Avainero – pystysuora vs. vaakasuuntainen geeninsiirto
Geeninsiirto viittaa prosessiin, joka siirtää tai vaihtaa geneettistä materiaalia organismien välillä. Toiminnallisia geenejä sisältävä DNA vaihtuu organismien kesken, mikä aiheuttaa muutoksen niiden genomisessa koostumuksessa. Se voi esiintyä kahdessa tyypissä, nimeltään vertikaalinen geeninsiirto ja horisontaalinen geeninsiirto. Horisontaalisella geeninsiirrolla tarkoitetaan prosessia, jossa geneettistä materiaalia siirretään toistensa välillä. Pystysuuntaisella geeninsiirrolla tarkoitetaan prosessia, jossa geenit siirtyvät vanhemm alta jälkeläisilleen. Tämä on avainero vertikaalisen ja horisontaalisen geeninsiirron välillä. Pystysuuntainen geeninsiirto on yleistä organismien keskuudessa, kun taas horisontaalinen geeninsiirto on harvinaisempaa.
Mikä on vertikaalinen geeninsiirto?
Pystysuuntainen geeninsiirto on menetelmä, jolla geenit siirtyvät vanhemm alta jälkeläisilleen. Se voi tapahtua joko seksuaalisen lisääntymisen tai aseksuaalisen lisääntymisen tai keinotekoisten mekanismien kautta. Tämä prosessi on yleinen mekanismi, joka tapahtuu sukulaisten organismien välillä. Genomit siirtyvät sukupolvelta toiselle tapahtuu pystysuoran geeninsiirron kautta elävissä organismeissa luonnollisesti. Kasvinjalostusohjelmissa vertikaalista geeninsiirtoa tehdään tarkoituksella tärkeiden geenien siirtämiseksi F1-sukupolveen. Kaksi kasvia risteytetään seksuaalisesti geenien sekoittamiseksi ja siirtymiseksi seuraavalle sukupolvelle. Näin jälkeläisiin voidaan tallentaa arvokkaita ominaisuuksia, jotka mahdollistavat kierron tuleville sukupolville.
Bakteereissa yleisin aseksuaalinen lisääntymismenetelmä on binäärifissio. Binäärifissio johtaa kahteen identtiseen bakteerisoluun. Se on esimerkki bakteerien vertikaalisesta geeninsiirtomenetelmästä. Ihmisillä AIDS-niminen sairaus tarttuu vanhemm alta äidiltä vauvalle vertikaalisen geeninsiirron vuoksi.
Kuva 01: Bakteerien pystysuora geeninsiirto binäärifission aikana
Mikä on horisontaalinen geeninsiirto?
Horisontaalinen geeninsiirto on mekanismi, jossa geneettistä materiaalia siirretään toisiinsa liittymättömien organismien välillä. Se tunnetaan myös nimellä lateraalinen geeninsiirto. Sitä esiintyy eri genomien välillä, kuten eri lajien välillä. Organismit saavat erilaisia ominaisuuksia geeninsiirron kautta. Horisontaalinen geeninsiirto eroaa vanhemm alta jälkeläiselle siirtyvästä geenistä.
Vaakasuuntainen geeninsiirto on tehty helpoksi organismien hallussa olevien useiden DNA-tyyppien ansiosta. Ne ovat pääasiassa liikkuvia geneettisiä elementtejä, kuten transposoneja (hyppygeenit), plasmideja (ei-kromosomaalinen pyöreä DNA) ja bakteriofaageja (viruksia infektoivat bakteerit). Se tapahtuu useiden mekanismien kautta seuraavasti.
Vaakasuuntaiset geeninsiirtomekanismit
Muutos
Prokaryootit pystyvät ottamaan vastaan vapaata DNA:ta erityisesti plasmidien muodossa.
Bakteerikonjugaatio
Seksuaalinen lisääntymismuoto, joka tapahtuu kahden väliaikaisesti yhdistetyn solun välillä. Konjugaation aikana F-plasmidit siirtyvät luovuttaj alta vastaanottajalle, mikä johtaa geneettisen materiaalin siirtoon kahden organismin välillä, kuten kuvassa 02 esitetään. Tämä on päämekanismi, joka liittyy horisontaaliseen geeninsiirtoon.
