PEMINDAHAN GEN MENDATAR: MEKANISME DAN CONTOH - BIOLOGI - 2024

The pemindahan gen mendatar atau pemindahan gen sisi adalah pertukaran bahan genetik antara organisma, yang tidak berlaku dalam keluarga. Peristiwa ini berlaku antara individu dari generasi yang sama dan boleh berlaku pada makhluk uniselular atau multiselular.

Pemindahan mendatar berlaku melalui tiga mekanisme utama: konjugasi, transformasi, dan transduksi. Pada jenis pertama, pertukaran serpihan DNA panjang adalah mungkin, sementara pada dua terakhir, pemindahan terhad kepada segmen kecil bahan genetik.

Bakteria. THG adalah perkara biasa dalam organisma ini. Sumber pixabay.com

Konsep sebaliknya adalah pemindahan gen menegak, di mana maklumat genetik berpindah dari organisma ke keturunannya. Proses ini tersebar luas di eukariota, seperti tumbuhan dan haiwan. Sebaliknya, pemindahan mendatar adalah perkara biasa pada mikroorganisma.

Dalam eukariota, pemindahan mendatar tidak biasa. Namun, ada bukti pertukaran fenomena ini, termasuk nenek moyang manusia, yang memperoleh gen tertentu melalui virus.

Apakah pemindahan gen mendatar?

Semasa pembiakan, organisma eukariotik meneruskan gen mereka dari satu generasi ke keturunannya (anak) dalam proses yang dikenali sebagai pemindahan gen menegak. Prokariota juga melakukan langkah ini, tetapi melalui pembiakan aseksual melalui pembelahan atau mekanisme lain.

Walau bagaimanapun, dalam prokariota ada cara lain untuk menukar bahan genetik yang disebut pemindahan gen mendatar. Di sini, serpihan DNA ditukar antara organisma dari generasi yang sama dan dapat berpindah dari satu spesies ke spesies yang lain.

Pemindahan mendatar agak biasa di kalangan bakteria. Ambil contoh gen yang menyebabkan ketahanan terhadap antibiotik. Serpihan DNA penting ini dipindahkan secara normal antara bakteria dari pelbagai spesies.

Mekanisme ini melibatkan komplikasi perubatan yang ketara ketika merawat jangkitan.

Mekanisme

Terdapat tiga mekanisme asas di mana DNA dapat ditukar dengan pemindahan mendatar. Ini adalah konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Konjugasi

Pemindahan gen melalui konjugasi adalah satu-satunya jenis yang melibatkan hubungan langsung antara dua bakteria.

Namun, ia tidak boleh dibandingkan dengan pertukaran gen melalui pembiakan seksual (di mana biasanya terdapat hubungan antara organisma yang terlibat), kerana prosesnya sangat berbeza. Antara perbezaan utama ialah ketiadaan meiosis.

Semasa konjugasi, peralihan bahan genetik dari satu bakteria ke bakteria yang lain berlaku melalui hubungan fizikal yang dibuat oleh struktur yang disebut pili. Ini berfungsi sebagai jambatan penghubung, di mana pertukaran berlaku.

Walaupun bakteria tidak membezakan jantina, organisma yang membawa DNA pekeliling kecil yang dikenali sebagai faktor F (kesuburan f) dikenali sebagai "lelaki". Sel-sel ini adalah penderma semasa konjugasi, menyampaikan bahan ke sel lain yang kekurangan faktor.

Faktor F DNA terdiri daripada kira-kira 40 gen, yang mengawal replikasi faktor seksual dan sintesis pili seksual.

Bukti pertama proses konjugasi berasal dari eksperimen Lederberg dan Tatum, tetapi Bernard Davis akhirnya menunjukkan bahawa hubungan diperlukan untuk perpindahan.

Transformasi

Transformasi ini melibatkan pengambilan molekul DNA telanjang yang terdapat di persekitaran berhampiran dengan bakteria tuan rumah. Kepingan DNA ini berasal dari bakteria lain.

Proses ini dapat dilakukan secara semula jadi, kerana populasi bakteria biasanya mengalami transformasi. Begitu juga, transformasi dapat disimulasikan di makmal untuk memaksa bakteria mengambil DNA minat yang terdapat di luar.

Secara teorinya, sebarang DNA boleh diambil. Walau bagaimanapun, proses ini telah diperhatikan untuk melibatkan molekul kecil.

Transduksi

Akhirnya, mekanisme transduksi berlaku melalui fag (virus) yang membawa DNA dari bakteria penderma kepada penerima. Seperti dalam kes sebelumnya, jumlah DNA yang dipindahkan agak kecil, kerana kemampuan virus untuk membawa DNA terbatas.

Biasanya, mekanisme ini terhad kepada bakteria yang dekat secara filogenetik, kerana virus yang membawa DNA mesti mengikat reseptor tertentu pada bakteria untuk menyuntikkan bahan tersebut.

Contoh

Endonuklease adalah enzim yang mempunyai keupayaan untuk memutuskan ikatan fosfodiester dalam rantai polinukleotida, dari dalam - itulah sebabnya ia dikenali sebagai "endo". Enzim ini tidak dipotong di mana sahaja, mereka mempunyai laman web khusus untuk melakukannya, yang disebut laman larangan.

Urutan asid amino untuk enzim EcoRI (dalam E. coli) dan RSRI (dalam Rhodobacter sphaeroides) mempunyai urutan hampir 300 residu asid amino, yang 50% sama antara satu sama lain, jelas menunjukkan hubungan erat evolusi.

Walau bagaimanapun, berkat kajian ciri molekul dan biokimia yang lain, kedua-dua bakteria ini sangat berbeza dan sangat sedikit kaitannya dari sudut pandang filogenetik.

Selanjutnya, gen yang memberi kod untuk enzim EcoRI menggunakan kodon yang sangat spesifik yang berbeza dengan yang biasanya digunakan oleh E. coli, jadi disyaki gen tersebut tidak berasal dari bakteria ini.

Pemindahan gen mendatar dalam evolusi

Pada tahun 1859, naturalis Inggeris Charles Darwin merevolusikan sains biologi dengan teori evolusi melalui pemilihan semula jadi. Dalam buku ikoniknya, The Origin of Species, Darwin mengemukakan metafora pokok kehidupan untuk menggambarkan hubungan silsilah antara spesies.

Hari ini, filogeni adalah representasi formal metafora ini, di mana diandaikan bahawa penghantaran maklumat genetik berlaku secara menegak - dari ibu bapa ke anak-anak.

Kita dapat menerapkan visi ini tanpa kesulitan besar pada organisma multisel dan kita akan memperoleh corak bercabang, seperti yang dicadangkan oleh Darwin.

Walau bagaimanapun, gambaran cawangan tanpa peleburan ini sukar diterapkan pada mikroorganisma. Semasa membandingkan genom prokariota yang berbeza, jelas bahawa terdapat pemindahan gen yang luas antara keturunan.

Oleh itu, corak hubungan lebih mirip rangkaian, dengan cabang-cabang yang terhubung dan menyatu bersama, berkat berlakunya pemindahan gen mendatar.

Rujukan

1. Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Pemindahan gen mendatar, inovasi dan evolusi genom. Mikrobiologi Ulasan Alam, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Pemindahan gen mendatar dalam evolusi eukariotik. Genetik Ulasan Alam, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetik: Pendekatan konsep. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Sains Dinamik. Pendidikan Nelson.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Prinsip mikrobiologi. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Pemindahan gen mendatar. Akhbar Akademik.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Pengenalan mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.