Այնպիսի երևույթի հայտնաբերումից ի վեր, ինչպիսին է հորիզոնական գեների փոխանցումը, այն է՝ ոչ ծնողներից սերունդ, մեր մոլորակի ողջ կենդանի աշխարհը ներկայացվել է որպես մեկ տեղեկատվական համակարգ: Եվ այս համակարգում հնարավոր է դառնում մի տեսակի հաջողակ էվոլյուցիոն գյուտը փոխառել մյուսի կողմից։ Ի՞նչ է ուղղահայաց և հորիզոնական գեների փոխանցումը, որո՞նք են այդ գործընթացի մեխանիզմները և օրինակները օրգանական աշխարհում. այս ամենը հոդվածն է։
Հարեւան գեներ
Բոլորը գիտեն, որ մենք մեր գեները ստանում ենք մեր ծնողներից: Եվ նրանք իրենց ծնողներից են։ Սա ուղղահայաց փոխանցումն է: Եվ եթե հանկարծ տեղի ունենա մուտացիա, որը օգտակար է գոյատևելու կամ հարմարվելու համար, և տեղավորվի պոպուլյացիայի գենոմում, ապա տեսակը առավելություններ կստանա գոյության համար պայքարում:
Միևնույն ժամանակ մարդն ունի իր գեները,աֆիդներն ունեն իրենց սեփականը, իսկ շնաձկները՝ իրենցը: Նրանց համար գրեթե անհնար է տեսակների միջև ընկնելը: Բայց երբեմն դա տեղի է ունենում, սա հորիզոնական գեների փոխանցում է:
Ահա թե ինչ է անում ժամանակակից գենետիկական ճարտարագիտությունը: Գենետիկորեն մոդիֆիկացված օրգանիզմները նման գեների փոխանցման արդյունք են (օրինակ՝ վերևի լուսանկարում լուսաշող ուշացումը): Բայց բնության մեջ այս երեւույթը գոյություն ունի վաղուց։
Գործի սիրտը
Գենի ուղղահայաց փոխանցումը ժառանգական նյութի փոխանցման երևույթն է ծնողական ձևերից դուստր օրգանիզմներին:
Հորիզոնական գեների փոխանցումը մի մեծահասակ օրգանիզմից մյուսը գեների փոխանցման բնական իրավիճակ է: Միևնույն ժամանակ, երկու օրգանիզմներ օբյեկտիվորեն գոյություն ունեն, և երբեմն դրանք պատկանում են տարբեր կենսաբանական տեսակների:
Բակտերիաներում գեների հորիզոնական փոխանցման օրինակ է դիմադրողական գեների փոխանցումը բակտերիաների մի շտամից մյուսը:
Անհրաժեշտ պայմաններ
Այս երևույթը հասկանալու համար անհրաժեշտ է իմանալ, թե ինչ պայմաններով է հնարավոր նման փոխանցումը սկզբունքորեն, այն է՝
- Անհրաժեշտ է ունենալ գեների «փոխադրման» միջնորդ՝ մի բջջից մյուսը, մի օրգանիզմից մյուսը։
- Պետք է գոյություն ունենա մոլեկուլային մեխանիզմ, որը թույլ կտա օտար գեներին ներմուծել հյուրընկալողի գեների հավաքածու:
Այս պայմանները կարող են բավարարվել ռետրովիրուսների և այլ տրանսպոզոնների կողմից (ԴՆԹ-ի տարրեր): Եվ գեների հորիզոնական փոխանցման հենց այդպիսի մեթոդներն են այսօր որդեգրել գենետիկական ճարտարագիտությունը։
ՉնայածԱյսօր միայն ուսումնասիրվում են նման գեների փոխանցման մեխանիզմները, բացի վիրուսներից, նման փոխանցում կարող է տեղի ունենալ նաև դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուների (տրանսպոզոնների) ազատ հատվածների օգնությամբ, որոնք օրգանիզմ են մտնում պարզ ներածման միջոցով կամ մակաբուծական օրգանիզմների հետ։ Վերջինս կարող է փոխել ոչ միայն հյուրընկալողի գենետիկական ապարատը, այլև նրա էկոլոգիական տեղը բիոցենոզային համակարգում։
Նախապատմություն
