Depuis la découverte d'un phénomène tel que le transfert horizontal de gènes, c'est-à-dire non des parents à la progéniture, l'ensemble du monde vivant sur notre planète est représenté comme un système d'information unique. Et dans ce système, il devient possible d'emprunter une invention évolutive réussie d'une espèce par une autre. Qu'est-ce que le transfert de gènes vertical et horizontal, quels sont les mécanismes de ce processus et des exemples dans le monde organique - tout ceci est l'article.
Gènes voisins
Tout le monde sait que nous tenons nos gènes de nos parents. Et ils sont de leurs parents. C'est le transfert vertical. Et si soudainement une mutation se produit qui s'avère utile pour la survie ou l'adaptation et prend pied dans le génome de la population, alors l'espèce gagnera des avantages dans la lutte pour l'existence.
En même temps, une personne a ses propres gènes,les pucerons ont les leurs et les requins ont les leurs. Il leur est presque impossible de passer d'une espèce à l'autre. Mais parfois, cela arrive - c'est un transfert horizontal de gènes.
C'est ce que fait le génie génétique moderne. Les organismes génétiquement modifiés sont le résultat d'un tel transfert de gènes (par exemple, le tardigrade lumineux sur la photo ci-dessus). Mais dans la nature, ce phénomène existe depuis longtemps.
Le cœur du sujet
Le transfert vertical de gènes est le phénomène de transfert de matériel héréditaire des formes parentales aux organismes filles.
Le transfert horizontal de gènes est une situation naturelle de transfert de gènes d'un organisme adulte à un autre. En même temps, deux organismes existent objectivement et appartiennent parfois à des espèces biologiques différentes.
Un exemple de transfert horizontal de gènes chez les bactéries est le transfert de gènes de résistance d'une souche bactérienne à une autre.
Conditions nécessaires
Pour comprendre ce phénomène, il faut connaître les conditions dans lesquelles un tel transfert est en principe possible, à savoir:
- Il est nécessaire d'avoir un intermédiaire pour le "transport" des gènes d'une cellule à l'autre, d'un organisme à l'autre.
- Il doit y avoir un mécanisme moléculaire qui permettrait à des gènes étrangers d'être insérés dans l'ensemble de gènes de l'hôte.
Ces conditions pourraient bien être remplies par les rétrovirus et autres transposons (éléments d'ADN). Et ce sont précisément ces méthodes de transfert horizontal de gènes que le génie génétique a adoptées aujourd'hui.
Bien queAujourd'hui, les mécanismes d'un tel transfert de gènes ne sont qu'à l'étude; en plus des virus, un tel transfert peut également se produire à l'aide de sections libres d'acides désoxyribonucléiques (transposons), qui pénètrent dans l'organisme par une simple introduction ou avec des organismes parasites. Cette dernière peut modifier non seulement l'appareil génétique de l'hôte, mais aussi sa place écologique dans le système de la biocénose.
Arrière-plan
C'est le transfert de gènes de résistance aux antibiotiques entre différentes souches bactériennes qui a été décrit pour la première fois au Japon en 1959.
Déjà au milieu des années 1990, des biologistes moléculaires ont prouvé que le transfert horizontal de gènes chez les procaryotes et les eucaryotes était impliqué dans le développement évolutif de la vie sur notre planète.
En 2010, une étude du professeur Cedric Feschott a été publiée, qui présentait une analyse du génome des singes opossum et saïmiri. Ils ont été piqués par une sorte d'insecte. Dans les génomes des mammifères, un transpozoon a été trouvé qui a 98% d'identité avec les insectes. Pour votre information, ces insectes ne mordent pas seulement les singes et les opossums.
Désormais, l'hypothèse du transfert horizontal de gènes entre différents domaines d'organismes est devenue un nouveau paradigme de la biologie.
Bugs colorés
Et si le transfert horizontal de gènes dans les bactéries au cours des 30 dernières années n'a pas soulevé de doutes parmi les biologistes, sa possibilité dans les organismes multicellulaires a soulevé de nombreuses questions. C'est alors que l'attention des biologistes fut attirée par le puceron commun, dans lequelil y a des individus avec une couleur verte et rouge du corps.
