水平基因转移的研究进展与展望
作者：袁子昕
学号： 3135403006
班级： 2013级生物科学
（生物学基地班）
水平基因转移的研究进展与展望
袁子昕
生命科学学院2013级生物科学（生物学基地班）
摘要：几年来，随着真核生物基因组数据的相继公布, 在真核基因组中发现了更多的HGT, 但不如原核生物频繁。在真菌界、动物界以及两界之间也发现大量的HGT 现象[1]。在测序的不断进行中，HGT 得到了证实，也为研究生物进化和物种演化，以及种间关系的影响提供的新的研究方向与证据。
关键词：水平基因转移生物进化原核生物真核生物
1 引言
水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT),又称侧向基因转移(lateral gene transfer,LGT),是指在差异生物个体之间, 或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流。差异生物个体可以是同种但含有不同的遗传信息的生物个体, 也可以是远缘的, 甚至没有亲缘关系的生物个体。单个细胞内部细胞器主要指的是叶绿体、线粒体及细胞核。水平基因转移是相对于垂直基因转移(亲代传递给子代) 而提出的, 它打破了亲缘关系的界限, 使基因流动的可能变得更为复杂[2]。HGT 是一种普遍的现象，在细菌、真菌、病毒、原生生物和真核生物基因组中都有发生。
2 水平基因转移的模式
2.1 由质粒或病毒等介导的水平基因转移
质粒和病毒是在各生物间进行遗传物质传递的重要媒介[3]。目前对于真核生物基因测序以及植物的细胞感染实验已经可以证明质粒或病毒介导的水平基因转移，例如根癌土壤杆菌中的T-DNA 可转移到植物细胞核内。T-DNA 还可以携带一定的外源基因, 在植物基因工程中被广泛地用做基因转移载体[4]。
2.2 基因的“直接”水平转移
细菌的感受态细胞可以吸收外源DNA 并且一定程度上的融合，目前已经发现大肠杆菌存在自然感受态的情况，而且枯草芽孢杆菌建立自然感受态的能力也早已得到人们的肯定[5],其基因组上有10多个基因与感受态的建立有关。随着环境中具有转化活性的DNA 分子及感受态细胞的发现[6] 。
2.3 同一个体体内的基因转移
在植物中, 每个细胞中有3种不同的基因组:即细胞核基因组(nucDNA)、叶绿体基因组(ptD-NA)和线粒体基因组(mtDNA), 这些不同的DNA 序列揭示了大量的细胞间基因转移现象。植物叶绿体序列转移到nucDNA 的现象十分常见, 据推测, 细胞核与叶绿体基因组间的HGT 早在真核生物叶绿体演化的内共生事件中就已经发生。此外, 叶绿体基因也能转移到mtDNA 中, 它们有的仍具有功能, 有的则变成了假基因。
3 水平基因转移发生的倾向性
3.1 单细胞生物比多细胞真核生物更为频繁
单细胞生物发生(这里指能够遗传至后代的转移事件) 的频率可能比多细胞真核生物更为频繁。这可能是因为单细胞生物能将获得的基因立即遗传下去而无须受限于隔离的生殖细胞系(同理, 水平基因转移在进行无性生殖的多细胞真核生物中更有可能成功）
3.2有密切接触的物种之间更有机会发生.
