منذ اكتشاف ظاهرة مثل النقل الأفقي للجينات ، أي ليس من الآباء إلى الأبناء ، تم تمثيل العالم الحي بأكمله على كوكبنا كنظام معلومات واحد. وفي هذا النظام يصبح من الممكن استعارة اختراع تطوري ناجح من نوع لآخر. ما هو نقل الجينات العمودي والأفقي ، وما هي آليات هذه العملية وأمثلة في العالم العضوي - كل هذا هو المقال.
جينات الجار
يعلم الجميع أننا نحصل على جيناتنا من آبائنا. وهم من والديهم. هذا هو النقل العمودي. وإذا حدثت طفرة فجأة والتي تبين أنها مفيدة للبقاء أو التكيف ، واكتسبت موطئ قدم في جينوم السكان ، فستكتسب الأنواع مزايا في النضال من أجل الوجود.
في نفس الوقت الشخص له جيناته الخاصة ،حشرات المن ، ولأسماك القرش الخاصة بهم. يكاد يكون من المستحيل بالنسبة لهم التنقل بين الأنواع. لكن في بعض الأحيان يحدث هذا - هذا هو نقل الجينات الأفقي.
هذا ما تفعله الهندسة الوراثية الحديثة. الكائنات المعدلة وراثيًا هي نتيجة نقل الجينات (على سبيل المثال ، بطيئات المشية المضيئة في الصورة أعلاه). لكن في الطبيعة هذه الظاهرة موجودة منذ زمن طويل
قلب الموضوع
النقل الجيني العمودي هو ظاهرة انتقال المادة الوراثية من الأشكال الأبوية إلى الكائنات الحية.
نقل الجينات الأفقي هو حالة طبيعية لنقل الجينات من كائن بالغ إلى آخر. في الوقت نفسه ، يوجد كائنان بشكل موضوعي ، وفي بعض الأحيان ينتميان إلى أنواع بيولوجية مختلفة.
مثال على النقل الأفقي للجينات في البكتيريا هو نقل جينات المقاومة من سلالة بكتيرية إلى أخرى.
الشروط اللازمة
لفهم هذه الظاهرة ، من الضروري معرفة الظروف التي يمكن بموجبها مثل هذا النقل من حيث المبدأ ، وهي:
- من الضروري وجود وسيط "لنقل" الجينات من خلية إلى أخرى ، من كائن حي إلى آخر.
- يجب أن تكون هناك آلية جزيئية تسمح بإدخال الجينات الأجنبية في مجموعة جينات المضيف.
قد تتحقق هذه الشروط عن طريق الفيروسات القهقرية وغيرها من الينقولات (عناصر الحمض النووي). وهذه هي بالضبط طرق نقل الجينات الأفقي التي اعتمدتها الهندسة الوراثية اليوم.
على الرغم مناليوم ، تتم دراسة آليات نقل الجينات هذا فقط ؛ بالإضافة إلى الفيروسات ، يمكن أن يحدث هذا النقل أيضًا بمساعدة أقسام خالية من أحماض ديوكسي ريبونوكلييك (ترانسبوزونس) ، والتي تدخل الجسم من خلال مقدمة بسيطة أو مع الكائنات الطفيلية. يمكن أن يغير الأخير ليس فقط الجهاز الجيني للمضيف ، ولكن أيضًا مكانه البيئي في نظام التكاثر الحيوي.
الخلفية
كان نقل الجينات المقاومة للمضادات الحيوية بين السلالات البكتيرية المختلفة الذي تم وصفه لأول مرة في اليابان في عام 1959.
بالفعل بحلول منتصف التسعينيات ، أثبت علماء الأحياء الجزيئية أن نقل الجينات الأفقي في بدائيات النوى وحقيقيات النوى كان متورطًا في التطور التطوري للحياة على كوكبنا.
في عام 2010 ، تم نشر دراسة للبروفيسور سيدريك فيشوت ، والتي قدمت تحليلاً لجينوم أبوسوم وقرود السيميري. تم عضهم من قبل نوع واحد من الحشرات. في جينومات الثدييات ، تم العثور على منطقة transpozoon لها هوية 98 ٪ مع الحشرات. لمعلوماتك ، هذه الحشرات لا تعض فقط القرود والأبوسوم.
من الآن فصاعدًا ، أصبحت فرضية نقل الجينات الأفقي بين مجالات مختلفة من الكائنات الحية نموذجًا جديدًا لعلم الأحياء.
البق الملونة
وإذا لم يثير نقل الجينات الأفقي في البكتيريا على مدى الثلاثين عامًا الماضية شكوكًا بين علماء الأحياء ، فإن إمكانية حدوثه في الكائنات متعددة الخلايا قد أثارت العديد من الأسئلة. عندها انجذب انتباه علماء الأحياء إلى المن الشائع ، الذي فيههناك افراد ذو لون اخضر واحمر للجسم
أظهر تحليل الأصباغ التي تعطي اللون للأفراد الأحمر وجود الكاروتينات - أصباغ نباتية. من أين حصل حشرات المن على الجينات التي تنفرد بها الكائنات الحية النباتية؟ اليوم ، يعد تسلسل جينوم الحشرات أمرًا بسيطًا إلى حد ما بالنسبة للباحثين. هكذا تم اكتشاف أن جينات حشرات المن المسؤولة عن تخليق الصباغ الأحمر متطابقة تمامًا مع جينات بعض الفطريات التي تتطفل في جسم حشرات المن دون التسبب في أي ضرر مرئي.