Siirto
Bakteriofagi pystyy injektoimaan DNA:nsa bakteeriin tartunnan saaneena, mikä johtaa geenin siirtymiseen kahden bakteerin välillä toisen infektion aikana. Tämä tapahtuu kahden prosessin kautta, nimeltään yleinen ja erikoistunut transduktio.
Horisontaalisen geeninsiirron käyttötavat
Geenitekniikassa käytetään horisontaalista geeninsiirtoa. Vieras DNA voidaan yhdistää tai liittää vastaanottavan organismin genomiin horisontaalisessa geeninsiirrossa. Sen avulla vastaanottajat voivat hankkia uusia kasvun ja selviytymisen kann alta tärkeitä ominaisuuksia. Horisontaalinen geeninsiirto on erittäin tärkeä sekä prokaryoottien että eukaryoottien mukautumisessa ja evoluutiossa. Suotuisat ominaisuudet suodatetaan luonnonvalinnan kautta ja myötävaikuttavat evoluutioon. Jotkut organismit hankkivat geenejä, jotka ovat arvokkaita sopeutumiselle ja evoluutiolle horisontaalisen geeninsiirron kautta. Esimerkiksi bakteerien antibioottiresistenssin saaminen on seurausta horisontaalisesta geeninsiirrosta.
Vaakasuuntaista geeninsiirtoa suositaan lähisukuisten taksonien keskuudessa kuin hyvin eri lajien keskuudessa. Se voi esiintyä myös samassa mikroympäristössä asuvien bakteerien välillä.
Kuva 02: Bakteerien horisontaalinen geeninsiirto konjugaation aikana
Mitä eroa on pystysuoralla ja horisontaalisella geenisiirrolla?
Pystysuuntainen vs. vaakasuuntainen geeninsiirto |
|
| Pystysuuntainen geeninsiirto viittaa prosessiin, jossa geneettinen materiaali siirtyy vanhemm alta jälkeläisille lisääntymisen kautta. | Horisontaalinen geeninsiirto viittaa prosessiin, joka siirtää geneettistä materiaalia toisiinsa liittymättömien organismien välillä. |
| Menetelmät | |
| Se voi tapahtua seksuaalisesti, aseksuaalisesti tai keinotekoisin keinoin. | Transformaatio, transduktio ja bakteerikonjugaatio ovat mekanismeja, jotka osallistuvat horisontaaliseen geeninsiirtoon. |
| Tapahtuma | |
| Se on yleinen prosessi. | Se on vähemmän yleinen prosessi. |
| Riippuvuus mobiili-DNA:sta | |
| Se ei riipu liikkuvista geneettisistä elementeistä. | Se on mahdollista liikkuvien DNA-elementtien, kuten transposonien, plasmidien, bakteriofagien, ansiosta. |
Yhteenveto – pystysuora vs. vaakasuuntainen geeninsiirto
Geenin siirtoa voi tapahtua sukulaisten ja ei-sukulaisten välillä. Geeninsiirtoja on kahta päätyyppiä, jotka ovat pystysuora ja vaaka. Pystysuuntainen geeninsiirto tapahtuu vanhemmilta jälkeläisille. Lisääntymisen tai kasvien risteytymisen aikana geenit siirtyvät vanhemmilta jälkeläisille. Horisontaalinen geeninsiirto tapahtuu eri lajien välillä, jotka eivät ole sukua keskenään. Se ei ole mahdollista vertikaalisena geeninsiirtona. Kuitenkin liikkuvien DNA-elementtien, kuten plasmidien, hyppäävien geenien ja bakteriofagien, ansiosta geenit vaihtuvat organismien välillä horisontaalisesti konjugaation, transduktion ja transformaation kautta. Horisontaalinen geeninsiirto on yleistä bakteereissa ja arkeissa kuin eukaryooteissa. Tämä on ero vertikaalisen ja horisontaalisen geeninsiirron välillä.
