生物进化论中水平基因转移作用浅析

来源 :新校园(下) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaozuzi2009
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  摘要:水平基因转移现象的发现使生物进化的途径有了多方面的变化,从目前的研究结果来看,水平基因转移主要发生在原核生物和单细胞真核生物中。本文对原核生物和单细胞真核生物的水平基因转移情况进行分析研究。
  关键词:生物進化论;水平基因;转移作用
  水平基因转移主要指的是由不同于常规的亲代到子代的垂直基因传递,能够跨越种间隔离,在不同亲缘关系的生物体之间进行遗传信息转移,在现有的基因组中加入新的基因组,能够帮助生物绕过基因突变和新基因的重新创造,来加速基因的进化过程。水平基因转移的发现,使人们对生物进化的历程有了更多的认识。
  一、原核生物水平基因转移发生的范围
  原核生物是地球生物中所占比例最大的种群,虽然目前人们关注的重点为多细胞真核生物的水平基因转移现象,但是为了从整体上认识水平基因转移对生物进化的影响,也需要对原核生物中水平基因转移发生的范围进行了解。对于原核生物来说,基因组获得新基因的方式是获得外源基因,使相应的受体生物能够快速获得新基因的表现性,以此得到进化的能力,其中最具有代表性的为细菌耐药性的产生和传播。抗生素在应用的过程中,细菌耐药性是研究人员关注的主要问题。细菌能够对抗生素的使用产生抗药性,并且能够在不同菌落之间传播抗药性,使细菌在短时间内获得抗生素的抗药性,这样的转移现象不能用垂直遗传来解释。细菌耐药性基因的传播可以用水平基因转移来进行解释。
  因此,水平基因转移能够作为原核生物进化的一个重要机制。相关研究表明,每个基因组中至少有80%左右的基因在进化的过程中与水平基因转移相关联,部分基因在不同物种中的关系不能用达尔文的“树状图理论”结构来进行解释,而具有水平基因转移的基因已经涵盖了所有的功能类型。
  二、水平基因转移对单细胞真核生物的作用
  1.单细胞真核生物与水平基因转移。单细胞真核生物在生殖细胞系中与多细胞真核生物有着较大的差异。单细胞真核生物没有单独的生殖细胞,转移的基因不需要新的生殖细胞也能够发生遗传作用,所以说水平基因转移能够对单细胞真核生物产生更大的影响。例如,在对厌氧寄生虫旋核鞭毛虫和贾第虫进行研究的过程中发现,两者拥有共同的祖先,表现出好氧的性状,而在水平基因转移的作用下,能够从原核生物处获得新基因,从而使这个类群适应了缺氧环境。
  2.单细胞真核生物与胞内基因转移。真核生物在早期的时候是以单细胞的形式存在的。在这一阶段中,单细胞真核生物的胞内基因转移能够使整个真核生物类群发生一定程度的进化。在目前的真核生物基因组中,存在着来自不同生物谱系的基因成分,对于这种现象,目前比较合理的解释是,具有共生关系的生物经过融合之后形成了早期的真核细胞生物,这样两个具有共生关系的生物可以被视为一种古菌和一种变形菌在融合之后经过一系列的吞噬,才使现在的真核生物具有镶嵌性基因组。在吞噬的过程中,真核细胞能够吞噬一种细菌来形成所需要的基因体。也就是说,在早期,单细胞真核生物在进行胞内基因转移的过程中作为一套强有力的自然变异机制,对单细胞真核生物的进化产生了独特的作用。这样的胞内基因转移并非只发生在真核生物的早期,在多细胞真核生物的各个阶段中都有出现,属于一个动态的转移过程。
  三、水平基因转移对各种生物的影响
  1.水平基因转移对后生动物的影响。水平基因转移对后生动物的影响主要表现为,在后生动物生殖方式与后生动物形态变化中,后生动物主要指的是原生动物以外的所有多细胞动物,这些动物的有性繁殖对生物进化产生了一定的影响。而仅仅依靠无性繁殖的方式来进行繁衍的类群也存在,这些没有进行有性生殖的类群在长期的进化过程中,为了规避风险,形成多样的类群,可以通过水平基因转移和基因转换来对基因组进行维护。另一个方面,部分海洋生物在幼虫和成年两种时期中,存在不同的生活形态。目前认为在后生动物的祖先中,通过食用多种藻类,使与细胞通信相关的功能基因从藻类中转移到不同动物的基因中,使后生动物产生不同的进化。
  2.水平基因转移对植物的影响。水平基因转移对植物的影响可以从植物登陆等方面来进行说明。陆生植物的出现是植物进化史上的重大事件。相关研究表明,水平基因转移能够帮助陆生植物适应陆地环境的变化,这些基因是从各种细菌和病毒处转移到植物进化的不同时期中,并且参与到植物的特异性功能表现中,对植物的进化历程造成了影响。
  总之,水平基因转移在生物进化中具有较大的作用。虽然目前由于检查手段和认知范围的影响,不能对其影响范围进行全面评价,但是随着科技的发展,水平基因转移会在多细胞真核生物中被发现,使人们更新对生物进化的认识。
  参考文献:
  [1]王洽,乐霁培,张体操,等.水平基因转移在生物进化中的作用[J].科学通报,2014(21):2055-2064.
  [2]付强.水平基因转移在生物进化中的作用[J].中华少年,2016(18):157-159.
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