Kể từ khi phát hiện ra một hiện tượng như chuyển gen theo chiều ngang, cụ thể là không phải từ cha mẹ sang con cái, toàn bộ thế giới sống trên hành tinh của chúng ta đã được biểu thị như một hệ thống thông tin duy nhất. Và trong hệ thống này, có thể mượn một phát minh tiến hóa thành công của loài này bởi loài khác. Chuyển gen theo chiều dọc và chiều ngang là gì, cơ chế của quá trình này là gì và các ví dụ trong thế giới hữu cơ - tất cả chỉ là bài viết.
Gien hàng xóm
Mọi người đều biết rằng chúng ta nhận được gen của chúng ta từ cha mẹ của chúng ta. Và họ là từ cha mẹ của họ. Đây là chuyển dịch dọc. Và nếu đột nhiên xảy ra một đột biến có ích cho sự tồn tại hoặc thích nghi và có được chỗ đứng trong bộ gen của quần thể, thì loài đó sẽ giành được lợi thế trong cuộc đấu tranh để tồn tại.
Đồng thời, một người có gen của riêng mình,rệp có loài riêng, và cá mập có loài riêng. Chúng hầu như không thể có được giữa các loài. Nhưng đôi khi nó xảy ra - đây là chuyển gen theo chiều ngang.
Đây là những gì công nghệ gen hiện đại làm. Các sinh vật biến đổi gen là kết quả của quá trình chuyển gen như vậy (ví dụ, dải phân cách phát sáng trong bức ảnh trên). Nhưng trong tự nhiên, hiện tượng này đã có từ rất lâu.
Trọng tâm của vấn đề
Chuyển gen dọc là hiện tượng chuyển vật chất di truyền từ dạng bố mẹ sang dạng sinh vật con.
Chuyển gen ngang là một tình huống tự nhiên của việc chuyển gen từ sinh vật trưởng thành này sang sinh vật trưởng thành khác. Đồng thời, hai sinh vật tồn tại một cách khách quan, và đôi khi chúng thuộc về các loài sinh vật khác nhau.
Một ví dụ về chuyển gen ngang ở vi khuẩn là chuyển gen kháng thuốc từ chủng vi khuẩn này sang chủng vi khuẩn khác.
Điều kiện cần
Để hiểu hiện tượng này, về nguyên tắc cần phải biết các điều kiện để có thể chuyển giao như vậy, cụ thể là:
- Cần có chất trung gian để "vận chuyển" gen từ tế bào này sang tế bào khác, từ sinh vật này sang sinh vật khác.
- Phải có một cơ chế phân tử cho phép các gen ngoại lai được chèn vào bộ gen của vật chủ.
Những điều kiện này có thể được đáp ứng bởi các retrovirus và các transposon khác (các yếu tố DNA). Và chính xác là những phương pháp chuyển gen theo chiều ngang mà kỹ thuật di truyền đã áp dụng ngày nay.
Mặc dùNgày nay, cơ chế chuyển gen như vậy mới chỉ đang được nghiên cứu; ngoài vi rút, quá trình chuyển gen này cũng có thể xảy ra với sự trợ giúp của các phần tự do của axit deoxyribonucleic (transposoon), đi vào cơ thể thông qua một đường giới thiệu đơn giản hoặc với các sinh vật ký sinh. Loại thứ hai có thể thay đổi không chỉ bộ máy di truyền của vật chủ mà còn thay đổi vị trí sinh thái của nó trong hệ thống hẹp sinh học.
Nền
Đó là sự chuyển giao các gen kháng thuốc kháng sinh giữa các chủng vi khuẩn khác nhau, lần đầu tiên được mô tả ở Nhật Bản vào năm 1959.
Vào giữa những năm 1990, các nhà sinh học phân tử đã chứng minh rằng việc chuyển gen theo chiều ngang ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn có liên quan đến sự phát triển tiến hóa của sự sống trên hành tinh của chúng ta.
Năm 2010, một nghiên cứu của Giáo sư Cedric Feschott đã được xuất bản, trình bày phân tích bộ gen của khỉ opossum và khỉ saimiri. Họ đã bị cắn bởi một loại bọ. Trong bộ gen của động vật có vú, một transpozoon đã được tìm thấy có 98% đồng nhất với côn trùng. Đối với thông tin của bạn, những con bọ này không chỉ cắn khỉ và chuột túi.
Kể từ bây giờ, giả thuyết về sự chuyển gen theo chiều ngang giữa các vùng sinh vật khác nhau đã trở thành một mô hình sinh học mới.
Lỗi đầy màu sắc
Và nếu việc chuyển gen theo chiều ngang ở vi khuẩn trong 30 năm qua không làm các nhà sinh vật học nghi ngờ, thì khả năng của nó ở các sinh vật đa bào đã đặt ra nhiều câu hỏi. Sau đó, sự chú ý của các nhà sinh vật học đã bị thu hút bởi loài rệp phổ biến, trong đócó những cá thể với màu xanh lá cây và màu đỏ của cơ thể.
Một phân tích về các sắc tố tạo ra màu sắc cho các cá thể màu đỏ cho thấy sự hiện diện của carotenoid - sắc tố thực vật. Rệp lấy đâu ra gen duy nhất cho sinh vật thực vật? Ngày nay, giải trình tự bộ gen côn trùng là một vấn đề khá đơn giản đối với các nhà nghiên cứu. Đây là cách người ta phát hiện ra rằng gen của rệp chịu trách nhiệm tổng hợp sắc tố đỏ hoàn toàn giống với gen của một số loại nấm ký sinh trong cơ thể của rệp mà không gây ra bất kỳ tác hại nào.