Une analyse des pigments qui donnent la couleur aux individus rouges a révélé la présence de caroténoïdes - pigments végétaux. Où les pucerons ont-ils obtenu des gènes uniques aux organismes végétaux ? Aujourd'hui, le séquençage du génome de l'insecte est une affaire assez simple pour les chercheurs. C'est ainsi qu'il a été découvert que les gènes des pucerons responsables de la synthèse du pigment rouge sont complètement identiques à ceux de certains champignons qui parasitent le corps des pucerons sans causer de dommages visibles.
Très probablement, à l'aube de l'évolution des pucerons (il y a environ 80 millions d'années), il y a eu une défaillance de la machine génétique et les gènes fongiques ont été intégrés au génome de l'insecte.
Évolution et biodiversité
Toute la systématique phylogénétique du monde organique est basée sur le concept de divergence de Darwin. Son essence est la suivante: dès qu'il y a isolement reproductif entre populations d'une espèce, on peut parler de processus de spéciation. Et déjà deux espèces continuent d'évoluer en fonction de la sélection naturelle et des mutations aléatoires.
La découverte du transfert horizontal de gènes entre les espèces et les taxons plus grands n'a fait que prouver que dans un espace-temps aussi court (4 milliards d'années), la matière vivante sur notre planète pouvait passer de formes unicellulaires à des formes multicellulaires hautement organisées.
Ainsi, tout le biote de la planète devient un laboratoire unique pour la création de nouveaux traits héréditaires, et c'est le mouvement horizontal des gènespourrait et continue d'accélérer considérablement le processus évolutif.
Empruntons quelques gènes
En 2015, le généticien Alistair Crisp de Cambridge (Royaume-Uni) a étudié les génomes de 12 espèces de mouches des fruits Drosophila, 4 espèces de vers ronds et 10 espèces de primates (dont un humain). Le scientifique cherchait des sections "extraterrestres" d'ADN.
Les résultats de la recherche ont confirmé la présence de 145 régions dans les génomes résultant d'un transfert horizontal de gènes chez les eucaryotes.
Certains de ces gènes sont impliqués dans le métabolisme des protéines et des lipides, l'autre - dans les réponses immunitaires. Plus important encore, il a été possible d'identifier les donneurs probables de ces gènes. Ils se sont avérés être des protistes (les eucaryotes les plus simples), des bactéries (procaryotes) et des champignons.
Et nous
On sait déjà de manière fiable que par transfert horizontal de gènes chez l'homme, les gènes responsables des groupes sanguins AB0 sont apparus.
La plupart des preuves d'un tel transfert de gènes chez les primates sont d'origine très ancienne, remontant à un ancêtre commun avec d'autres accords.
Selon des études récentes, la formation du placenta chez l'homme est également responsable du gène du virus, qui a été capturé quelque part à l'aube de la formation des animaux placentaires.
Les résultats du séquençage du génome humain ont montré qu'il contient environ 8 % de morceaux de génomes viraux, appelés "gènes dormants".
L'âge des mutants
Nous arrivons àle sujet des histoires d'horreur avec lesquelles les militants écologistes font peur. Et si ces gènes "endormis" s'activaient ? Ou est-ce qu'une tique mord une personne et attire une sorte d'horreur dans son génome ? Ou mangeons-nous du soja génétiquement modifié et devenons-nous des mutants ? Mais après tout, depuis 4 milliards d'années, la biodiversité de la planète n'a fait qu'augmenter, et vous et moi sommes encore un peu comme les baleines, comme les pucerons sont comme les champignons. Pourquoi ça ?
Premièrement, le mécanisme de transfert horizontal existe dans la nature aussi longtemps que la vie elle-même existe. Et sur l'exemple des pucerons, il est parfaitement clair qu'un tel transfert de gènes visait précisément à augmenter l'adaptabilité des organismes aux conditions environnementales (les rouges sont moins visibles sur certaines parties des plantes). Et les ingénieurs génétiques dans ce sens n'ont rien trouvé de nouveau. Les tomates avec des gènes de poisson arctique ont une tolérance accrue au froid, ce qui leur permet d'être cultivées dans les régions du nord.
Deuxièmement, malgré la possibilité d'un transfert génétique, nous n'avons pas encore observé l'unification (uniformité) du génome de tous les organismes vivants de la planète. La stabilité du système biologique, qui est la cellule et l'organisme, est suffisamment élevée pour limiter le transfert de gènes inefficace. Mais en même temps, c'est ce transfert qui est l'outil de l'évolution biologique, qui conduit à la biodiversité. Il ne faudra donc pas longtemps avant que les ours ressemblent à des cerfs-volants et que les chiens ressemblent à des caméléons.
