Chuyển gen ngang

Bài này viết về chuyển gen tự nhiên. Đối với chuyển gen nhân tạo, xem Chuyển gen.

Cây phát sinh sự sống mô tả chuyền gen dọc (đường màu xanh dương) và chuyền gen ngang (màu lục và vàng).

Chuyển gen ngang là sự di chuyển của vật chất di truyền (ADN hoặc ARN) giữa các tế bào hoặc cơ thể sống cùng thế hệ, còn được gọi là truyền gen theo hàng ngang, để phân biệt với "chuyển gen theo hàng dọc" là quá trình kế thừa gen từ bố mẹ sang con cái thông qua sinh sản.

Thuật ngữ này dịch từ tiếng Anh là horizontal gene transfer (chuyển gen theo chiều ngang, hoặc chuyển gen hàng bên) viết tắt là HGT. Chuyển gen ngang phổ biến trong các loài vi khuẩn, còn trong tiến hoá thì quá trình này đóng vai trò rất quan trọng giúp các bộ gen của các loài rất khác nhau có thể trao đổi vật chất di truyền cho nhau mà không cần (và cũng không thể) thông qua giao phối và thụ tinh.

Tổng quan

Chuyển gen ngang qua tiếp hợp giữa hai cá thể E. coli, trong đó ADN plasmit được "di truyền" sang cá thể cùng thế hệ qua tiếp hợp. Tế bào vi khuẩn bị "mất" ADN-plasmit gọi là tế bào cho (donor), còn vi khuẩn được kế thừa ADN-plasmit đó là tế bào nhận (recipient).

• Hiện tượng chuyển gen ngang đã được phát hiện từ lâu trong vi khuẩn học. Chẳng hạn: giữa hai cá thể trực khuẩn E. coli cùng thế hệ đã tiếp hợp, rồi qua lông giới tính mà ADN của cá thể này chuyển giao cho cá thể kia, tạo ra bộ gen mới không hề có giao phối và thụ tinh. Chính hiện tượng này là cơ chế phát tán tính chống thuốc kháng sinh ở rất nhiều loài vi khuẩn.
• Trong quá trình nội cộng sinh xa xưa, một loại vi khuẩn hiếu khí đã "chui" vào tế bào nhân thực cổ, từ đó hình thành nên ty thể ở hầu hết các tế bào sống ngày nay. Tương tự, sự chuyển gen ngang từ một loại vi khuẩn quang hợp xa xưa vào tổ tiên của thực vật đã hình thành nên lục lạp ở tất cả các cây xanh ngày nay (chi tiết vấn đề này xem ở trang nội cộng sinh). Những hiện tượng tiến hoá nội cộng sinh này cũng là hiện tượng chuyển gen ngang.
• Tương tự thế, các gen của virut (ADN hoặc ARN) cũng có thể chuyển ngang vào cơ thể sinh vật bậc cao, từ đó có thể góp phần tạo nên vốn gen của các sinh vật bậc cao này cho đến nay.

• Có thể do thói quen tư duy và cũng còn do sự phát triển của khoa học và công nghệ, nên hầu hết suy nghĩ về di truyền và kế thừa gen hiện nay đều đã chỉ tập trung vào "di truyền theo chiều dọc" qua các thế hệ của sinh vật, nhưng tầm quan trọng của việc chuyển gen ngang giữa trong quá trình tiến hoá không chỉ được thừa nhận mà việc nghiên cứu chúng phát triển mạnh.

Ý tưởng ban đầu của phương pháp chuyển gen nhân tạo (gene delivery) trong kỹ thuật di truyền có thể được gợi mở từ hiện tương chuyển gen ngang trong tự nhiên của vi khuẩn.

