Nội dung bài viết
Việc chuyển gen giữa các loài không chỉ xảy ra ở vi khuẩn. Tuần trước, chúng ta đã xem xét một nghiên cứu mới về nguồn gốc của các tế bào phức tạp, nghiên cứu cho thấy bộ gen của tổ tiên chúng ta được ghép lại với nhau từ các mảnh ghép của nhiều loài.
Nó làm nổi bật một hiện tượng gọi là chuyển gen ngang, trong đó gen từ một loài được đưa vào bộ gen của một loài có quan hệ họ hàng xa.
Tần suất chuyển gen ngang có nghĩa là, ngoài những cây phân nhánh gọn gàng liên hệ giữa các loài theo nguồn gốc chung, còn có những sợi dây nhỏ nối các cành xa của cây sự sống. Thật dễ dàng để hiểu tại sao việc chuyển gen ngang lại phổ biến ở các vi khuẩn.
Chúng thường sống trong các cộng đồng phức tạp có khả năng chứa đầy DNA của các tế bào chết và bị hư hỏng. Thêm vào đó, vi khuẩn và vi khuẩn cổ thiếu màng giữa DNA của chúng và phần còn lại của tế bào, khiến DNA môi trường dễ dàng tìm đường đến bộ gen hơn.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới trong tuần này cho thấy việc chuyển gen ngang rất phổ biến ngay cả ở động vật đa bào. Và nó làm được điều đó bằng cách kiểm tra bộ gen của nhiều loài gián, vốn có các đoạn DNA của vi khuẩn trong hàng triệu năm.
. Cả vi khuẩn và vi khuẩn cổ đều không giữ DNA của chúng ở cấu trúc giống như nhân.
Kết quả là, bất kỳ DNA nào tìm được đường vào bên trong tế bào đều có khả năng hòa trộn với bộ gen và được hợp nhất vĩnh viễn. Sự kết hợp lâu dài đó thường được hỗ trợ bởi các enzyme sửa chữa tổn thương DNA, đôi khi chúng “khắc phục” tổn thương bằng cách chèn bất kỳ DNA nào chúng gặp vào tế bào.
Một lý do khác khiến việc chuyển gen ngang là một yếu tố quan trọng ở các vi khuẩn là chúng thiếu các tế bào mầm chuyên dụng. Nếu DNA ngoại lai được đưa vào bộ gen của bất kỳ tế bào nào, nó sẽ được di truyền bởi bất kỳ con cháu nào của tế bào đó.
Ngược lại, ở động vật đa bào, bất kỳ DNA ngoại lai nào được đưa vào bộ gen của tế bào gan sẽ không được di truyền bởi bất cứ thứ gì. Vì vậy, bạn không chỉ phải đưa DNA ngoại lai vào nhân mà nó còn cần phải đi vào nhân của tế bào bên phải.
Việc chuyển gen ngang ở động vật đa bào, phức tạp được cho là rất hiếm. Khi các nhà nghiên cứu bắt đầu giải trình tự bộ gen của động vật, họ đã tìm thấy rất nhiều mẫu virus nằm rải rác trên hầu hết chúng.
Nhưng họ không tìm thấy nhiều đoạn DNA của vi khuẩn. Điều đó một phần là do phần mềm tập hợp bộ gen từ cá thể Tất cả các đoạn trình tự bộ gen đã được tạo ra để coi trình tự vi khuẩn là ô nhiễm.
Điều đó không phải là không hợp lý, vì chúng ta thường tạo ra rất nhiều bản sao DNA động vật bằng cách đặt nó vào vi khuẩn. Kể từ đó, chúng tôi đã phát triển các kỹ thuật cho phép chúng tôi sắp xếp trình tự DNA mà không cần tạo nhiều bản sao ở vi khuẩn.
Chúng tôi cũng có khả năng thu được các đoạn DNA kéo dài theo trình tự, đôi khi dài tới hàng nghìn bazơ. Các chuỗi DNA “đọc dài” này thường sẽ bao phủ cả hai ranh giới nơi trình tự vi khuẩn gặp trình tự động vật, làm rõ rằng phiên bản vi khuẩn không phải là kết quả của sự ô nhiễm.
Theo thời gian, người ta thấy rõ rằng hàng chục gen động vật có nguồn gốc từ việc chuyển gen ngang – bao gồm một số trong bộ gen của chính chúng ta. Và đó chỉ là gen.
Nếu bạn xem xét các khu vực của bộ gen không mã hóa gen thì sự đóng góp từ các loài khác sẽ lớn hơn đáng kể. Một nhóm nghiên cứu đã quyết định thu thập thông tin bằng cách lập một danh sách đầy đủ các DNA được chuyển theo chiều ngang được tìm thấy ở một nhóm các loài động vật có liên quan.
Họ chọn gián và họ có lý do chính đáng. Gián có họ hàng gần với mối.
Mối không nhận được nhiều nitơ trong chế độ ăn của họ là gỗ, phần lớn bao gồm polyme của các phân tử đường.
Để bù đắp điều đó, chúng dựa vào vi khuẩn nội cộng sinh có tên Blattabacter cư trú bên trong cơ thể mối và rất hiệu quả trong việc tái chế lượng nitơ sẽ được bài tiết dưới dạng chất thải ở các loài khác. Mặc dù chế độ ăn của gián đã đa dạng hóa đáng kể nhưng chúng vẫn bám vào vi khuẩn Blatta.
Vì những vi khuẩn này sống bên trong cơ thể động vật và được truyền sang các thế hệ tiếp theo bằng cách đặt vào trứng của chúng nên có rất nhiều cơ hội để chuyển gen ngang. Quả thực, có rất nhiều DNA Blattabacter ở loài gián.
Đặt độ dài tối thiểu là 50 bazơ, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy từ mức thấp là 93 trường hợp trình tự vi khuẩn đến mức cao là 4.900, tùy thuộc vào loài gián. Hầu hết chúng đều ngắn, kích thước trung bình chỉ dài 160 bazơ.
Tùy thuộc vào loài, 75% trở lên nằm ngoài vùng mã hóa gen. Một số phần chèn vào dường như đã có từ nguồn gốc của dòng dõi gián, và những phần khác được chia sẻ giữa các loài có liên quan chặt chẽ, cho thấy rằng chúng có nguồn gốc gần đây hơn.
Rõ ràng là hầu hết các trình tự này Các tổ chức này không thực sự làm được điều gì hữu ích cho lũ gián—chúng đến đó một cách tình cờ và đơn giản là không gây đủ thiệt hại cho quá trình tiến hóa để loại bỏ chúng.
Nhưng tần suất của chúng cho thấy rằng việc chuyển gen ngang là một hiện tượng khá thường xuyên, ít nhất là trong khoảng thời gian tiến hóa. Vì vậy, có thể việc chuyển gen ngang có thể đóng vai trò lớn hơn như một nguồn tạo ra sự đa dạng trong bộ gen của động vật hơn những gì chúng ta đánh giá cao.
PNAS, 2025. DOI: 10.1073/pnas.2604240123 ( Giới thiệu về DOI ).
Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm. Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin.
Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.