수평 유전자 전달 또는 횡 유전자 전달은 가정에서 발생하지 않는 유기물 간 유전 물질의 교환이다. 이 사건은 같은 세대의 개인들 사이에서 발생하며 단세포 또는 다세포 존재에서 발생할 수 있습니다.
수평 이동은 접합, 변환 및 변환의 세 가지 주요 메커니즘을 통해 발생합니다. 첫 번째 유형에서는 긴 DNA 단편의 교환이 가능하지만 마지막 두 가지 유형에서는 유전 물질의 작은 세그먼트로만 전송됩니다.
박테리아. THG는 이러한 유기체에서 흔합니다. 소스 pixabay.com
반대 개념은 유전 정보가 유기체에서 자손으로 전달되는 수직적 유전자 전달입니다. 이 과정은 식물과 동물과 같은 진핵 생물에 널리 퍼져 있습니다. 반대로 수평 이동은 미생물에서 일반적입니다.
진핵 생물에서는 수평 이동이 흔하지 않습니다. 그러나 바이러스를 통해 특정 유전자를 얻은 인간의 조상을 포함하여 이러한 현상의 교환 증거가 있습니다.
수평 유전자 전달이란 무엇입니까?
번식하는 동안 진핵 생물은 수직적 유전자 전달로 알려진 과정을 통해 한 세대에서 자손 (자식)에게 유전자를 전달합니다. 원핵 생물도이 단계를 수행하지만 핵분열 또는 기타 메커니즘을 통한 무성 생식을 통해 수행됩니다.
그러나 원핵 생물에는 수평 유전자 전달이라는 유전 물질을 교환하는 또 다른 방법이 있습니다. 여기에서 DNA 단편은 같은 세대의 유기체간에 교환되며 한 종에서 다른 종으로 이동할 수 있습니다.
수평 이동은 박테리아 사이에서 비교적 흔합니다. 항생제에 대한 내성을 유발하는 유전자의 예를 들어 보겠습니다. 이러한 중요한 DNA 단편은 다른 종의 박테리아간에 정상적으로 전달됩니다.
이러한 메커니즘은 감염을 치료할 때 심각한 의학적 합병증을 수반합니다.
메커니즘
수평 이동으로 DNA를 교환 할 수있는 세 가지 기본 메커니즘이 있습니다. 이들은 활용, 변형 및 변환입니다.
동사 변화
접합을 통한 유전자 전달은 두 박테리아 사이의 직접적인 접촉을 포함하는 유일한 유형입니다.
그러나, 과정이 매우 다르기 때문에 유성 생식을 통한 유전자 교환 (일반적으로 관련된 유기체 간의 접촉이있는 경우)과 비교해서는 안됩니다. 주요 차이점은 감수 분열이 없다는 것입니다.
접합 과정에서 한 박테리아에서 다른 박테리아로 유전 물질이 전달되는 것은 필리라는 구조에 의해 확립 된 물리적 접촉을 통해 이루어집니다. 이것은 교환이 발생하는 연결 다리 역할을합니다.
박테리아는 성별로 분화되지 않지만 인자 F (불임 f)로 알려진 작은 원형 DNA를 운반하는 유기체는 "남성"으로 알려져 있습니다. 이 세포는 접합 과정에서 기증자로서 물질을 인자가없는 다른 세포로 전달합니다.
Factor F DNA는 성적인 요소의 복제와 성적인 pili의 합성을 제어하는 약 40 개의 유전자로 구성됩니다.
활용 과정의 첫 번째 증거는 Lederberg와 Tatum 실험에서 나왔지만, 마침내 이전에 접촉이 필요하다는 것을 입증 한 사람은 Bernard Davis였습니다.
변환
형질 전환은 숙주 박테리아에 가까운 환경에서 발견되는 네이 키드 DNA 분자를 채취하는 것을 포함합니다. 이 DNA 조각은 다른 박테리아에서 나옵니다.
박테리아 개체군은 일반적으로 변형을 겪기 때문에이 과정은 자연스럽게 수행 될 수 있습니다. 마찬가지로, 실험실에서 변형을 시뮬레이션하여 박테리아가 외부에서 발견되는 관심 DNA를 흡수하도록 할 수 있습니다.
이론적으로 어떤 DNA 조각도 채취 할 수 있습니다. 그러나이 과정은 작은 분자를 포함하는 것으로 관찰되었습니다.
변환
마지막으로, 형질 도입 메커니즘은 기증자 박테리아에서 수혜자에게 DNA를 전달하는 파지 (바이러스)를 통해 발생합니다. 이전의 경우와 마찬가지로 바이러스가 DNA를 운반하는 능력이 제한되어 있기 때문에 전달되는 DNA의 양이 상대적으로 적습니다.
일반적으로이 메커니즘은 계통 발생적으로 가까운 박테리아로 제한됩니다. DNA를 운반하는 바이러스는 물질을 주입하기 위해 박테리아의 특정 수용체에 결합해야하기 때문입니다.
예
엔도 뉴 클레아 제는 내부에서 폴리 뉴클레오타이드 사슬 내의 포스 포디 에스테르 결합을 파괴하는 능력을 가진 효소입니다. 이것이 바로 "엔도"로 알려진 이유입니다. 이 효소는 어디에서나 절단되지 않으며 제한 부위라고하는 특정 부위를 가지고 있습니다.
효소 EcoRI (E. coli) 및 RSRI (Rhodobacter sphaeroides)에 대한 아미노산 서열은 거의 300 개 아미노산 잔기의 서열을 가지고 있으며, 이는 서로 50 % 동일하며, 밀접한 진화 적 친척 관계를 명확하게 나타냅니다.
그러나 다른 분자 및 생화학 적 특성에 대한 연구 덕분에이 두 박테리아는 매우 다르며 계통 발생 관점에서 거의 관련이 없습니다.
또한 EcoRI 효소를 암호화하는 유전자는 일반적으로 대장균에서 사용하는 것과는 다른 매우 특이적인 코돈을 사용하므로이 유전자가이 박테리아에서 유래 한 것이 아닌 것으로 의심됩니다.
진화의 수평 적 유전자 전달
1859 년 영국의 자연 주의자 찰스 다윈은 자연 선택을 통한 진화론으로 생물학에 혁명을 일으켰습니다. 그의 상징적 인 책 The Origin of Species에서 다윈은 종 간의 족보 적 관계를 설명하기 위해 생명 나무의 은유를 제안합니다.
오늘날 계통 발생은 유전 정보의 전달이 부모에서 자녀에게 수직으로 발생한다고 가정하는 이러한 은유의 공식적인 표현입니다.
우리는이 비전을 다세포 유기체에 큰 불편없이 적용 할 수 있으며 Darwin이 제안한대로 분기 패턴을 얻을 수 있습니다.
그러나 융합되지 않은 가지의 이러한 표현은 미생물에 적용하기가 어렵습니다. 서로 다른 원핵 생물의 게놈을 비교할 때 혈통간에 광범위한 유전자 전달이 있음이 분명합니다.
따라서 관계의 패턴은 수평 적 유전자 전달이 널리 퍼져 있기 때문에 가지가 서로 연결되고 융합 된 네트워크와 비슷합니다.
참고 문헌
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