- การถ่ายโอนยีนในแนวนอนคืออะไร?
- กลไก
- ผัน
- การเปลี่ยนแปลง
- การถ่ายทอด
- ตัวอย่าง
- การถ่ายโอนยีนในแนวนอนในวิวัฒนาการ
- อ้างอิง
การถ่ายยีนแนวนอนหรือการถ่ายยีนด้านข้างเป็นการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นในครอบครัว เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นระหว่างบุคคลในรุ่นเดียวกันและสามารถเกิดขึ้นได้ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์
การถ่ายโอนในแนวนอนเกิดขึ้นผ่านกลไกหลักสามประการ ได้แก่ การผันคำกริยาการแปลงและการแปลงสัญญาณ ในประเภทแรกการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่ยาวเป็นไปได้ในขณะที่ในสองส่วนสุดท้ายการถ่ายโอนจะ จำกัด เฉพาะส่วนเล็ก ๆ ของสารพันธุกรรม
แบคทีเรีย THG พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ที่มา pixabay.com
แนวคิดตรงกันข้ามคือการถ่ายโอนยีนในแนวตั้งซึ่งข้อมูลทางพันธุกรรมจะส่งผ่านจากสิ่งมีชีวิตไปยังลูกหลาน กระบวนการนี้แพร่หลายในยูคาริโอตเช่นเดียวกับพืชและสัตว์ ในทางตรงกันข้ามการถ่ายเทในแนวนอนเป็นเรื่องปกติในจุลินทรีย์
ในยูคาริโอตการถ่ายโอนในแนวนอนไม่เหมือนกัน อย่างไรก็ตามมีหลักฐานการแลกเปลี่ยนของปรากฏการณ์นี้รวมถึงบรรพบุรุษของมนุษย์ที่ได้รับยีนบางชนิดผ่านไวรัส
การถ่ายโอนยีนในแนวนอนคืออะไร?
ในระหว่างการสืบพันธุ์สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตจะส่งผ่านยีนจากรุ่นหนึ่งไปยังลูกหลาน (ลูก ๆ ) ในกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนในแนวตั้ง โปรคาริโอตทำขั้นตอนนี้เช่นกัน แต่ผ่านการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศผ่านฟิชชันหรือกลไกอื่น ๆ
อย่างไรก็ตามในโปรคาริโอตมีอีกวิธีหนึ่งในการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนในแนวนอน ที่นี่ชิ้นส่วนดีเอ็นเอจะถูกแลกเปลี่ยนระหว่างสิ่งมีชีวิตในรุ่นเดียวกันและสามารถส่งผ่านจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกชนิดหนึ่งได้
การถ่ายโอนในแนวนอนเป็นเรื่องปกติในหมู่แบคทีเรีย ยกตัวอย่างยีนที่ทำให้ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่สำคัญเหล่านี้ถูกถ่ายโอนตามปกติระหว่างแบคทีเรียต่างสายพันธุ์
กลไกเหล่านี้เกี่ยวข้องกับภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์ที่สำคัญเมื่อรักษาการติดเชื้อ
กลไก
มีกลไกพื้นฐานสามประการที่สามารถแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอโดยการถ่ายโอนในแนวนอน สิ่งเหล่านี้คือการผันคำกริยาการแปลงและการแปลงสัญญาณ
ผัน
การถ่ายโอนยีนโดยการผันคำกริยาเป็นชนิดเดียวที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสโดยตรงระหว่างแบคทีเรียทั้งสอง
อย่างไรก็ตามไม่ควรเปรียบเทียบกับการแลกเปลี่ยนยีนผ่านการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ (ซึ่งโดยปกติจะมีการติดต่อระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้อง) เนื่องจากกระบวนการแตกต่างกันมาก ท่ามกลางความแตกต่างที่สำคัญคือการไม่มีไมโอซิส
ในระหว่างการผันคำกริยาการส่งผ่านของสารพันธุกรรมจากแบคทีเรียตัวหนึ่งไปยังอีกแบคทีเรียจะเกิดขึ้นโดยการสัมผัสทางกายภาพที่สร้างขึ้นโดยโครงสร้างที่เรียกว่าพิลี สิ่งนี้ทำงานเป็นสะพานเชื่อมต่อซึ่งการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้น
แม้ว่าแบคทีเรียจะไม่ได้แยกเพศออกเป็นเพศ แต่สิ่งมีชีวิตที่มีดีเอ็นเอวงกลมขนาดเล็กที่เรียกว่าแฟกเตอร์ F (f) เรียกว่า "ตัวผู้" เซลล์เหล่านี้เป็นผู้บริจาคในระหว่างการผันผ่านวัสดุไปยังเซลล์อื่นที่ขาดปัจจัย
Factor F DNA ประกอบด้วยยีนประมาณ 40 ยีนซึ่งควบคุมการจำลองแบบของปัจจัยทางเพศและการสังเคราะห์ pili ทางเพศ
หลักฐานแรกของกระบวนการผันคำมาจากการทดลองของ Lederberg และ Tatum แต่ในที่สุด Bernard Davis ก็แสดงให้เห็นว่าการติดต่อนั้นจำเป็นสำหรับการถ่ายโอน
การเปลี่ยนแปลง
การเปลี่ยนแปลงเกี่ยวข้องกับการรับโมเลกุลดีเอ็นเอเปล่าที่พบในสิ่งแวดล้อมใกล้เคียงกับแบคทีเรียที่เป็นโฮสต์ ดีเอ็นเอชิ้นนี้มาจากแบคทีเรียอื่น