Xem thêm

• Citizendium:Horizontal gene transfer
• Citizendium:Horizontal gene transfer in prokaryotes
• Citizendium:Horizontal gene transfer in plants
• Citizendium:Horizontal gene transfer (History)
• Gyles, C; Boerlin, P (tháng 3 năm 2014). “Horizontally transferred genetic elements and their role in pathogenesis of bacterial disease”. Vet Pathol. 51 (2): 328–40. doi:10.1177/0300985813511131. PMID 24318976.
• – Papers by Dr Michael Syvanen on Horizontal Gene Transfer
• Salzberg SL, White O, Peterson J, Eisen JA (tháng 6 năm 2001). “Microbial genes in the human genome: lateral transfer or gene loss?” (PDF). Science. 292 (5523): 1903–6. Bibcode:2001Sci...292.1903S. doi:10.1126/science.1061036. PMID 11358996. About 40 genes were found to be exclusively shared by humans and bacteria and are candidate examples of horizontal transfer from bacteria to vertebrates. Gene loss combined with sample size effects and evolutionary rate variation provide an alternative, more biologically plausible explanation
• Qi, Z; Cui, Y; Fang, W; Ling, L; Chen, R (tháng 1 năm 2004). “Autosomal similarity revealed by eukaryotic genomic comparison”. Journal of Biological Physics. 30 (4): 305–12. doi:10.1007/s10867-004-0996-0. PMC 3456315. PMID 23345874.
• Woese CR (tháng 6 năm 2002). “On the evolution of cells”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (13): 8742–7. Bibcode:2002PNAS...99.8742W. doi:10.1073/pnas.132266999. PMC 124369. PMID 12077305. This article seeks to shift the emphasis in early phylogenic adaptation from vertical to horizontal gene transfer. He uses the term "Darwinian Threshold" for the time of major transition of evolutionary mechanisms from mostly horizontal to mostly vertical transfer, and the "origin of speciation".
• Snel B, Bork P, Huynen MA (tháng 1 năm 1999). “Genome phylogeny based on gene content”. Nat. Genet. 21 (1): 108–10. doi:10.1038/5052. PMID 9916801. This article proposes using the presence or absence of a set of genes to infer phylogenies, in order to avoid confounding factors such as horizontal gene transfer.
• Webfocus in Nature with free review articles [1]
• Patil PB, Sonti RV (tháng 10 năm 2004). “Variation suggestive of horizontal gene transfer at a lipopolysaccharide (lps) biosynthetic locus in Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the bacterial leaf blight pathogen of rice”. BMC Microbiol. 4 (1): 40. doi:10.1186/1471-2180-4-40. PMC 524487. PMID 15473911.
• Jin G, Nakhleh L, Snir S, Tuller T (tháng 11 năm 2006). “Maximum likelihood of phylogenetic networks”. Bioinformatics. 22 (21): 2604–11. doi:10.1093/bioinformatics/btl452. PMID 16928736. for a technique to decrease the impact of HGT events on maximum likelihood cladistical analyses.
• Horizontal Gene Transfer – A New Paradigm for Biology
• Horizontal Gene Transfer (page 334 of Molecular Genetics by Ulrich Melcher)
• Horizontal Gene Transfer at sciences.sdsu.edu
• Jain R, Rivera MC, Lake JA (tháng 3 năm 1999). “Horizontal gene transfer among genomes: The complexity hypothesis”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (7): 3801–6. Bibcode:1999PNAS...96.3801J. doi:10.1073/pnas.96.7.3801. PMC 22375. PMID 10097118.
• PDF article on Horizontal Gene Transfer
• The New Yorker, July 12, 1999, pp. 44–61 "Smallpox knows how to make a mouse protein. How did smallpox learn that? 'The poxviruses are promiscuous at capturing genes from their hosts,' Esposito said. 'It tells you that smallpox was once inside a mouse or some other small rodent.'"
• Szpirer C, Top E, Couturier M, Mergeay M (1 tháng 12 năm 1999). “Retrotransfer or gene capture: a feature of conjugative plasmids, with ecological and evolutionary significance”. Microbiology. 145 (Pt 12): 3321–9. doi:10.1099/00221287-145-12-3321. PMID 10627031.
• GMO Safety: Results of research into horizontal gene transfer Can transgenes from genetically modified plants be absorbed by micro-organisms and spread in this way?
• Whitaker JW, McConkey GA, Westhead DR (2009). “The transferome of metabolic genes explored: analysis of the horizontal transfer of enzyme encoding genes in unicellular eukaryotes”. Genome Biology. 10 (4): R36. doi:10.1186/gb-2009-10-4-r36. PMC 2688927. PMID 19368726.