از زمان کشف پدیده ای مانند انتقال افقی ژن، یعنی نه از والدین به فرزندان، کل دنیای زنده روی سیاره ما به عنوان یک سیستم اطلاعاتی واحد نشان داده شده است. و در این سیستم امکان وام گرفتن یک اختراع تکاملی موفق یک گونه توسط گونه دیگر وجود دارد. انتقال ژن عمودی و افقی چیست، مکانیسم های این فرآیند و نمونه هایی در دنیای ارگانیک چیست - همه اینها مقاله است.
ژن های همسایه
همه می دانند که ما ژن های خود را از والدین خود می گیریم. و از پدر و مادر خود هستند. این انتقال عمودی است. و اگر ناگهان جهشی رخ دهد که معلوم شود برای بقا یا سازگاری مفید است و در ژنوم جمعیت جای پایی به دست آورد، آنگاه گونه مزیت هایی در مبارزه برای هستی به دست خواهد آورد.
در عین حال، یک فرد دارای ژن های خاص خود است،شته ها خود را دارند و کوسه ها نیز خود را دارند. برای آنها تقریبا غیرممکن است که بین گونه ها قرار بگیرند. اما گاهی اوقات این اتفاق می افتد - این انتقال افقی ژن است.
این کاری است که مهندسی ژنتیک مدرن انجام می دهد. ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی نتیجه چنین انتقال ژنی هستند (به عنوان مثال، تاردیگراد نورانی در عکس بالا). اما در طبیعت این پدیده از دیرباز وجود داشته است.
قلب موضوع
انتقال عمودی ژن پدیده انتقال مواد ارثی از اشکال والدین به موجودات دختر است.
انتقال ژن افقی یک وضعیت طبیعی انتقال ژن از یک موجود بالغ به موجود دیگر است. در عین حال، دو موجود زنده به طور عینی وجود دارند، و گاهی اوقات آنها به گونه های مختلف بیولوژیکی تعلق دارند.
نمونه ای از انتقال افقی ژن در باکتری ها، انتقال ژن های مقاومت از یک سویه باکتری به سویه دیگر است.
شرایط لازم
برای درک این پدیده، لازم است بدانیم که اصولاً در چه شرایطی چنین انتقالی ممکن است، یعنی:
- وجود واسطه ای برای "انتقال" ژن ها از یک سلول به سلول دیگر، از یک موجود به موجود دیگر ضروری است.
- باید مکانیزم مولکولی وجود داشته باشد که به ژن های خارجی اجازه دهد تا در مجموعه ژن میزبان وارد شوند.
این شرایط ممکن است توسط رتروویروس ها و سایر ترانسپوزون ها (عناصر DNA) برآورده شوند. و امروزه مهندسی ژنتیک دقیقاً از چنین روشهایی برای انتقال افقی ژن استفاده کرده است.
هر چندامروزه مکانیسم‌های چنین انتقال ژنی فقط در حال مطالعه است؛ علاوه بر ویروس‌ها، چنین انتقالی می‌تواند با کمک بخش‌های آزاد اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک (ترانسپوزون‌ها) نیز رخ دهد که از طریق یک مقدمه ساده یا با ارگانیسم‌های انگلی وارد بدن می‌شوند. دومی می تواند نه تنها دستگاه ژنتیکی میزبان، بلکه جایگاه اکولوژیکی آن را در سیستم بیوسنوز تغییر دهد.
پس زمینه
این انتقال ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی بین سویه های مختلف باکتریایی بود که برای اولین بار در سال 1959 در ژاپن توصیف شد.
در اواسط دهه 1990، زیست شناسان مولکولی ثابت کردند که انتقال افقی ژن در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها در تکامل تکاملی حیات در سیاره ما نقش داشته است.
در سال 2010، مطالعه ای توسط پروفسور سدریک فشات منتشر شد که تجزیه و تحلیلی از ژنوم میمون های اپوسوم و سایمیری ارائه کرد. آنها توسط یک نوع حشره گاز گرفته شدند. در ژنوم پستانداران، ترانپوزونی یافت شده است که 98 درصد با حشرات همسانی دارد. برای اطلاع شما، این اشکالات نه تنها میمون ها و اپوسوم ها را نیش می زنند.
از این پس، فرضیه انتقال افقی ژن بین حوزه های مختلف موجودات زنده به پارادایم جدیدی از زیست شناسی تبدیل شده است.
اشکالات رنگارنگ
و اگر انتقال افقی ژن در باکتری ها در 30 سال گذشته شک و تردیدی را در بین زیست شناسان ایجاد نکرده است، پس امکان آن در موجودات چند سلولی سوالات بسیاری را ایجاد کرده است. پس از آن بود که توجه زیست شناسان توسط شته معمولی جلب شد که در آنافرادی با رنگ سبز و قرمز بدن وجود دارند.
تجزیه و تحلیل رنگدانه هایی که به افراد قرمز رنگ می دهند، وجود کاروتنوئیدها - رنگدانه های گیاهی را نشان داد. شته ها ژن هایی را که منحصر به موجودات گیاهی هستند از کجا دریافت کردند؟ امروزه تعیین توالی ژنوم حشرات یک موضوع نسبتاً ساده برای محققان است. به این ترتیب مشخص شد که ژن‌های شته‌ها که مسئول سنتز رنگدانه قرمز هستند، کاملاً مشابه ژن‌های برخی از قارچ‌هایی است که بدون ایجاد آسیب قابل مشاهده در بدن شته‌ها انگلی می‌شوند.
