Mekanisme dan contoh pemindahan gen mendatar



The pemindahan gen mendatar atau pemindahan gen sisi adalah pertukaran bahan genetik antara organisma, yang tidak berlaku dari bapa kepada anak. Peristiwa ini berlaku di antara individu-individu generasi yang sama dan boleh berlaku dalam makhluk-makhluk bersel tidak atau selular.

Perpindahan mendatar berlaku melalui tiga mekanisme utama: conjugation, transformation dan transduction. Dalam jenis pertama, adalah mungkin untuk bertukar serpihan panjang DNA, sementara dalam dua terakhir perpindahan ini terhad kepada segmen kecil bahan genetik.

Konsep yang bertentangan adalah pemindahan menegak daripada gen, di mana maklumat genetik berpindah dari organisma kepada anaknya. Proses ini tersebar luas dalam eukariota, seperti tumbuhan dan haiwan. Sebaliknya, pemindahan mendatar adalah perkara biasa dalam mikroorganisma.

Dalam eukariota, pemindahan mendatar tidak begitu biasa. Walau bagaimanapun, terdapat bukti pertukaran fenomena ini, termasuk keturunan manusia, yang memperoleh gen tertentu melalui virus.

Indeks

  • 1 Apakah pemindahan gen mendatar?
  • 2 Mekanisme
    • 2.1 Conjugation
    • 2.2 Transformasi
    • 2.3 Transduction
  • 3 Contoh
  • 4 Pemindahan mendatar gen dalam evolusi
  • 5 Rujukan

Apakah pemindahan gen mendatar?

Semasa pembiakan, organisma eukariotik melepaskan gen mereka dari satu generasi kepada keturunan mereka (keturunan) dalam proses yang dikenali sebagai pemindahan gen menegak. Prokariot juga melakukan langkah ini, tetapi melalui pembiakan aseksual oleh fenomena fisiologi atau mekanisme lain.

Walau bagaimanapun, dalam prokariota ada cara lain untuk menukar bahan genetik yang dipanggil pemindahan gen mendatar. Di sini, serpihan DNA ditukar antara organisme generasi yang sama dan boleh lulus dari satu spesies kepada yang lain.

Pemindahan mendatar adalah agak biasa di kalangan bakteria. Ambil contoh gen yang menyebabkan ketahanan terhadap antibiotik. Serpihan DNA penting ini dipindahkan secara normal antara bakteria spesies yang berlainan.

Mekanisme berkata bahawa komplikasi perubatan penting ketika merawat jangkitan.

Mekanisme

Terdapat tiga mekanisme asas di mana DNA boleh ditukarkan dengan pemindahan mendatar. Ini adalah conjugation, transformation dan transduction.

Konjugasi

Pemindahan gen dengan conjugation adalah satu-satunya jenis yang melibatkan hubungan langsung antara kedua-dua bakteria.

Walau bagaimanapun, ia tidak sepatutnya dibandingkan dengan pertukaran gen melalui pembiakan seksual (di mana biasanya ada hubungan antara organisma yang terlibat), kerana prosesnya sangat berbeza. Antara perbezaan utama ialah ketiadaan meiosis.

Semasa konjugasi, laluan bahan genetik dari satu bakteria kepada yang lain dilakukan dengan cara hubungan fizikal yang ditubuhkan oleh struktur yang dipanggil pili. Ini berfungsi sebagai jambatan sambungan, di mana pertukaran berlaku.

Walaupun bakteria tidak membezakan jantina, ia dikenali sebagai "lelaki" kepada organisme yang membawa DNA pekeliling kecil yang dikenali sebagai faktor F (fertility f). Sel-sel ini adalah penderma semasa conjugation, dan mereka melepasi bahan ke sel lain yang tidak mempunyai faktor.

DNA F-faktor terdiri daripada kira-kira 40 gen, yang mengawal replikasi faktor seksual dan sintesis pili seksual.

Bukti pertama dari proses konjugasi ini berasal dari eksperimen Lederberg dan Tatum, tetapi Bernard Davis akhirnya membuktikan bahawa hubungan itu diperlukan untuk pemindahan.

