中科院最新文章：水平基因转移

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生物通报道：水平基因转移现象的发现揭示出生物进化的另一条途径, 并引发研究人员对生物进化描述方式进行更多的思考和讨论. 近期来自中科院昆明植物研究所，东卡罗来纳州立大学等处的研究人员围绕这一方面进行了介绍，列举了原核生物、单细胞真核生物以及多细胞真核生物 3个重要类群(动物、植物、 真菌)中已被报道的部分研究实例, 分析水平基因转移在这些类群进化过程中的作用及其产生的影响. 此外, 还简要地介绍了目前水平基因转移常用的检测手段、可能的发生机制以及其发生的倾向性, 并对未来多细胞真核生物水平基因转移事例的发现作出预测。

水平基因转移(horizontal gene transfer, HGT), 又称横向基因转移(lateral gene transfer, LGT), 指不同于常规的由亲代到子代的垂直基因传递(vertical gene transfer, VGT), 能跨越种间隔离, 在亲缘关系或远或近的生物有机体间进行的遗传信息转移. 通过将新基因导入现有的基因组, 水平基因转移能帮助受体生物绕过通过点突变和重组创造新基因的缓慢过程, 从而加速基因组的革新和进化。

达尔文在《物种起源》中基于突变和垂直遗传的假设而推导并提出了“生命之树”(tree of life)的概念,自此之后, 用简洁分叉的树状图, 即生命之树, 来描绘生物进化的历程一直是生物学家所追求的目标.然而水平基因转移现象的发现启示我们, 生物进化的历程可能远比之前想象的更加错综复杂. 一些研究者认为, 水平基因转移是生物进化的重要动力, 进化历程更应该用“生命之网”(web/net of life)来描述。

争论还在继续, 维护“生命之树”的一方坚信, 即使水平基因转移确实存在, 但是一些核心的基因仍然保留着树的信息, 并且可以通过相应的技术手段将其显示出来; 而提出“生命之网”的一方, 则认为随着“生命之树”概念的动摇, 生物进化的一些基本观点和概念也都需要随之进行更正. 无论如何, 这场争论的焦点就在于: (ⅰ) 水平基因转移现象发生的范围到底有多大; (ⅱ) 水平转移的基因到底对生物进化产生了多大影响. 在目前的研究水平下, 要准确而完整地对此作出评述是几乎不可能的, 但是通过分析发生在不同生物类群中的案例, 还是可以窥探出水平基因转移对于生物进化影响的一些迹象, 并从中总结出有意义的规律.

在这篇文章中，研究人员列举了原核生物、单细胞真核生物以及多细胞真核生物 3个重要类群(动物、植物、 真菌)中已被报道的部分研究实例, 分析水平基因转移在这些类群进化过程中的作用及其产生的影响.

此外, 还简要地介绍了目前水平基因转移常用的检测手段、可能的发生机制以及其发生的倾向性, 并对未来多细胞真核生物水平基因转移事例的发现作出预测。

作者指出，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。

（生物通：万纹）

原文检索：

王洽, 乐霁培, 张体操, 等. 水平基因转移在生物进化中的作用. 科学通报, 2014, 59: 2055–2064
Wang Q, Yue J P, Zhang T C, et al. Horizontal gene transfer provides new insights into biological evolution (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2014, 59: 2055–2064, doi: 10.1360/972013-1251