝子は、大腸菌が通常使用するコドンとは非常に異なる特定のコドンを使用しているため、この細菌に由来するものではないことが疑われています。
進化における水平遺伝子導入
1859年、イギリスの博物学者チャールズダーウィンは、自然選択による進化論で生物科学に革命をもたらしました。ダーウィンは彼の象徴的な本「種の起源」で、種間の系図の関係を説明するために生命の木の比喩を提案しています。
今日、系統発生はこの比喩の正式な表現であり、遺伝情報の伝達は親から子供へと垂直に起こると想定されています。
ダーウィンが提案するように、多細胞生物に大きな不便をかけずにこのビジョンを適用でき、分岐パターンが得られます。
ただし、融合のない分岐のこの表現は、微生物に適用するのが困難です。異なる原核生物のゲノムを比較すると、系統間に広範な遺伝子導入があることは明らかです。
したがって、関係のパターンはより水平な遺伝子伝達の普及のおかげで、ブランチが接続され、融合されたネットワークに似ています。
参考文献
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