Հակաբակտերիալ դիմադրության գեների փոխանցումն էր տարբեր բակտերիաների շտամների միջև, որն առաջին անգամ նկարագրվեց Ճապոնիայում 1959 թվականին:
Արդեն 1990-ականների կեսերին մոլեկուլային կենսաբաններն ապացուցեցին, որ պրոկարիոտներում և էուկարիոտներում գեների հորիզոնական փոխանցումը ներգրավված է մեր մոլորակի վրա կյանքի էվոլյուցիոն զարգացման մեջ:
2010 թվականին հրապարակվեց պրոֆեսոր Սեդրիկ Ֆեշոտի հետազոտությունը, որը ներկայացնում էր օպոսում և սայիրի կապիկների գենոմի վերլուծությունը: Նրանց կծել է մի տեսակ բիծ։ Կաթնասունների գենոմներում հայտնաբերվել է տրանսպոզոն, որն ունի 98% նույնականություն միջատների հետ: Ի գիտություն, այս վրիպակները կծում են ոչ միայն կապիկներին և օպոսումներին:
Այսուհետ օրգանիզմների տարբեր տիրույթների միջև հորիզոնական գեների փոխանցման վարկածը դարձել է կենսաբանության նոր պարադիգմ:
Գունավոր վրիպակներ
Եվ եթե վերջին 30 տարիների ընթացքում բակտերիաներում գենի հորիզոնական փոխանցումը կասկածներ չի հարուցել կենսաբանների մոտ, ապա դրա հնարավորությունը բազմաբջիջ օրգանիզմներում բազմաթիվ հարցեր է առաջացրել: Հենց այդ ժամանակ կենսաբանների ուշադրությունը գրավեց սովորական աֆիդը, որի մեջԿան մարմնի կանաչ և կարմիր գույն ունեցող անհատներ։
Պիգմենտների վերլուծությունը, որոնք գույն են հաղորդում կարմիր անհատներին, հայտնաբերել են կարոտինոիդների՝ բուսական գունանյութերի առկայություն: Որտեղի՞ց են աֆիդները ստացել գեներ, որոնք բնորոշ են միայն բուսական օրգանիզմներին: Այսօր միջատների գենոմի հաջորդականությունը հետազոտողների համար բավականին պարզ խնդիր է: Ահա թե ինչպես է պարզվել, որ կարմիր գունանյութի սինթեզի համար պատասխանատու աֆիդների գեները լիովին նույնական են որոշ սնկերի գեներին, որոնք մակաբուծում են աֆիդների մարմնում՝ առանց տեսանելի վնաս պատճառելու։:
Ամենայն հավանականությամբ, աֆիդների էվոլյուցիայի արշալույսին (մոտ 80 միլիոն տարի առաջ) գենետիկ մեքենայում խափանում է եղել, և սնկային գեները ներկառուցվել են միջատների գենոմում:
Էվոլյուցիա և կենսաբազմազանություն
Օրգանական աշխարհի բոլոր ֆիլոգենետիկ սիստեմատիկան հիմնված է Դարվինի դիվերգենցիայի հայեցակարգի վրա: Դրա էությունը հետևյալն է. հենց որ տեսակի պոպուլյացիաների միջև տեղի է ունենում վերարտադրողական մեկուսացում, կարելի է խոսել տեսակավորման գործընթացի մասին։ Եվ արդեն երկու տեսակ շարունակում են զարգանալ բնական ընտրության և պատահական մուտացիաների հիման վրա։
Տեսակների և ավելի մեծ տաքսոնների միջև հորիզոնական գեների փոխանցման հայտնաբերումը միայն ապացուցեց, որ այդքան կարճ տարածություն-ժամանակային ժամանակահատվածում (4 միլիարդ տարի) մեր մոլորակի վրա կենդանի նյութը կարող է միաբջիջ ձևերից անցնել բարձր կազմակերպված բազմաբջիջների:
Այսպիսով, մոլորակի ողջ բիոտան դառնում է ժառանգական նոր հատկանիշների ստեղծման մեկ լաբորատորիա, և դա գեների հորիզոնական շարժումն է։կարող է և շարունակում է զգալիորեն արագացնել էվոլյուցիոն գործընթացը։
Եկեք փոխառենք որոշ գեներ