Transformasi

Transformasi ini melibatkan pengambilan molekul DNA telanjang yang berada di persekitaran berhampiran bakteria host. Potongan DNA ini berasal dari bakteria lain.

Proses ini boleh dijalankan secara semula jadi, kerana populasi bakteria biasanya mengalami perubahan. Begitu juga, transformasi boleh disimulasikan di makmal untuk memaksa bakteria mengambil DNA minat yang terdapat di luar.

Secara teorinya, mana-mana serpihan DNA boleh diambil. Walau bagaimanapun, ia telah diperhatikan bahawa proses itu melibatkan molekul kecil.

Transduction

Akhirnya, mekanisme transduksi berlaku melalui phage (virus) yang membawa DNA dari bakteria penderma kepada penerima. Seperti dalam kes sebelumnya, jumlah DNA yang dipindahkan agak kecil, kerana kapasiti virus untuk membawa DNA adalah terhad.

Biasanya, mekanisme ini terhad kepada bakteria secara phylogenetically, kerana virus yang membawa DNA mesti mengikat kepada reseptor spesifik bakteria untuk dapat menyuntik bahan.

Contohnya

Endonukleases adalah enzim yang mempunyai keupayaan untuk memecahkan ikatan fosfodiester dalam rantai polynukleotide, dari dalam - itulah sebabnya mereka dikenali sebagai "endo". Enzim-enzim ini tidak dipotong di mana-mana, mereka mempunyai laman tertentu untuk melakukannya, yang disebut laman sekatan.

Urutan asid amino untuk enzim EcoRI (dalam E. coli) dan RSRI (dalam Rhodobacter sphaeroides) mempunyai urutan hampir 300 residu asid amino, yang 50% sama antara satu sama lain, yang jelas menunjukkan hubungan evolusi rapat.

Bagaimanapun, terima kasih kepada kajian ciri-ciri molekul dan biokimia yang lain, kedua-dua bakteria ini sangat berbeza dan sangat tidak berkaitan dengan sudut pandangan filogenetik.

Di samping itu, gen yang kod enzim EcoRI menggunakan kodon yang sangat spesifik yang berbeza daripada yang biasa digunakan E. coli, jadi ia disyaki bahawa gen tidak berasal dari bakteria ini.

Pemindahan mendatar gen dalam evolusi

Pada tahun 1859, naturalis Britain, Charles Darwin merevolusikan sains biologi dengan teori evolusinya melalui pemilihan semulajadi. Dalam buku ikoninya, Asal-usul spesies, Darwin mencadangkan metafora pokok kehidupan untuk menggambarkan hubungan silsilah yang wujud antara spesies.

Hari ini, falsafah adalah perwakilan rasmi metafora seperti itu, di mana ia diandaikan bahawa penghantaran maklumat genetik berlaku secara menegak - dari ibu bapa kepada kanak-kanak.

Kita boleh memohon visi ini tanpa kesulitan utama kepada organisma multiselular dan kita akan mendapat corak bercabang, seperti yang dicadangkan oleh Darwin.

Walau bagaimanapun, perwakilan cawangan ini tanpa fusions sukar untuk digunakan untuk mikroorganisma. Apabila membandingkan genom prokariote yang berbeza, jelas bahawa terdapat pemindahan gen yang luas di antara garis keturunan.

Oleh itu, corak hubungan menyerupai lebih banyak rangkaian, dengan cabang-cabang yang disambungkan dan digabungkan bersama, berkat prevalensi pemindahan gen mendatar.

Rujukan

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Pemindahan gen mendatar, inovasi genom dan evolusi. Ulasan Alam Mikrobiologi, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Perpindahan gen mendatar dalam evolusi eukariotik. Alam Ulasan Genetik, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetik: Pendekatan konseptual. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Sains Dinamik. Pendidikan Nelson.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Prinsip mikrobiologi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Pemindahan gen mendatar. Akademik Akhbar.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Pengenalan kepada mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.