Ключова разлика – вертикален срещу хоризонтален трансфер на гени
Трансферът на ген се отнася до процеса, който прехвърля или обменя генетичен материал между организмите. ДНК, която носи функционални гени, се обменя между организмите, причинявайки промяна в техния геномен състав. Може да се случи в два вида, наречени вертикален генен трансфер и хоризонтален генен трансфер. Хоризонталният генен трансфер се отнася до процеса, при който генетичен материал се прехвърля между несвързани индивиди. Вертикалният генен трансфер се отнася до процеса, при който гените се прехвърлят от родител към тяхното потомство. Това е ключовата разлика между вертикалния и хоризонталния трансфер на гени. Вертикалният генен трансфер е често срещан сред организмите, докато хоризонталният генен трансфер е по-рядко срещан.
Какво е вертикален трансфер на гени?
Вертикалният генен трансфер е метод за генен трансфер от родител към потомство. Може да възникне или чрез сексуално размножаване, или чрез безполово възпроизвеждане, или чрез изкуствени механизми. Този процес е общ механизъм, който се случва между сродни организми. Геномите се предават от едно поколение на следващо поколение чрез вертикално прехвърляне на гени в живите организми по естествен път. В програмите за развъждане на растения, вертикалното прехвърляне на гени се извършва целенасочено, за да се прехвърлят важни гени към F1 поколение. Две растения се кръстосват по полов път, за да се смесят гените им и да се предадат на следващото поколение. Правейки това, ценни характеристики могат да бъдат съхранени в потомството, позволявайки циркулация в бъдещите поколения.
При бактериите най-разпространеният метод за безполово възпроизвеждане е бинарното делене. Бинарното делене води до две идентични бактериални клетки. Това е пример за метод за вертикален генен трансфер на бактерии. При хората болестта, наречена СПИН, се предава от майка майка на бебе поради вертикален генен трансфер.
Фигура 01: Вертикален генен трансфер на бактерии по време на бинарно делене
Какво е хоризонтален трансфер на гени?
Хоризонталния генен трансфер е механизъм, при който генетичен материал се прехвърля между несвързани организми. Известен е също като латерален генен трансфер. Това се случва между различни геноми, като например между различни видове. Организмите придобиват различни характеристики чрез трансфер на гени. Хоризонталният генен трансфер е различен от генния трансфер от родител към потомство.
Хоризонталното прехвърляне на гени се улеснява благодарение на няколко вида ДНК, притежавани от организмите. Те са главно мобилни генетични елементи като транспозони (скачащи гени), плазмиди (нехромозомна кръгова ДНК) и бактериофаги (вируси, заразяващи бактерии). Това се случва чрез няколко механизма, както следва.
Механизми за хоризонтален трансфер на гени
Трансформация
Прокариотите са способни да поемат свободна ДНК специално под формата на плазмиди.
Бактериална конюгация
Начин на сексуално размножаване, който се случва между временно свързани две клетки. По време на конюгацията F плазмидите се прехвърлят от донор към реципиент, което води до трансфер на генетичен материал между два организма, както е показано на фигура 02. Това е основният механизъм, включващ хоризонталния генен трансфер.
Трансдукция
Бактериофагът може да инжектира своята ДНК в бактерия, когато е заразена, което води до трансфер на ген между две бактерии по време на втората инфекция. Това се случва чрез два процеса, наречени генерализирана и специализирана трансдукция.
Използване на хоризонтален трансфер на гени
Хоризонталния генен трансфер се използва в генното инженерство. Чуждата ДНК може да бъде рекомбинирана или вмъкната в генома на реципиентния организъм при хоризонтален генен трансфер. Тя позволява на получателите да придобият нови черти, важни за растежа и оцеляването. Хоризонталният генен трансфер е изключително важен за адаптацията и еволюцията както на прокариотите, така и на еукариотите. Благоприятните черти се филтрират чрез естествен подбор и допринасят за еволюцията. Някои организми придобиват гени, които са ценни за адаптация и еволюция чрез хоризонтален генен трансфер. Например, придобиването на резистентност към антибиотици от бактериите е резултат от хоризонтален генен трансфер.
Хоризонталния генен трансфер е най-предпочитан сред тясно свързаните таксони, отколкото силно различните видове. Може да възникне и между бактерии, обитаващи една и съща микросреда.
Фигура 02: Хоризонтален генен трансфер на бактерии по време на конюгация
Каква е разликата между вертикален и хоризонтален трансфер на гени?
Вертикален срещу хоризонтален трансфер на гени |
|
| Вертикалният генен трансфер се отнася до процеса, който прехвърля генетичен материал от родител към потомство чрез възпроизвеждане. | Хоризонталния генен трансфер се отнася до процеса, който прехвърля генетичен материал между несвързани организми. |
| Методи | |
| Може да възникне по сексуален, асексуален или изкуствен път. | Трансформацията, трансдукцията и бактериалната конюгация са механизми, включени в хоризонталния генен трансфер. |
| Случване | |
| Това е често срещан процес. | Това е по-рядко срещан процес. |
| Зависимост от мобилна ДНК | |
| Не зависи от мобилните генетични елементи. | Възможно е благодарение на подвижни ДНК елементи като транспозони, плазмиди, бактериофаги. |
Резюме – Вертикален срещу хоризонтален трансфер на гени
Трансферът на ген може да се извърши между родствени и несвързани индивиди. Има два основни вида трансфер на гени, наречени вертикален и хоризонтален. Вертикалното предаване на ген се случва от родител към потомство. По време на възпроизвеждане или кръстосване на растения, гените се прехвърлят от родители към потомство. Хоризонтален генен трансфер се случва между различни видове, които не са свързани. Не е осъществимо като вертикален трансфер на гени. Но благодарение на мобилните ДНК елементи като плазмиди, скачащи гени и бактериофаги, обменът на гени между организмите се извършва хоризонтално чрез конюгация, трансдукция и трансформация. Хоризонталният генен трансфер е често срещан при бактериите и археите, отколкото при еукариотите. Това е разликата между вертикалния и хоризонталния трансфер на гени.
