Chuyển gen ngang là quá trình di chuyển của vật chất di truyền (DNA hoặc RNA) giữa các tế bào hoặc cơ thể sống cùng thế hệ. Đây là quá trình quan trọng trong tiến hoá, giúp các bộ gen của các loài rất khác nhau có thể trao đổi vật chất di truyền cho nhau mà không cần thông qua sinh sản.
Tổng quan
HGT (chuyển gen ngang) đã được phát hiện từ lâu trong vi khuẩn học. Chẳng hạn như giữa hai cá thể trực khuẩn E. coli cùng thế hệ đã tiếp hợp, rồi qua lông giới tính mà DNA của cá thể này chuyển giao cho cá thể kia, tạo ra bộ gen mới không hề có giao phối và thụ tinh. Chính hiện tượng này là cơ chế phát tán tính chống thuốc kháng sinh ở rất nhiều loài vi khuẩn.
Trong quá trình nội cộng sinh xa xưa, một loại vi khuẩn hiếu khí đã "chui" vào tế bào nhân thực cổ, từ đó hình thành nên ty thể ở hầu hết các tế bào sống ngày nay. Tương tự, sự chuyển gen ngang từ một loại vi khuẩn quang hợp xa xưa vào tổ tiên của thực vật đã hình thành nên lục lạp ở tất cả các cây xanh ngày nay. Những hiện tượng tiến hoá do nội cộng sinh này cũng là hiện tượng chuyển gen ngang.
Tương tự, các gen của virut (DNA hoặc RNA) cũng có thể chuyển theo hàng ngang vào cơ thể sinh vật bậc cao, từ đó có thể góp phần tạo nên vốn gen của các sinh vật bậc cao này cho đến nay.
Có thể do thói quen tư duy và cũng còn do sự phát triển của khoa học và công nghệ, nên hầu hết suy nghĩ về di truyền và kế thừa gen hiện nay đều đã chỉ tập trung vào "di truyền theo chiều dọc" qua các thế hệ của sinh vật, nhưng tầm quan trọng của việc chuyển gen ngang giữa trong quá trình tiến hoá không chỉ được thừa nhận mà việc nghiên cứu chúng phát triển mạnh.
Lược sử
Năm 1928, Frederick Griffith đã công bố kết quả thí nghiệm, mà sau này thường được gọi bằng tên của ông, đó là thí nghiệm Griffith, được xem là bằng chứng đầu tiên về chuyển gen ngang. Gần 30 năm sau, một bài báo khoa học đã mô tả và chứng minh rằng việc "tiêm" virut vào vi khuẩn bạch hầu Corynebacterium diphtheriae đã tạo ra một chủng có độc lực từ một chủng không độc. Các nhà khoa học Nhật Bản cũng mô tả lần đầu tiên về quá trình này năm 1959 chứng minh sự chuyển gen chống kháng sinh giữa các loài vi khuẩn.
Mặc dù chưa có tổng kết chính thức về vai trò của HGT trong tiến hoá, nhưng số lượng bằng chứng ngày càng gia tăng, sự phổ biến và tầm quan trọng của HGT trong sự tiến hóa ngày càng nhiều nên nhà sinh học phân tử Peter Gogarten đã gọi HGT là "một dạng thức mới cho sinh học".
Cơ chế
Cơ chế HGT rất phức tạp, diễn ra ở mỗi nhóm loài không như nhau. Có một số cơ chế như biến nạp, tải nạp, tiếp hợp vi khuẩn và nhân tố chuyển gen. Biến nạp là sự thay đổi vật chất di truyền của tế bào do tế bào "hấp thu" vật chất di truyền ngoại lai. Tải nạp là quá trình DNA của virut được chuyển vào vi khuẩn hoặc từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác nhờ virut. Tiếp hợp vi khuẩn là quá trình chuyển DNA-plasmit từ tế bào vi khuẩn này sang tê bào vi khuẩn khác qua tiếp hợp ở vi khuẩn.
HGT ở vi sinh vật
Virut: Ở nhóm virut, một loại tên là Mimivirus lây nhiễm amip. Một loại vi rút khác, được gọi là Sputnik ("virus vệ tinh") cũng lây nhiễm amip, nhưng nó không thể sinh sôi nảy nở trừ khi Mimivirus đã nhiễm vào cùng một tế bào chủ.
Vi khuẩn: Ở vi khuẩn, biến nạp tự nhiên là sự thích nghi của vi khuẩn để chuyển DNA theo kiểu HGT. Cơ chế này có nhiều khía cạnh và đòi hỏi sự biểu hiện của nhiều gen.
Quá trình chuyển gen ngang giữa các tế bào sống là một khía cạnh quan trọng trong sự tiến hoá. Hiểu rõ hơn về cơ chế này giúp chúng ta hiểu sâu hơn về sự đa dạng và thích nghi của các loài sinh vật trên Trái Đất.
