Peamine erinevus – vertikaalne vs horisontaalne geeniülekanne
Geeniülekanne viitab protsessile, mille käigus kantakse üle või vahetatakse geneetilist materjali organismide vahel. Funktsionaalseid geene kandev DNA vahetatakse organismide vahel, põhjustades muutusi nende genoomses koostises. See võib esineda kahte tüüpi, mida nimetatakse vertikaalseks geeniülekandeks ja horisontaalseks geeniülekandeks. Horisontaalne geeniülekanne viitab protsessile, mille käigus toimub geneetilise materjali ülekandmine sõltumatute indiviidide vahel. Vertikaalne geeniülekanne viitab protsessile, kus geenid kanduvad vanematelt nende järglastele. See on peamine erinevus vertikaalse ja horisontaalse geeniülekande vahel. Vertikaalne geeniülekanne on organismide seas tavaline, samas kui horisontaalne geeniülekanne on vähem levinud.
Mis on vertikaalne geeniülekanne?
Vertikaalne geeniülekanne on meetod geenide ülekandmiseks vanematelt järglastele. See võib toimuda kas seksuaalse paljunemise või mittesugulise paljunemise või kunstlike mehhanismide kaudu. See protsess on ühine mehhanism, mis toimub seotud organismide vahel. Genoomid edastatakse ühelt põlvkonn alt teisele geenide vertikaalse ülekandmise teel elusorganismides looduslikult. Sordiaretusprogrammides tehakse vertikaalset geeniülekannet sihilikult oluliste geenide ülekandmiseks F1 põlvkonda. Kaks taime ristatakse seksuaalselt, et nende geenid seguneksid ja järgmisse põlvkonda edasi kanduksid. Seda tehes saab järglaskonnas talletada väärtuslikke omadusi, mis võimaldavad ringlust tulevastele põlvkondadele.
Bakterite puhul on kõige levinum mittesugulise paljunemise meetod binaarne lõhustumine. Binaarse lõhustumise tulemuseks on kaks identset bakterirakku. See on näide bakterite vertikaalsest geeniülekandemeetodist. Inimestel levib haigus nimega AIDS vertikaalse geeniülekande tõttu em alt lapsele.
Joonis 01: Bakterite vertikaalne geeniülekanne binaarse lõhustumise ajal
Mis on horisontaalne geeniülekanne?
Horisontaalne geeniülekanne on mehhanism, mille käigus edastatakse geneetilist materjali mitteseotud organismide vahel. Seda tuntakse ka kui lateraalset geeniülekannet. See esineb erinevate genoomide, näiteks erinevate liikide vahel. Organismid omandavad geeniülekande kaudu erinevaid omadusi. Horisontaalne geeniülekanne erineb vanematelt järglastele ülekanduvast geenist.
Geeni horisontaalne ülekandmine on tehtud lihtsaks, kuna organismidel on mitut tüüpi DNA-d. Need on peamiselt mobiilsed geneetilised elemendid, nagu transposoonid (hüppavad geenid), plasmiidid (mittekromosomaalne tsirkulaarne DNA) ja bakteriofaagid (viiruseid nakatavad bakterid). See toimub mitme mehhanismi kaudu järgmiselt.
Horisontaalsed geeniülekandemehhanismid
Muundamine
Prokarüootid on võimelised spetsiaalselt plasmiidide kujul omastama vaba DNA-d.
Bakteriaalne konjugatsioon
Seksuaalse paljunemise viis, mis toimub kahe ajutiselt ühendatud raku vahel. Konjugeerimise ajal kantakse F-plasmiidid üle doonorilt retsipiendile, mille tulemuseks on geneetilise materjali ülekanne kahe organismi vahel, nagu on näidatud joonisel 02. See on peamine horisontaalse geeniülekande mehhanism.
Üleminek
Bakteriofaag suudab nakatumisel oma DNA-d bakterisse süstida, mille tulemuseks on geenide ülekandmine kahe bakteri vahel teise nakatumise ajal. See toimub kahe protsessi kaudu, mida nimetatakse üldistatud ja spetsiaalseks transduktsiooniks.
Horisontaalse geeniülekande kasutusalad
Geenitehnoloogias kasutatakse horisontaalset geeniülekannet. Võõr-DNA-d saab horisontaalse geeniülekande käigus rekombineerida või sisestada retsipientorganismi genoomi. See võimaldab saajatel omandada kasvu ja ellujäämise jaoks olulisi uusi tunnuseid. Horisontaalne geeniülekanne on äärmiselt oluline nii prokarüootide kui ka eukarüootide kohanemisel ja evolutsioonil. Soodsad tunnused filtreeritakse läbi loodusliku valiku ja aitavad kaasa evolutsioonile. Mõned organismid omandavad horisontaalse geeniülekande kaudu geene, mis on väärtuslikud kohanemiseks ja evolutsiooniks. Näiteks bakterite antibiootikumiresistentsuse omandamine on horisontaalse geeniülekande tulemus.
Horisontaalne geeniülekanne on tihed alt seotud taksonite seas eelistatuim kui väga erinevad liigid. See võib esineda ka samas mikrokeskkonnas elavate bakterite vahel.
Joonis 02: Bakterite horisontaalne geeniülekanne konjugatsiooni ajal
Mis vahe on vertikaalsel ja horisontaalsel geeniülekandel?
Vertikaalne vs horisontaalne geeniülekanne |
|
| Vertikaalne geeniülekanne viitab protsessile, mis kannab geneetilist materjali vanem alt järglastele paljunemise teel. | Horisontaalne geeniülekanne viitab protsessile, mis kannab geneetilist materjali mitteseotud organismide vahel. |
| Meetodid | |
| See võib toimuda seksuaalsel, aseksuaalsel või kunstlikul teel. | Transformatsioon, transduktsioon ja bakteriaalne konjugatsioon on horisontaalses geeniülekandes osalevad mehhanismid. |
| Esinemine | |
| See on tavaline protsess. | See on vähem levinud protsess. |
| Sõltuvus mobiilsest DNA-st | |
| See ei sõltu mobiilsetest 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. Geeniülekandeid on kaks peamist tüüpi, mida nimetatakse vertikaalseks ja horisontaalseks. Vertikaalne geeniülekanne toimub vanem alt järglastele. Paljunemise või taimede ristamise käigus kanduvad geenid vanematelt järglastele. Horisontaalne geeniülekanne toimub erinevate liikide vahel, mis ei ole suguluses. See ei ole vertikaalse geeniülekandena teostatav. Tänu mobiilsetele DNA elementidele, nagu plasmiidid, hüppavad geenid ja bakteriofaagid, vahetavad geenid aga organismide vahel horisontaalselt konjugatsiooni, transduktsiooni ja transformatsiooni teel. Horisontaalne geeniülekanne on levinud bakterites ja arhees kui eukarüootides. See on erinevus vertikaalse ja horisontaalse geeniülekande vahel.