กระบวนการนี้สามารถดำเนินการได้ตามธรรมชาติเนื่องจากโดยปกติแล้วประชากรแบคทีเรียจะได้รับการเปลี่ยนแปลง ในทำนองเดียวกันการเปลี่ยนแปลงสามารถจำลองได้ในห้องปฏิบัติการเพื่อบังคับให้แบคทีเรียรับดีเอ็นเอที่น่าสนใจที่พบภายนอก
ในทางทฤษฎีสามารถนำดีเอ็นเอชิ้นใดก็ได้ อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้ได้รับการสังเกตว่าเกี่ยวข้องกับโมเลกุลขนาดเล็ก
การถ่ายทอด
ในที่สุดกลไกการถ่ายทอดจะเกิดขึ้นโดยใช้ phage (ไวรัส) ที่นำ DNA จากแบคทีเรียของผู้บริจาคไปยังผู้รับ เช่นเดียวกับในกรณีก่อนหน้านี้ปริมาณดีเอ็นเอที่ถ่ายโอนนั้นค่อนข้างน้อยเนื่องจากความสามารถของไวรัสในการนำพาดีเอ็นเอมี จำกัด
โดยปกติกลไกนี้จะ จำกัด เฉพาะแบคทีเรียที่มีความใกล้ชิดกับสายวิวัฒนาการเนื่องจากไวรัสที่เป็นพาหะของดีเอ็นเอจะต้องจับกับตัวรับที่เฉพาะเจาะจงบนแบคทีเรียเพื่อฉีดสารเข้าไป
ตัวอย่าง
เอนโดนิวคลีเอสเป็นเอนไซม์ที่มีความสามารถในการทำลายพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ภายในห่วงโซ่พอลินิวคลีโอไทด์จากภายในนั่นคือเหตุผลที่พวกเขาเรียกว่า "เอนโด" เอนไซม์เหล่านี้ไม่ได้ตัดที่ใดก็ได้ แต่มีไซต์เฉพาะที่จะทำเช่นนั้นเรียกว่าไซต์ จำกัด
ลำดับกรดอะมิโนสำหรับเอนไซม์ EcoRI (ใน E. coli) และ RSRI (ใน Rhodobacter sphaeroides) มีลำดับของกรดอะมิโนตกค้างเกือบ 300 ชนิดซึ่งเหมือนกัน 50% ซึ่งบ่งบอกถึงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการที่ใกล้ชิดกันอย่างชัดเจน
อย่างไรก็ตามจากการศึกษาลักษณะทางโมเลกุลและทางชีวเคมีอื่น ๆ แบคทีเรียทั้งสองนี้มีความแตกต่างกันมากและมีความเกี่ยวข้องกันน้อยมากจากมุมมองของวิวัฒนาการทางพันธุกรรม
นอกจากนี้ยีนที่เป็นรหัสสำหรับเอนไซม์ EcoRI นั้นใช้โคดอนที่เฉพาะเจาะจงมากซึ่งแตกต่างจากที่ใช้โดยปกติของอีโคไลดังนั้นจึงน่าสงสัยว่ายีนไม่ได้มาจากแบคทีเรียนี้
การถ่ายโอนยีนในแนวนอนในวิวัฒนาการ
ในปี 1859 ชาร์ลส์ดาร์วินนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษได้ปฏิวัติวิทยาศาสตร์ชีวภาพด้วยทฤษฎีวิวัฒนาการของเขาผ่านการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ในหนังสืออันเป็นสัญลักษณ์ของเขาต้นกำเนิดของสายพันธุ์ดาร์วินได้เสนอคำอุปมาของต้นไม้แห่งชีวิตเพื่อแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ทางวงศ์ตระกูลระหว่างสิ่งมีชีวิต
วันนี้สายพันธุ์เป็นตัวแทนอย่างเป็นทางการของคำอุปมานี้โดยสันนิษฐานว่าการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมเกิดขึ้นในแนวตั้งจากพ่อแม่ไปสู่ลูก
เราสามารถประยุกต์ใช้วิสัยทัศน์นี้ได้โดยปราศจากความไม่สะดวกที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และเราจะได้รูปแบบที่แตกแขนงออกไปตามที่ดาร์วินเสนอ
อย่างไรก็ตามการแสดงกิ่งก้านที่ไม่มีการหลอมรวมเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับจุลินทรีย์ เมื่อเปรียบเทียบจีโนมของโปรคาริโอตที่แตกต่างกันจะเห็นได้ชัดว่ามีการถ่ายโอนยีนระหว่างสายเลือดอย่างกว้างขวาง
ดังนั้นรูปแบบของความสัมพันธ์จึงเหมือนเครือข่ายโดยมีกิ่งก้านเชื่อมต่อและหลอมรวมกันเนื่องจากความชุกของการถ่ายโอนยีนในแนวนอน
อ้างอิง
- Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). การถ่ายโอนยีนแนวนอนนวัตกรรมจีโนมและวิวัฒนาการ จุลชีววิทยาวิจารณ์ธรรมชาติ, 3 (9), 679.
- Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). การถ่ายโอนยีนในแนวนอนในวิวัฒนาการของยูคาริโอต พันธุศาสตร์บทวิจารณ์ธรรมชาติ, 9 (8), 605.
- เพียร์ซ BA (2552). พันธุศาสตร์: แนวความคิด Panamerican Medical Ed.
- Russell, P. , Hertz, P. , & McMillan, B. (2013). ชีววิทยา: วิทยาศาสตร์แบบไดนามิก การศึกษาของเนลสัน
- Sumbali, G. , & Mehrotra, RS (2009). หลักการทางจุลชีววิทยา. McGraw-Hill
- Syvanen, M. , & Kado, CI (2001). การถ่ายยีนในแนวนอน สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). จุลชีววิทยาเบื้องต้น. Panamerican Medical Ed.