2015 թվականին Քեմբրիջից (Մեծ Բրիտանիա) գենետիկ Ալիսթեր Քրիսպն ուսումնասիրել է Drosophila մրգային ճանճերի 12 տեսակների, կլոր որդերի 4 և պրիմատների 10 տեսակների գենոմը (որոնցից մեկը մարդ է): Գիտնականը ԴՆԹ-ի «այլմոլորակային» հատվածներ էր փնտրում։
Հետազոտության արդյունքները հաստատել են գենոմներում 145 շրջանների առկայությունը, որոնք էուկարիոտներում գեների հորիզոնական փոխանցման արդյունք են։
Այս գեներից մի քանիսը ներգրավված են սպիտակուցների և լիպիդների նյութափոխանակության մեջ, մյուսները՝ իմունային պատասխաններում: Ամենակարևորը՝ հնարավոր եղավ բացահայտել այդ գեների հավանական դոնորներին։ Պարզվեց, որ նրանք պրոտիստներ են (ամենապարզ էուկարիոտները), բակտերիաները (պրոկարիոտներ) և սնկերը:
Իսկ մեր մասին
Արդեն հավաստիորեն հայտնի է, որ մարդկանց մոտ գեների հորիզոնական փոխանցման միջոցով ի հայտ են եկել արյան AB0 խմբի համար պատասխանատու գեները։
Պրիմատներում նման գեների փոխանցման ապացույցների մեծ մասը շատ հնագույն ծագում ունի, որը սկիզբ է առնում այլ ակորդատների հետ ընդհանուր նախնուց:
Ըստ վերջին ուսումնասիրությունների՝ մարդկանց մոտ պլասենցայի ձևավորումը նույնպես պատասխանատու է վիրուսի գենի համար, որը որսացել է ինչ-որ տեղ պլասենցային կենդանիների ձևավորման արշալույսին։
Մարդու գենոմի հաջորդականության արդյունքները ցույց են տվել, որ այն պարունակում է վիրուսային գենոմի կտորների մոտ 8%-ը, որոնք կոչվում են «քնած գեներ»:
Մուտանտների դարաշրջան
Ահա մենք հասանքսարսափ պատմությունների թեման, որոնցով վախեցնում են կանաչ ակտիվիստները. Իսկ եթե այս «քնած» գեները միանան։ Թե՞ տիզը կծում է մարդուն և ինչ-որ սարսափ է մտցնում նրա գենոմի մեջ: Թե՞ մենք ուտում ենք գենետիկորեն ձևափոխված սոյա և դառնում մուտանտ։ Բայց չէ՞ որ 4 միլիարդ տարվա ընթացքում մոլորակի կենսաբազմազանությունը միայն աճել է, և ես և դու դեռ մի փոքր նման ենք կետերին, ինչպես աֆիդները՝ սնկերի: Ինչու՞ է դա:
Նախ, հորիզոնական փոխանցման մեխանիզմը գոյություն ունի բնության մեջ, քանի դեռ գոյություն ունի ինքնին կյանքը: Իսկ աֆիդների օրինակով միանգամայն պարզ է, որ նման գեների փոխանցումը ուղղված էր հենց շրջակա միջավայրի պայմաններին օրգանիզմների հարմարվողականության բարձրացմանը (կարմիրները ավելի քիչ տեսանելի են բույսերի որոշ մասերի վրա): Իսկ գենետիկ ինժեներներն այս առումով ոչ մի նոր բան չեն մտածել։ Արկտիկայի ձկան գեներով լոլիկը բարձրացրել է ցրտադիմացկունությունը, ինչը թույլ է տալիս դրանք աճեցնել հյուսիսային շրջաններում:
Երկրորդ, չնայած գենետիկական փոխանցման հնարավորությանը, մենք դեռ չենք նկատել մոլորակի բոլոր կենդանի օրգանիզմների գենոմի միավորումը (միատեսակությունը): Կենսաբանական համակարգի կայունությունը, որը հանդիսանում է բջիջը և օրգանիզմը, բավականաչափ բարձր է գեների անարդյունավետ փոխանցումը սահմանափակելու համար: Բայց միևնույն ժամանակ հենց այս փոխանցումն է կենսաբանական էվոլյուցիայի գործիքը, որը հանգեցնում է կենսաբազմազանության։ Այսպիսով, շատ ժամանակ չի անցնի, երբ արջերը օդապարիկների տեսք կունենան, իսկ շները՝ քամելեոններ:
