Kľúčový rozdiel – vertikálny a horizontálny prenos génov
Prenos génov sa týka procesu, ktorý prenáša alebo vymieňa genetický materiál medzi organizmami. Medzi organizmami dochádza k výmene DNA, ktorá nesie funkčné gény, čo spôsobuje zmenu v ich genómovom zložení. Môže sa vyskytnúť v dvoch typoch nazývaných vertikálny prenos génov a horizontálny prenos génov. Horizontálny prenos génov sa týka procesu, pri ktorom sa prenáša genetický materiál medzi nepríbuznými jedincami. Vertikálny prenos génov sa týka procesu, pri ktorom sa gény prenášajú z rodičov na ich potomkov. Toto je kľúčový rozdiel medzi vertikálnym a horizontálnym prenosom génov. Vertikálny prenos génov je medzi organizmami bežný, zatiaľ čo horizontálny prenos génov je menej bežný.
Čo je vertikálny prenos génov?
Vertikálny prenos génov je metóda prenosu génov z rodičov na ich potomkov. Môže sa vyskytnúť buď sexuálnym rozmnožovaním alebo nepohlavným rozmnožovaním alebo umelými mechanizmami. Tento proces je bežným mechanizmom, ktorý sa deje medzi príbuznými organizmami. Genómy sa odovzdávajú z jednej generácie na ďalšiu generáciu prostredníctvom vertikálneho prenosu génov v živých organizmoch prirodzene. V programoch šľachtenia rastlín sa vertikálny prenos génov vykonáva zámerne na prenos dôležitých génov do generácie F1. Dve rastliny sú sexuálne krížené, aby sa zmiešali ich gény a prešli na ďalšiu generáciu. Týmto spôsobom môžu byť cenné vlastnosti uložené v potomstve, čo umožňuje obeh v budúcich generáciách.
U baktérií je najbežnejšou metódou nepohlavnej reprodukcie binárne štiepenie. Výsledkom binárneho štiepenia sú dve identické bakteriálne bunky. Je to príklad metódy vertikálneho prenosu génov baktérií. U ľudí sa choroba nazývaná AIDS prenáša z matky na dieťa v dôsledku vertikálneho prenosu génov.
Obrázok 01: Vertikálny prenos génov baktérií počas binárneho štiepenia
Čo je horizontálny prenos génov?
Horizontálny prenos génov je mechanizmus, pri ktorom sa prenáša genetický materiál medzi nepríbuznými organizmami. Je tiež známy ako laterálny prenos génov. Vyskytuje sa medzi rôznymi genómami, napríklad medzi rôznymi druhmi. Organizmy získavajú rôzne vlastnosti prenosom génov. Horizontálny prenos génov sa líši od prenosu génov z rodiča na potomstvo.
Horizontálny prenos génov je jednoduchý vďaka niekoľkým typom DNA, ktoré organizmy vlastnia. Sú to najmä mobilné genetické prvky, ako sú transpozóny (skákacie gény), plazmidy (nechromozomálna kruhová DNA) a bakteriofágy (vírusy infikujúce baktérie). Vyskytuje sa prostredníctvom niekoľkých nasledujúcich mechanizmov.
Mechanizmy horizontálneho prenosu génov
Transformácia
Prokaryoty sú schopné špeciálne prijímať voľnú DNA vo forme plazmidov.
Bakteriálna konjugácia
Spôsob sexuálneho rozmnožovania, ktorý sa vyskytuje medzi dočasne spojenými dvoma bunkami. Počas konjugácie sa plazmidy F prenášajú z darcu na príjemcu, čo vedie k prenosu genetického materiálu medzi dvoma organizmami, ako je znázornené na obrázku 02. Toto je hlavný mechanizmus, ktorý zahŕňa horizontálny prenos génov.
Transdukcia
Bakteriofág je schopný injikovať svoju DNA do baktérie, keď je infikovaný, čo vedie k prenosu génov medzi dvoma baktériami počas druhej infekcie. K tomu dochádza prostredníctvom dvoch procesov nazývaných zovšeobecnená a špecializovaná transdukcia.
Použitie horizontálneho prenosu génov
Horizontálny prenos génov sa používa v genetickom inžinierstve. Cudzia DNA môže byť rekombinovaná alebo vložená do genómu organizmu príjemcu horizontálnym prenosom génov. Umožňuje príjemcom získať nové vlastnosti dôležité pre rast a prežitie. Horizontálny prenos génov je mimoriadne dôležitý pri adaptácii a evolúcii prokaryotov aj eukaryotov. Priaznivé vlastnosti sú filtrované prirodzeným výberom a prispievajú k evolúcii. Niektoré organizmy získavajú gény, ktoré sú cenné pre adaptáciu a evolúciu prostredníctvom horizontálneho prenosu génov. Napríklad získanie rezistencie voči antibiotikám baktériami je výsledkom horizontálneho prenosu génov.
Horizontálny prenos génov je najviac uprednostňovaný medzi blízko príbuznými taxónmi ako veľmi odlišnými druhmi. Môže sa vyskytnúť aj medzi baktériami obývajúcimi rovnaké mikroprostredie.
Obrázok 02: Horizontálny prenos génov baktérií počas konjugácie
Aký je rozdiel medzi vertikálnym a horizontálnym prenosom génov?
Vertikálny verzus horizontálny prenos génov |
|
| Vertikálny prenos génov označuje proces, ktorý prenáša genetický materiál z rodiča na potomstvo rozmnožovaním. | Horizontálny prenos génov označuje proces, ktorý prenáša genetický materiál medzi nepríbuznými organizmami. |
| Metódy | |
| Môže sa to vyskytnúť sexuálnym, asexuálnym alebo umelým spôsobom. | Transformácia, transdukcia a bakteriálna konjugácia sú mechanizmy zapojené do horizontálneho prenosu génov. |
| Výskyt | |
| Je to bežný proces. | Je to menej bežný proces. |
| Závislosť od mobilnej DNA | |
| Nezávisí to od mobilných genetických prvkov. | Je to možné vďaka mobilným elementom DNA, ako sú transpozóny, plazmidy, bakteriofágy. |
Súhrn – vertikálny verzus horizontálny prenos génov
Prenos génov sa môže vyskytnúť medzi príbuznými a nepríbuznými jednotlivcami. Existujú dva hlavné typy prenosu génov, vertikálny a horizontálny. Vertikálny prenos génov prebieha z rodiča na potomka. Počas rozmnožovania alebo kríženia rastlín sa gény prenášajú z rodičov na potomstvo. K horizontálnemu prenosu génov dochádza medzi rôznymi druhmi, ktoré nie sú príbuzné. Nie je to možné ako vertikálny prenos génov. Avšak vďaka mobilným elementom DNA, ako sú plazmidy, skokové gény a bakteriofágy, dochádza k horizontálnej výmene génov medzi organizmami prostredníctvom konjugácie, transdukcie a transformácie. Horizontálny prenos génov je bežný u baktérií a archeí ako u eukaryotov. Toto je rozdiel medzi vertikálnym a horizontálnym prenosom génov.
