Vertikaalse ja horisontaalse geeniülekande erinevus

Peamine erinevus - vertikaalne vs horisontaalne geeniülekanne
 

Geeniülekanne tähendab protsessi, mille käigus organismid vahetavad või vahetavad geneetilist materjali. Funktsionaalseid geene kandvat DNA-d vahetatakse organismide vahel, põhjustades muutusi nende genoomses koostises. See võib esineda kahes tüüpi, mida nimetatakse vertikaalseks geeniülekandeks ja horisontaalseks geeniülekandeks. Geeni horisontaalne ülekandmine viitab protsessile, mille käigus geneetiline materjal edastatakse omavahel mitteseotud isendite vahel. Geeni vertikaalne ülekandmine viitab protsessile, kus geenid kantakse vanematelt nende järglastele. See on peamine erinevus vertikaalse ja horisontaalse geeniülekande vahel. Geenide vertikaalne ülekandmine on organismide seas tavaline, horisontaalne geeniülekanne on vähem levinud.

SISU
1. Ülevaade ja peamised erinevused
2. Mis on vertikaalne geeniülekanne
3. Mis on horisontaalne geeniülekanne
4. Kõrvuti võrdlus - geeniülekanne vertikaalselt ja horisontaalselt
5. Kokkuvõte

Mis on vertikaalne geeniülekanne?

Geeni vertikaalne ülekandmine on meetod geeni ülekandmiseks vanematelt nende järglastele. See võib ilmneda kas seksuaalse paljunemise või aseksuaalse paljunemise või kunstlike mehhanismide kaudu. See protsess on tavaline mehhanism, mis toimub omavahel seotud organismide vahel. Genoomid antakse põlvest põlve edasi geeni vertikaalse ülekande kaudu elusorganismides looduslikult. Taimekasvatusprogrammides toimub geenide vertikaalne ülekandmine sihipäraselt, et olulised geenid F1 põlvkonda üle viia. Kaks taime ristatakse sugulisel teel, et nende geenid seguneksid ja järgmisele põlvkonnale üle läheksid. Seda tehes saab järglastesse salvestada väärtuslikke omadusi, võimaldades ringlust järeltulevatel põlvedel.

Bakterites on kõige tavalisem aseksuaalse paljunemise meetod binaarne lõhustumine. Binaarse lõhustumise tulemuseks on kaks ühesugust bakterirakku. See on näide bakterite vertikaalsest geeniülekande meetodist. Inimestel levib haigus nimega AIDS vanem emalt lapsele vertikaalse geeniülekande tõttu.

Joonis 01: Bakterite vertikaalne geeniülekanne binaarse lõhustumise ajal

Mis on horisontaalne geeniülekanne?

Geeni horisontaalne ülekandmine on mehhanism, mille käigus geneetiline materjal kandub omavahel mitteseotud organismide vahel. Seda tuntakse ka kui külgmine geeniülekanne. See toimub erinevate genoomide vahel, näiteks erinevate liikide vahel. Organismid omandavad geeniülekande kaudu erinevad omadused. Geeni horisontaalne ülekandmine erineb geenist, mis siirdub vanemalt järglastele.

Geenide horisontaalne ülekandmine on organismide valduses oleva mitut tüüpi DNA tõttu hõlpsaks tehtud. Need on peamiselt liikuvad geneetilised elemendid, näiteks transposoonid (hüpivad geenid), plasmiidid (mittekromosomaalne ümmargune DNA) ja bakteriofaagid (viirusi nakatavad bakterid). See toimub mitme mehhanismi kaudu järgmiselt.

Geeni horisontaalsed ülekandemehhanismid

Muutumine

Prokarüootid on võimelised võtma spetsiaalset plasmiidide vormis vaba DNA-d.

Bakteriaalne konjugatsioon

 Seksuaalse paljunemise režiim, mis toimub ajutiselt ühendatud kahe raku vahel. Konjugeerimise ajal viiakse F-plasmiidid doonorilt retsipiendile, mille tulemuseks on geneetilise materjali ülekandmine kahe organismi vahel, nagu näidatud joonisel 02. See on peamine mehhanism, mis hõlmab horisontaalset geeniülekannet.