على الأرجح ، في فجر تطور حشرة المن (قبل حوالي 80 مليون سنة) كان هناك فشل في الآلة الوراثية وتم دمج الجينات الفطرية في جينوم الحشرات.
التطور والتنوع البيولوجي
جميع نظم علم الوراثة في العالم العضوي مبنية على مفهوم داروين للاختلاف. جوهرها كما يلي: بمجرد حدوث العزلة الإنجابية بين مجموعات الأنواع ، يمكننا التحدث عن عملية الانتواع. وبالفعل يستمر نوعان في التطور بناءً على الانتقاء الطبيعي والطفرات العشوائية.
اكتشاف نقل الجينات الأفقي بين الأنواع والأصناف الأكبر أثبت فقط أنه في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة (4 مليارات سنة) ، يمكن أن تنتقل المادة الحية على كوكبنا من أشكال أحادية الخلية إلى أشكال متعددة الخلايا عالية التنظيم.
وهكذا تصبح الكائنات الحية للكوكب معمل واحد لخلق سمات وراثية جديدة ، وهي الحركة الأفقية للجيناتيمكن ولا تزال تسريع العملية التطورية بشكل كبير.
لنستعير بعض الجينات
في عام 2015 ، درس عالم الوراثة أليستير كريسب من كامبريدج (المملكة المتحدة) جينومات 12 نوعًا من ذباب الفاكهة ذبابة الفاكهة و 4 أنواع من الديدان المستديرة و 10 أنواع من الرئيسيات (أحدها بشري). كان العالم يبحث عن أقسام "غريبة" من الحمض النووي.
أكدت نتائج البحث وجود 145 منطقة في الجينوم نتيجة النقل الأفقي للجينات في حقيقيات النوى.
تشارك بعض هذه الجينات في عملية التمثيل الغذائي للبروتينات والدهون ، والأخرى - في الاستجابات المناعية. الأهم من ذلك ، كان من الممكن تحديد المتبرعين المحتملين لهذه الجينات. لقد تبين أنهم طلائعيات (أبسط حقيقيات النوى) ، وبكتيريا (بدائيات النوى) وفطريات.
ماذا عنا
من المعروف بالفعل أنه من خلال النقل الأفقي للجينات لدى البشر ، ظهرت الجينات المسؤولة عن فصائل الدم AB0.
معظم الأدلة على مثل هذا النقل الجيني في الرئيسيات من أصل قديم جدًا ، ويعود تاريخه إلى سلف مشترك مع الحبليات الأخرى.
وفقًا للدراسات الحديثة ، فإن تكوين المشيمة عند الإنسان مسؤول أيضًا عن جين الفيروس ، الذي تم التقاطه في مكان ما في فجر تكوين الحيوانات المشيمية.
أظهرت نتائج تسلسل الجينوم البشري أنه يحتوي على حوالي 8٪ من قطع الجينوم الفيروسي ، والتي تسمى "الجينات النائمة".
عصر المسوخ
هنا نأتي إلىموضوع قصص الرعب التي يخيف بها النشطاء الخضر. ماذا لو تم تفعيل هذه الجينات "النائمة"؟ أم أن القرادة تقضم شخصًا وتجذب نوعًا من الرعب إلى جينومه؟ أم أننا نأكل فول الصويا المعدل وراثيا ونتحول إلى طفرات؟ لكن بعد كل شيء ، لمدة 4 مليارات سنة ، زاد التنوع البيولوجي على الكوكب فقط ، وما زلت أنا وأنت مثل الحيتان قليلاً ، مثل حشرات المن مثل الفطر. لماذا هذا؟
أولاً ، آلية النقل الأفقي موجودة في الطبيعة طالما أن الحياة نفسها موجودة. وفي مثال حشرات المن ، من الواضح تمامًا أن نقل الجينات هذا كان يهدف على وجه التحديد إلى زيادة قدرة الكائنات الحية على التكيف مع الظروف البيئية (تكون العناصر الحمراء أقل وضوحًا في أجزاء معينة من النباتات). والمهندسون الجينيون بهذا المعنى لم يأتوا بأي جديد. زادت الطماطم التي تحتوي على جينات أسماك القطب الشمالي من تحمل البرد ، مما يسمح لها بالنمو في المناطق الشمالية.
ثانيًا ، على الرغم من إمكانية النقل الجيني ، لم نلاحظ بعد توحيد (توحيد) جينوم جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب. إن استقرار النظام البيولوجي ، وهو الخلية والكائن الحي ، مرتفع بما يكفي للحد من نقل الجينات غير الفعال. ولكن في الوقت نفسه ، فإن هذا النقل هو أداة التطور البيولوجي ، الذي يؤدي إلى التنوع البيولوجي. لذلك لن يمر وقت طويل قبل أن تبدو الدببة مثل الطائرات الورقية والكلاب تشبه الحرباء.
