Klíčový rozdíl – vertikální a horizontální přenos genů
Přenos genů se týká procesu, který přenáší nebo vyměňuje genetický materiál mezi organismy. Mezi organismy dochází k výměně DNA, která nese funkční geny, což způsobuje změnu jejich genomového složení. Může se vyskytovat ve dvou typech nazývaných vertikální přenos genů a horizontální přenos genů. Horizontální přenos genů označuje proces, při kterém dochází k přenosu genetického materiálu mezi nepříbuznými jedinci. Vertikální přenos genů se týká procesu, kdy se geny přenášejí z rodičů na jejich potomky. Toto je klíčový rozdíl mezi vertikálním a horizontálním přenosem genů. Vertikální přenos genů je mezi organismy běžný, zatímco horizontální přenos genů je méně běžný.
Co je vertikální přenos genů?
Vertikální přenos genů je metoda přenosu genů z rodičů na jejich potomky. Může k němu dojít buď pohlavním rozmnožováním, nebo nepohlavním rozmnožováním nebo umělými mechanismy. Tento proces je společným mechanismem, který se děje mezi příbuznými organismy. Genomy jsou předávány z jedné generace na další generaci prostřednictvím vertikálního přenosu genů v živých organismech přirozeně. V programech šlechtění rostlin se vertikální přenos genů záměrně provádí za účelem přenosu důležitých genů do generace F1. Dvě rostliny jsou pohlavně kříženy, aby se smíchaly jejich geny a přešly na další generaci. Tímto způsobem mohou být cenné vlastnosti uloženy v potomstvu, což umožní oběh v budoucích generacích.
U bakterií je nejběžnější metodou nepohlavní reprodukce binární štěpení. Výsledkem binárního štěpení jsou dvě identické bakteriální buňky. Je příkladem metody vertikálního přenosu genů bakterií. U lidí se nemoc zvaná AIDS přenáší z matky na dítě v důsledku vertikálního přenosu genů.
Obrázek 01: Vertikální přenos genů bakterií během binárního štěpení
Co je horizontální přenos genů?
Horizontální přenos genů je mechanismus, při kterém se genetický materiál přenáší mezi nepříbuznými organismy. Je také známý jako laterální přenos genů. Vyskytuje se mezi různými genomy, například mezi různými druhy. Organismy získávají různé vlastnosti přenosem genů. Horizontální přenos genu se liší od přenosu genu z rodiče na potomka.
Horizontální přenos genů je snadný díky několika typům DNA, které mají organismy. Jsou to především mobilní genetické prvky, jako jsou transpozony (skákací geny), plazmidy (nechromozomální kruhová DNA) a bakteriofágy (viry infikující bakterie). Dochází k tomu prostřednictvím několika následujících mechanismů.
Mechanismy horizontálního přenosu genů
Transformace
Prokaryota jsou speciálně schopna přijímat volnou DNA ve formě plazmidů.
Bakteriální konjugace
Způsob sexuální reprodukce, ke kterému dochází mezi dočasně spojenými dvěma buňkami. Během konjugace jsou plazmidy F přeneseny z dárce na příjemce, což vede k přenosu genetického materiálu mezi dvěma organismy, jak je znázorněno na obrázku 02. Toto je hlavní mechanismus, který zahrnuje horizontální přenos genů.
Transdukce
Bakteriofág je schopen vstříknout svou DNA do bakterie, když je infikována, což vede k přenosu genu mezi dvěma bakteriemi během druhé infekce. K tomu dochází prostřednictvím dvou procesů nazvaných generalizovaná a specializovaná transdukce.
Využití horizontálního přenosu genů
Horizontální přenos genů se používá v genetickém inženýrství. Cizí DNA může být rekombinována nebo vložena do genomu recipientního organismu horizontálním přenosem genů. Umožňuje příjemcům získat nové vlastnosti důležité pro růst a přežití. Horizontální přenos genů je extrémně důležitý při adaptaci a evoluci prokaryot i eukaryot. Příznivé vlastnosti jsou filtrovány přirozeným výběrem a přispívají k evoluci. Některé organismy získávají geny, které jsou cenné pro adaptaci a evoluci, prostřednictvím horizontálního přenosu genů. Například získání odolnosti vůči antibiotikům bakteriemi je výsledkem horizontálního přenosu genů.
Horizontální přenos genů je mezi blízce příbuznými taxony nejvýhodnější než velmi odlišné druhy. Může se také vyskytnout mezi bakteriemi žijícími ve stejném mikroprostředí.
Obrázek 02: Horizontální přenos genů bakterií během konjugace
Jaký je rozdíl mezi vertikálním a horizontálním přenosem genů?
Vertikální vs. horizontální přenos genů |
|
| Vertikální přenos genů označuje proces, který přenáší genetický materiál z rodiče na potomstvo reprodukcí. | Horizontální přenos genů označuje proces, který přenáší genetický materiál mezi nepříbuznými organismy. |
| Metody | |
| Může k tomu dojít sexuálním, asexuálním nebo umělým způsobem. | Transformace, transdukce a bakteriální konjugace jsou mechanismy zapojené do horizontálního přenosu genů. |
| Výskyt | |
| Je to běžný proces. | Je to méně běžný proces. |
| Závislost na mobilní DNA | |
| Nezávisí na mobilních genetických prvcích. | Je to možné díky mobilním elementům DNA, jako jsou transpozony, plazmidy, bakteriofágy. |
Shrnutí – vertikální vs. horizontální přenos genů
Přenos genů může nastat mezi příbuznými a nepříbuznými jedinci. Existují dva hlavní typy přenosu genů pojmenované vertikální a horizontální. Vertikální přenos genů probíhá z rodiče na potomka. Během rozmnožování nebo křížení rostlin se geny přenášejí z rodičů na potomky. K horizontálnímu přenosu genů dochází mezi různými druhy, které nejsou příbuzné. Není to možné jako vertikální přenos genů. Avšak díky mobilním prvkům DNA, jako jsou plazmidy, skokové geny a bakteriofágy, dochází k horizontální výměně genů mezi organismy prostřednictvím konjugace, transdukce a transformace. Horizontální přenos genů je běžný u bakterií a archeí než u eukaryot. Toto je rozdíl mezi vertikálním a horizontálním přenosem genů.
