水平基因转移

水平基因转移是指遗传物质在生物体之间通过非亲代遗传方式进行的移动，这一过程使得细菌基因组具有显著的动态性。

Definition

水平基因转移是指生物体从非亲代来源获取遗传物质的过程，包括原核生物中的转化、转导和接合。

Scope

本主题涵盖了原核生物基因转移的三种主要机制：自然转化（细胞摄取游离DNA）、转导（噬菌体在细胞间携带DNA）和接合（DNA通过直接的细胞间接触传递）。它还涉及转移DNA的重组以及微生物间基因流的进化和应用后果。

Core questions

• 细菌交换DNA的主要机制是什么？
• 转移的DNA如何稳定地整合到受体基因组中？
• 为什么水平基因转移会加速微生物进化？
• 基因转移如何促进耐药性和毒力的传播？

Key concepts

• 自然转化和感受态
• 噬菌体转导
• 接合和F因子
• 转移DNA的同源重组
• 基因流和微生物进化

Key theories

遗传交换机制

细菌通过转化、转导和接合获取基因，这三种不同的途径允许DNA在细胞间移动并通过重组整合，从而提供独立于垂直遗传的变异。

Mechanisms

在转化过程中，感受态细胞从环境中摄取游离DNA并通过重组将其整合。在转导过程中，噬菌体包装宿主DNA并在感染期间将其传递给新的细胞。在接合过程中，供体细胞通过特殊的附属物和直接接触将DNA（通常是质粒）转移给受体。在每种情况下，进入的DNA可以保留在质粒上或重组到染色体中。

Clinical relevance

水平基因转移是抗生素耐药性和毒力基因在细菌（包括不同物种之间）传播的主要途径，也被用作在研究和生物技术中将DNA引入微生物的工具。

History

Frederick Griffith于1928年进行的转化实验以及后来DNA被鉴定为转化因子，加上Lederberg和Tatum于1946年发现接合作用以及对转导的描述，确立了细菌通过几种不同的机制交换基因。

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Edward Tatum

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

水平基因转移与正常遗传有何不同？

正常或垂直遗传是指基因在繁殖过程中从亲代细胞传递给其后代。水平基因转移是指基因在非亲代和后代的生物体之间移动，因此细菌可以从不相关的细胞中获取新基因。