在存在寄生或是共生等关系的生物个体之间可以明显地通过基因测序而观测到水平基因的转移。在寄生关系中, 基因大部分是从寄主向寄生植物转移, 这与营养物质的传输方向一致。 4 研究展望
水平基因转移的倾向性说明H GT的发生有一定的条件基础，这为搜寻这一现象提供了方向，但需要注意的是，这些倾向性仅是从目前已有的研究总结出来的，真实的情况
是否与此有所偏差，在对水平基因转移有一个全面深入的了解之前是无法断言的。
尽管相对于原核生物和单细胞真核生物而言，高等植物中H GT发生的频率可能相对较低，但在其进化早期及个别类群的特异性分化过程中，HGT 仍然扮演了相当关键的角色，说明了水平基因转移在多细胞真核生物中并非是无足轻重的“噪点”，尽管相对于原核生物和单细胞真核生物而言，其发生频率可能相对较低, 但在多细胞真核生物进化早期及个别类群的特异性分化过程中，水平基因转移仍然扮演了相当关键的角色。如上所述，受检查手段和认知所限，目前很难全面评价水平基因转移在多细胞真核生物中的发生范围及其进化影响。但依趋势而言，随着基因组测序时代的到来，水平基因转移现象会在多细胞真核生物中越来越多地被发现, 并不断更新人们对于这一研究领域的认知。
参考文献
[1]刘英, 刘广达, 苏小娟, 陈贵林. 高等植物水平基因转移研究进展[J]. 植物生理学报,2015,07:985-995.
[2]欧剑虹, 谢志雄, 陈向东, 倪丽娜, 沈萍. 水平基因转移[J]. 遗传,2003,05:623-627
[3]沈萍主编. 微生物学[M].北京:高等教育出版社,2000,215~228.
[4]Suzuki K,Hattori Y ,Uraji M,Ohta N,Iwata K,Murata K,Kato A,Yoshida K.Complete nucleotide sequence of a plant tumor-in-ducing Ti plasmid [J].Gene,2000,242:331~336.
[5]陈琪, 陈向东, 谢志雄, 沈萍. 遗传工程微生物细胞间发生的自然遗传转化[J].遗传,2002,22(3):140~143.
[6] CHEN Xiang-Dong, CHEN Qi, XIE Zhi-Xiong, SHEN Ping.Bacillus subtilisundergo natural genetic transformation on agar plates[J].Acta Microbiologica Sinica,2000,40(1):95~99.
[7]王洽, 乐霁培, 张体操, 黄锦岭, 孙航. 水平基因转移在生物进化中的作用[J]. 科学通报,2014,21:2055-2064.
水平基因转移的研究进展与展望
作者：袁子昕
学号： 3135403006
班级： 2013级生物科学
（生物学基地班）
水平基因转移的研究进展与展望
袁子昕
生命科学学院2013级生物科学（生物学基地班）
摘要：几年来，随着真核生物基因组数据的相继公布, 在真核基因组中发现了更多的HGT, 但不如原核生物频繁。在真菌界、动物界以及两界之间也发现大量的HGT 现象[1]。在测序的不断进行中，HGT 得到了证实，也为研究生物进化和物种演化，以及种间关系的影响提供的新的研究方向与证据。
关键词：水平基因转移生物进化原核生物真核生物
1 引言
水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT),又称侧向基因转移(lateral gene transfer,LGT),是指在差异生物个体之间, 或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流。差异生物个体可以是同种但含有不同的遗传信息的生物个体, 也可以是远缘的, 甚至没有亲缘关系的生物个体。单个细胞内部细胞器主要指的是叶绿体、线粒体及细胞核。水平基因转移是相对于垂直基因转移(亲代传递给子代) 而提出的, 它打破了亲缘关系的界限, 使基因流动的可能变得更为复杂[2]。HGT 是一种普遍的现象，在细菌、真菌、病毒、原生生物和真核生物基因组中都有发生。
2 水平基因转移的模式
2.1 由质粒或病毒等介导的水平基因转移
