Горизонтальный перенос генов

Дерево жизни — показан горизонтальный перенос генов.

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. В отличие от горизонтального, о вертикальном переносе генов говорят, если организм получает генетический материал от своего предка. В области интересов генетики основное место занимает вертикальный перенос генов. Однако в настоящее время горизонтальному переносу уделяется всё больше внимания.

Искусственный горизонтальный перенос генов используется в генной инженерии.

История

Горизонтальный перенос генов впервые был описан в Японии в 1959 году публикацией, которая продемонстрировала передачу резистентности к антибиотикам между разными видами бактерий^[1][2]. В середине 1980-х годов Майкл Сивянен^[3] предсказал, что горизонтальный перенос генов существовал, имел биологическое значение и был вовлечен в формирование эволюционной истории с начала жизни на Земле.

В 1999 году Рави Джайн, Мария Ривера и Джеймс Лейк писали: «Все чаще исследования генов и геномов, указывают, что значительная горизонтальная передача генов произошла между прокариотами»^[4] (см. также Lake и Rivera, 2007)^[5]. Этот процесс по-видимому, оказал некоторое влияние также и на одноклеточные эукариоты. Как пишут Эрик Баптест и др. (2005), «дополнительные данные свидетельствуют о том, что перенос генов может быть также важным эволюционным механизмом в эволюции простейших.»^[6]

Карл Вёзе в 2004 г. опубликовал статью, в которой утверждал, что между древними группами живых организмов происходил массивный перенос генетической информации. В древнейшие времена преобладал процесс, который он называет горизонтальным переносом генов. Причем чем дальше в прошлое, тем это преобладание сильнее.^[7]

Существует ряд доказательств, что были затронуты даже высшие растения и животные, и это вызывает озабоченность по безопасности^[8]. Так, в 2010 году группой учёных под руководством Седрика Фешотта (Cédric Feschotte) в результате анализа геномов млекопитающих (опоссумов и обезьян саймири), покусанных южноамериканским кровососущим жуком Rhodnius prolixus, был обнаружен горизонтальный перенос фрагмента ДНК — транспозона. Идентичность этого фрагмента ДНК в млекопитающих и насекомых достигает 98 %^[9].

Однако Аарон Ричардсон и Джеффри Палмер (2007) утверждают, что: «Горизонтальный перенос генов играл главную роль в бактериальном развитии и является довольно распространенным у некоторых одноклеточных эукариот. Тем не менее, распространенность и значение горизонтального переноса в эволюции многоклеточных эукариот остаются неясными.»^[10]

В связи с увеличивающимся количеством свидетельств, предполагающих важность этих явлений для развития (см. ниже), молекулярный биолог Петер Гогартен описал горизонтальную генную передачу как «Новую Парадигму для Биологии»^[11].

Следует также отметить, что этот процесс может быть скрытой опасностью генной инженерии, поскольку это может позволить трансгенной ДНК распространяться от вида к виду^[8].

Вирусы

Примером переноса генов между вирусами служат мимивирус и небольшой вирофаг «Спутник». Оба они заражают амёбы, но вирофаг не способен к размножению в отсутствие мимивируса^[12]. Из 13 генов вирофага, которые мало похожи на другие гены, 3 сходны с генами мимивируса и мамавируса, и возможно были включены в геном вирофага в момент формирования частиц. Можно предположить, что вирус-сателлит мог выполнить горизонтальную передачу генов между вирусами, аналогично тому, как бактериофаги передают гены между бактериями^[13].

Примечания

1. ↑ Ochiai K, Yamanaka T, Kimura K, Sawada, O (1959). «Inheritance of drug resistance (and its tranfer) between Shigella strains and Between Shigella and E. coli strains» (Japanese). Hihon Iji Shimpor 1861: 34.
2. ↑ Akiba T, Koyama K, Ishiki Y, Kimura S, Fukushima T (April 1960). «On the mechanism of the development of multiple-drug-resistant clones of Shigella». Jpn. J. Microbiol. 4: 219–27. PMID 13681921.
3. ↑ Syvanen Michael (January 1985). «Cross-species gene transfer; implications for a new theory of evolution» (PDF). J. Theor. Biol. 112 (2): 333–43. DOI:10.1016/S0022-5193(85)80291-5. PMID 2984477.
4. ↑ Jain R, Rivera MC, Lake JA (March 1999). «Horizontal gene transfer among genomes: the complexity hypothesis». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (7): 3801–6. DOI:10.1073/pnas.96.7.3801. PMID 10097118.
5. ↑ Rivera MC, Lake JA (September 2004). «The ring of life provides evidence for a genome fusion origin of eukaryotes». Nature 431 (7005): 152–5. DOI:10.1038/nature02848. PMID 15356622.
6. ↑ Bapteste E, Susko E, Leigh J, MacLeod D, Charlebois RL, Doolittle WF (2005). «Do orthologous gene phylogenies really support tree-thinking?». BMC Evol. Biol. 5 (1): 33. DOI:10.1186/1471-2148-5-33. PMID 15913459.
7. ↑ Публичная лекция Фримена Дайсона в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН
8. ↑ ^{1 2} Mae-Wan Ho (1999). Cauliflower Mosaic Viral Promoter — A Recipe for Disaster? Microbial Ecology in Health and Disease, 11:194-197. Reprint. Accessed 2008-06-09.
9. ↑ http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7293/full/nature08939.html A role for host-parasite interactions in the horizontal transfer of transposons across phyla
10. ↑ Richardson, Aaron O. and Jeffrey D. Palmer (January 2007). «Horizontal Gene Transfer in Plants». Journal of Experimental Botany 58: pp. 1–9 [1]. DOI:10.1093/jxb/erl148. PMID 17030541. Проверено 2007-03-18.
11. ↑ Gogarten, Peter (2000). «Horizontal Gene Transfer: A New Paradigm for Biology». Esalen Center for Theory and Research Conference. Проверено 2007-03-18.
12. ↑ La Scola B, Desnues C, Pagnier I, Robert C, Barrassi L, Fournous G, Merchat M, Suzan-Monti M, Forterre P, Koonin E, Raoult D (September 2008). «The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus». Nature 455 (7209): 100–4. DOI:10.1038/nature07218. PMID 18690211.
13. ↑ Pearson H (August 2008). «url = 'Virophage' suggests viruses are alive». Nature 454 (7205): 677. DOI:10.1038/454677a. PMID 18685665.

Ссылки

• Горизонтальный перенос генов и его роль в эволюции

Эволюционная биология

 

Эволюция •  Доказательства эволюции
Эволюционные процессы	Адаптация • Преадаптация • Экзаптация • Абаптация • Видообразование • Микроэволюция • Макроэволюция
Генетика популяций	Дрейф генов • Естественный отбор • Изоляция • Поток генов
Происхождение жизни	Возникновение жизни • Химическая эволюция • Гипотеза мира РНК
Исторические концепции	Дарвинизм • Ламаркизм • Пангенезис • Ортогенез • Номогенез • Сальтационизм • Катастрофизм
Современные теории	Синтетическая теория эволюции • Теория прерывистого равновесия • Нейтральная теория молекулярной эволюции • Эволюционная биология развития • Эпигенетическая теория эволюции
Эволюция таксонов	Растения • Земноводные • Рептилии • Птицы • Млекопитающие • Китообразные • Человек
История эволюционного учения • Хронология эволюции • История жизни на Земле