Rất có thể, vào buổi bình minh của quá trình tiến hóa rệp (cách đây khoảng 80 triệu năm), bộ máy di truyền đã bị lỗi và gen của nấm đã được xây dựng trong bộ gen của côn trùng.
Tiến hóa và đa dạng sinh học
Tất cả các hệ thống phát sinh loài của thế giới hữu cơ đều dựa trên khái niệm phân kỳ của Darwin. Bản chất của nó như sau: ngay sau khi sự cách li sinh sản xảy ra giữa các quần thể của một loài, chúng ta có thể nói về quá trình xác định. Và đã có hai loài tiếp tục phát triển dựa trên chọn lọc tự nhiên và đột biến ngẫu nhiên.
Việc phát hiện ra sự chuyển gen theo chiều ngang giữa các loài và các đơn vị phân loại lớn hơn chỉ chứng minh rằng trong một khoảng thời gian không gian ngắn như vậy (4 tỷ năm), vật chất sống trên hành tinh của chúng ta có thể chuyển từ dạng đơn bào sang dạng đa bào có tổ chức cao.
Vì vậy, toàn bộ quần thể sinh vật của hành tinh trở thành một phòng thí nghiệm duy nhất để tạo ra các đặc điểm di truyền mới, và đó là sự di chuyển theo chiều ngang của các gencó thể và tiếp tục đẩy nhanh đáng kể quá trình tiến hóa.
Cùng mượn gien nào
Năm 2015, nhà di truyền học Alistair Crisp từ Cambridge (Anh) đã nghiên cứu bộ gen của 12 loài ruồi giấm Drosophila, 4 loài giun đũa và 10 loài linh trưởng (một trong số đó là người). Nhà khoa học đang tìm kiếm các phần DNA của "người ngoài hành tinh".
Kết quả nghiên cứu đã xác nhận sự hiện diện của 145 vùng trong bộ gen là kết quả của sự chuyển gen theo chiều ngang ở sinh vật nhân thực.
Một số gen này tham gia vào quá trình chuyển hóa protein và lipid, gen còn lại - trong các phản ứng miễn dịch. Quan trọng nhất, có thể xác định được những người có khả năng hiến tặng những gen này. Hóa ra chúng là sinh vật nguyên sinh (sinh vật nhân chuẩn đơn giản nhất), vi khuẩn (sinh vật nhân sơ) và nấm.
Còn chúng tôi thì sao
Người ta đã biết một cách đáng tin cậy rằng thông qua chuyển gen ngang ở người, các gen chịu trách nhiệm về nhóm máu AB0 đã xuất hiện.
Hầu hết các bằng chứng về sự chuyển gen như vậy ở động vật linh trưởng đều có nguồn gốc rất xa xưa, có từ một tổ tiên chung với các loài khác.
Theo các nghiên cứu gần đây, sự hình thành nhau thai ở người cũng là nguyên nhân tạo ra gen của virus, gen này đã được bắt giữ ở đâu đó vào buổi bình minh của quá trình hình thành nhau thai động vật.
Kết quả giải trình tự bộ gen người cho thấy nó chứa khoảng 8% mảnh bộ gen virut, được gọi là "gen ngủ".
Thời đại của Người đột biến
Ở đây chúng tôi đến vớichủ đề của những câu chuyện kinh dị mà các nhà hoạt động màu xanh lá cây sợ hãi. Điều gì sẽ xảy ra nếu những gen "ngủ" này được bật lên? Hay là một con ve đang cắn một người và kéo theo một thứ kinh dị nào đó vào bộ gen của anh ta? Hay chúng ta ăn đậu nành biến đổi gen và trở thành dị nhân? Nhưng suy cho cùng, 4 tỷ năm rồi, sự đa dạng sinh học trên hành tinh chỉ tăng lên, tôi và bạn vẫn giống cá voi, rệp như nấm. Tại sao vậy?
Thứ nhất, cơ chế chuyển dịch ngang tồn tại trong tự nhiên chừng nào sự sống còn tồn tại. Và ví dụ về rệp, hoàn toàn rõ ràng rằng việc chuyển gen như vậy là nhằm mục đích chính xác là tăng khả năng thích nghi của sinh vật với các điều kiện môi trường (màu đỏ ít xuất hiện trên một số bộ phận của cây). Và các kỹ sư di truyền theo nghĩa này đã không nghĩ ra bất cứ điều gì mới. Cà chua mang gen cá Bắc Cực đã tăng khả năng chịu lạnh, cho phép chúng được trồng ở các vùng phía Bắc.
Thứ hai, mặc dù có khả năng chuyển gen, chúng ta vẫn chưa quan sát thấy sự thống nhất (tính đồng nhất) của bộ gen của tất cả các sinh vật sống trên hành tinh. Tính ổn định của hệ thống sinh học, đó là tế bào và sinh vật, đủ cao để hạn chế việc chuyển gen kém hiệu quả. Nhưng đồng thời, chính sự chuyển giao này lại là công cụ của quá trình tiến hóa sinh học, dẫn đến đa dạng sinh học. Vì vậy, sẽ không lâu nữa gấu trông giống như diều và chó trông giống như tắc kè hoa.