质粒和病毒是在各生物间进行遗传物质传递的重要媒介[3]。目前对于真核生物基因测序以及植物的细胞感染实验已经可以证明质粒或病毒介导的水平基因转移，例如根癌土壤杆菌中的T-DNA 可转移到植物细胞核内。T-DNA 还可以携带一定的外源基因, 在植物基因工程中被广泛地用做基因转移载体[4]。
2.2 基因的“直接”水平转移
细菌的感受态细胞可以吸收外源DNA 并且一定程度上的融合，目前已经发现大肠杆菌存在自然感受态的情况，而且枯草芽孢杆菌建立自然感受态的能力也早已得到人们的肯定[5],其基因组上有10多个基因与感受态的建立有关。随着环境中具有转化活性的DNA 分子及感受态细胞的发现[6] 。
2.3 同一个体体内的基因转移
在植物中, 每个细胞中有3种不同的基因组:即细胞核基因组(nucDNA)、叶绿体基因组(ptD-NA)和线粒体基因组(mtDNA), 这些不同的DNA 序列揭示了大量的细胞间基因转移现象。植物叶绿体序列转移到nucDNA 的现象十分常见, 据推测, 细胞核与叶绿体基因组间的HGT 早在真核生物叶绿体演化的内共生事件中就已经发生。此外, 叶绿体基因也能转移到mtDNA 中, 它们有的仍具有功能, 有的则变成了假基因。
3 水平基因转移发生的倾向性
3.1 单细胞生物比多细胞真核生物更为频繁
单细胞生物发生(这里指能够遗传至后代的转移事件) 的频率可能比多细胞真核生物更为频繁。这可能是因为单细胞生物能将获得的基因立即遗传下去而无须受限于隔离的生殖细胞系(同理, 水平基因转移在进行无性生殖的多细胞真核生物中更有可能成功）
3.2有密切接触的物种之间更有机会发生.
在存在寄生或是共生等关系的生物个体之间可以明显地通过基因测序而观测到水平基因的转移。在寄生关系中, 基因大部分是从寄主向寄生植物转移, 这与营养物质的传输方向一致。 4 研究展望
水平基因转移的倾向性说明H GT的发生有一定的条件基础，这为搜寻这一现象提供了方向，但需要注意的是，这些倾向性仅是从目前已有的研究总结出来的，真实的情况
是否与此有所偏差，在对水平基因转移有一个全面深入的了解之前是无法断言的。
尽管相对于原核生物和单细胞真核生物而言，高等植物中H GT发生的频率可能相对较低，但在其进化早期及个别类群的特异性分化过程中，HGT 仍然扮演了相当关键的角色，说明了水平基因转移在多细胞真核生物中并非是无足轻重的“噪点”，尽管相对于原核生物和单细胞真核生物而言，其发生频率可能相对较低, 但在多细胞真核生物进化早期及个别类群的特异性分化过程中，水平基因转移仍然扮演了相当关键的角色。如上所述，受检查手段和认知所限，目前很难全面评价水平基因转移在多细胞真核生物中的发生范围及其进化影响。但依趋势而言，随着基因组测序时代的到来，水平基因转移现象会在多细胞真核生物中越来越多地被发现, 并不断更新人们对于这一研究领域的认知。
参考文献
[1]刘英, 刘广达, 苏小娟, 陈贵林. 高等植物水平基因转移研究进展[J]. 植物生理学报,2015,07:985-995.
[2]欧剑虹, 谢志雄, 陈向东, 倪丽娜, 沈萍. 水平基因转移[J]. 遗传,2003,05:623-627
[3]沈萍主编. 微生物学[M].北京:高等教育出版社,2000,215~228.
[4]Suzuki K,Hattori Y ,Uraji M,Ohta N,Iwata K,Murata K,Kato A,Yoshida K.Complete nucleotide sequence of a plant tumor-in-ducing Ti plasmid [J].Gene,2000,242:331~336.
[5]陈琪, 陈向东, 谢志雄, 沈萍. 遗传工程微生物细胞间发生的自然遗传转化[J].遗传,2002,22(3):140~143.
[6] CHEN Xiang-Dong, CHEN Qi, XIE Zhi-Xiong, SHEN Ping.Bacillus subtilisundergo natural genetic transformation on agar plates[J].Acta Microbiologica Sinica,2000,40(1):95~99.
[7]王洽, 乐霁培, 张体操, 黄锦岭, 孙航. 水平基因转移在生物进化中的作用[J]. 科学通报,2014,21:2055-2064.