Truyền gen ngang

Truyền gen ngang là sự di chuyển vật liệu di truyền giữa các sinh vật không phải thông qua sự kế thừa từ cha mẹ sang con cái, một quá trình làm cho bộ gen của vi khuẩn trở nên năng động đáng kể.

Definition

Truyền gen ngang là sự tiếp nhận vật liệu di truyền của một sinh vật từ một nguồn khác ngoài cha mẹ của nó, bao gồm biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở sinh vật nhân sơ.

Scope

Chủ đề này bao gồm ba cơ chế chính của sự truyền gen ở sinh vật nhân sơ: biến nạp tự nhiên, trong đó các tế bào hấp thụ DNA tự do; tải nạp, trong đó thực khuẩn thể mang DNA giữa các tế bào; và tiếp hợp, trong đó DNA đi qua tiếp xúc trực tiếp giữa tế bào với tế bào. Nó cũng đề cập đến sự tái tổ hợp của DNA được truyền và các hệ quả tiến hóa và ứng dụng của dòng gen giữa các vi sinh vật.

Core questions

• Các cơ chế chính mà vi khuẩn trao đổi DNA là gì?
• DNA được truyền được tích hợp ổn định vào bộ gen của tế bào nhận như thế nào?
• Tại sao truyền gen ngang lại đẩy nhanh quá trình tiến hóa của vi sinh vật?
• Truyền gen đóng góp như thế nào vào sự lây lan của kháng thuốc và độc lực?

Key concepts

• Biến nạp tự nhiên và khả năng tiếp nhận
• Tải nạp bằng thực khuẩn thể
• Tiếp hợp và yếu tố F
• Tái tổ hợp tương đồng của DNA được truyền
• Dòng gen và sự tiến hóa của vi sinh vật

Key theories

Các cơ chế trao đổi di truyền

Vi khuẩn tiếp nhận gen bằng biến nạp, tải nạp và tiếp hợp, ba con đường riêng biệt cho phép DNA di chuyển giữa các tế bào và được tích hợp bằng tái tổ hợp, cung cấp sự đa dạng độc lập với sự kế thừa theo chiều dọc.

Mechanisms

Trong biến nạp, các tế bào có khả năng hấp thụ DNA tự do từ môi trường và tích hợp nó bằng cách tái tổ hợp. Trong tải nạp, một thực khuẩn thể đóng gói DNA của vật chủ và chuyển nó đến một tế bào mới trong quá trình nhiễm trùng. Trong tiếp hợp, một tế bào cho chuyển DNA, thường là plasmid, đến một tế bào nhận thông qua một phần phụ chuyên biệt và tiếp xúc trực tiếp. Trong mỗi trường hợp, DNA đến có thể được duy trì trên một plasmid hoặc tái tổ hợp vào nhiễm sắc thể.

Clinical relevance

Truyền gen ngang là một con đường chính để phổ biến gen kháng kháng sinh và gen độc lực giữa các vi khuẩn, bao gồm cả giữa các loài khác nhau, và cũng được khai thác như một công cụ để đưa DNA vào vi sinh vật trong nghiên cứu và công nghệ sinh học.

History

Các thí nghiệm biến nạp của Frederick Griffith năm 1928 và việc xác định DNA là nguyên tắc biến nạp sau này, cùng với khám phá tiếp hợp của Lederberg và Tatum vào năm 1946 và mô tả về tải nạp, đã xác định rằng vi khuẩn trao đổi gen bằng một số cơ chế riêng biệt.

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Edward Tatum

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Truyền gen ngang khác với sự kế thừa thông thường như thế nào?

Sự kế thừa thông thường, hay theo chiều dọc, truyền gen từ tế bào mẹ sang tế bào con trong quá trình sinh sản. Truyền gen ngang di chuyển gen giữa các sinh vật không phải là cha mẹ và con cái, vì vậy một vi khuẩn có thể tiếp nhận gen mới từ các tế bào không liên quan.