Ülekanne

Bakteriofaag on nakatumisel võimeline oma DNA bakterisse süstima, mille tulemuseks on teise infektsiooni ajal geeni ülekandumine kahe bakteri vahel. See toimub kahe protsessi kaudu, mida nimetatakse üldistatud ja spetsialiseeritud transduktsiooniks.

Horisontaalse geeniülekande kasutusviisid

Geenitehnoloogias kasutatakse horisontaalset geeniülekannet. Võõrast DNA-d saab rekombineerida või sisestada retsipiendi organismi genoomi horisontaalses geeniülekandes. See võimaldab vastuvõtjatel omandada uusi kasvu ja ellujäämise jaoks olulisi jooni. Geeni horisontaalne ülekandmine on äärmiselt oluline nii prokarüootide kui ka eukarüootide kohanemisel ja evolutsioonil. Soodsad tunnused filtreeritakse loodusliku valiku kaudu ja soodustavad arengut. Mõned organismid omandavad horisontaalse geeniülekande kaudu geene, mis on väärtuslikud kohanemiseks ja evolutsiooniks. Näiteks antibiootikumiresistentsuse omandamine bakterite poolt on horisontaalse geeniülekande tulemus.

Geeni horisontaalset ülekandmist eelistatakse tihedalt seotud taksonite seas kui väga erinevaid liike. See võib ilmneda ka samas mikrokeskkonnas elavate bakterite vahel.

Joonis 02: Bakterite horisontaalne geeniülekanne konjugeerimise ajal

Mis vahe on vertikaalsel ja horisontaalsel geeniülekandel??

Vertikaalne vs horisontaalne geeniülekanne
Geeni vertikaalne ülekandmine tähendab protsessi, mille käigus geneetiline materjal kandub vanematelt järglastele edasi paljunemise teel.	Geeni horisontaalne ülekandmine viitab protsessile, mille käigus geneetiline materjal kandub omavahel mitteseotud organismide vahel.
Meetodid
See võib ilmneda seksuaalsel, aseksuaalsel või kunstlikul viisil.	Transformatsioon, transduktsioon ja bakteriaalne konjugatsioon on horisontaalse geeniülekande mehhanismid.
Esinemine
See on tavaline protsess.	See on vähem levinud protsess.
Sõltuvus liikuvast DNA-st
See ei sõltu liikuvatest geneetilistest elementidest.	See on võimalik tänu liikuvatele DNA elementidele nagu transposoonid, plasmiidid, bakteriofaagid.

Kokkuvõte - vertikaalne vs horisontaalne geeniülekanne

Geeniülekanne võib toimuda seotud ja mitteseotud isikute vahel. On kaks peamist tüüpi geeniülekannet, mida nimetatakse vertikaalseks ja horisontaalseks. Geeni vertikaalne ülekandumine toimub vanemalt järeltulijalt. Paljunemise või taime ristamise käigus kanduvad geenid vanematelt järglastele. Geeni horisontaalne ülekandmine toimub erinevate liikide vahel, mis pole omavahel seotud. Geeni vertikaalseks ülekandmiseks pole see teostatav. Liikuvate DNA elementide, näiteks plasmiidide, hüppegeenide ja bakteriofaagide tõttu vahetuvad geenid organismide vahel horisontaalselt konjugatsiooni, transduktsiooni ja transformatsiooni kaudu. Geeni horisontaalne ülekandmine on tavaline bakterites ja arheas kui eukarüootides. See on erinevus vertikaalse ja horisontaalse geeniülekande vahel.

Viide:
1. Hotopp, Julie C. Dunning. "Horisontaalne geeniülekanne bakterite ja loomade vahel." Suundumused geneetikas: TIG. USA Riiklik Meditsiiniraamatukogu, aprill 2011. Veeb. 09. mai 2017
2. Rogers, Kara. “Horisontaalne geeniülekanne.” Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, kaasa arvatud, 22. november 2016. Veeb. 09. mai 2017. https://www.britannica.com/science/horizontal-gene-transfer
3. Lacroix, Benoît. "DNA ülekandmine bakteritest Eukarüootidele." MBio. N.p., 12. juuli 2016. Veeb. 09. mai 2017

Pilt viisakalt:
1. “Binary fission 2” autor Ecoddington14 - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binary_Fission.png (CC BY-SA 3.0) Commonsi Wikimedia kaudu
2. “Konjugatsioon” Adenosine poolt - Oma töö (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedia kaudu