به احتمال زیاد، در طلوع تکامل شته ها (حدود 80 میلیون سال پیش) در ماشین ژنتیکی شکست خورده و ژن های قارچ در ژنوم حشرات ساخته شده اند.
تکامل و تنوع زیستی
همه سیستماتیک فیلوژنتیکی جهان آلی بر اساس مفهوم واگرایی داروین است. ماهیت آن به شرح زیر است: به محض اینکه جداسازی تولیدمثلی بین جمعیت های یک گونه اتفاق می افتد، می توانیم در مورد فرآیند گونه زایی صحبت کنیم. و در حال حاضر دو گونه بر اساس انتخاب طبیعی و جهش‌های تصادفی به تکامل خود ادامه می‌دهند.
کشف انتقال افقی ژن بین گونه‌ها و گونه‌های بزرگ‌تر تنها ثابت کرد که در چنین دوره زمانی کوتاهی (۴ میلیارد سال)، ماده زنده روی سیاره ما می‌تواند از اشکال تک سلولی به شکل‌های چند سلولی بسیار سازمان‌یافته تبدیل شود.
بنابراین، کل موجودات زنده سیاره به آزمایشگاهی واحد برای ایجاد صفات ارثی جدید تبدیل می شود و آن حرکت افقی ژن ها است.می تواند و همچنان به طور قابل توجهی روند تکامل را تسریع می کند.
بیایید چند ژن قرض بگیریم
در سال 2015، آلیستر کریسپ، ژنتیک شناس از کمبریج (بریتانیا) ژنوم 12 گونه مگس میوه مگس سرکه، 4 گونه کرم گرد و 10 گونه از نخستی ها (یکی از آنها انسان) را مورد مطالعه قرار داد. دانشمند به دنبال بخش های "بیگانه" DNA بود.
نتایج تحقیقات وجود 145 ناحیه در ژنوم ها را تأیید کرده است که نتیجه انتقال افقی ژن در یوکاریوت ها است.
برخی از این ژن ها در متابولیسم پروتئین ها و لیپیدها نقش دارند و دیگری در پاسخ های ایمنی نقش دارند. مهمتر از همه، امکان شناسایی اهداکنندگان احتمالی این ژن ها وجود داشت. معلوم شد که آنها پروتیست ها (ساده ترین یوکاریوت ها)، باکتری ها (پروکاریوت ها) و قارچ ها هستند.
در مورد ما چطور
قبلاً به طور قابل اعتماد شناخته شده است که از طریق انتقال افقی ژن در انسان، ژن های مسئول گروه خونی AB0 ظاهر شدند.
بیشتر شواهد برای چنین انتقال ژنی در پستانداران منشأ بسیار باستانی دارند و قدمت آنها به یک نیای مشترک با سایر آکوردها می رسد.
طبق مطالعات اخیر، تشکیل جفت در انسان نیز مسئول ژن این ویروس است که در جایی در سپیده دم تشکیل حیوانات جفتی گرفته شده است.
نتایج تعیین توالی ژنوم انسان نشان داد که حاوی حدود 8 درصد از قطعات ژنوم ویروسی است که به آنها "ژن خواب" می گویند.
عصر جهش یافته ها
به اینجا رسیدیمموضوع داستان های ترسناکی که فعالان سبز با آن می ترسند. اگر این ژن های "خواب" روشن شوند چه؟ یا اینکه کنه یک فرد را گاز می گیرد و نوعی وحشت را وارد ژنوم او می کند؟ یا سویای اصلاح شده ژنتیکی می خوریم و جهش یافته می شویم؟ اما بالاخره برای 4 میلیارد سال، تنوع زیستی روی این سیاره فقط افزایش یافته است، و من و شما هنوز کمی شبیه نهنگ ها هستیم، مانند شته ها مانند قارچ. چرا؟
اول، مکانیسم انتقال افقی تا زمانی که خود حیات وجود دارد در طبیعت وجود دارد. و در مثال شته ها، کاملاً واضح است که چنین انتقال ژنی دقیقاً با هدف افزایش سازگاری موجودات با شرایط محیطی انجام شده است (قرمزها در قسمت های خاصی از گیاهان کمتر قابل مشاهده هستند). و مهندسان ژنتیک از این نظر هیچ چیز جدیدی ارائه نکردند. گوجه‌فرنگی‌های دارای ژن‌های ماهی قطبی، تحمل سرما را افزایش می‌دهند که به آنها اجازه می‌دهد در مناطق شمالی رشد کنند.
دوم، با وجود امکان انتقال ژنتیکی، هنوز یکسان سازی (یکنواختی) ژنوم همه موجودات زنده روی کره زمین را مشاهده نکرده ایم. پایداری سیستم بیولوژیکی که سلول و ارگانیسم است به اندازه ای بالاست که انتقال ناکارآمد ژن را محدود کند. اما در عین حال این انتقال است که ابزار تکامل زیستی است که به تنوع زیستی می انجامد. بنابراین دیری نمی‌گذرد که خرس‌ها شبیه بادبادک‌ها و سگ‌ها شبیه آفتاب‌پرست می‌شوند.
