《科學》焦點文章：細菌基因跳躍

來自美國奎格文特研究所(J. Craig Venter Institute)基因組研究院，羅徹斯特大學（University of Rochester），New England Biolabs公司，華盛頓大學醫學院等處的研究人員發現生活在昆蟲，線蟲，以及其它真核生物內的細菌實際上比以往所認為的更頻繁將基因傳遞進宿主。這一研究成果公布在《Science》雜志在線版上。

羅徹斯特大學的John Werren認為，“這可以被認為是生物體獲得新基因，進化出新特征的一種快速機制。”

原文檢索：
Published Online August 30, 2007
Science DOI: 10.1126/science.1142490
Widespread Lateral Gene Transfer from Intracellular Bacteria to Multicellular Eukaryotes
[Abstract]

遺傳物質在世代間或不同個體之間傳遞的方式可分為兩種：縱向垂直式和橫向擴展式。縱向垂直式傳遞是指遺傳物質從親代傳到子代，這種子代獲得親代所具有的遺傳特性現象，是自然界中最廣泛存在的一種遺傳物質傳遞方式，在經典遺傳學中已經有充分的表述。

遺傳物質的橫向傳遞在遺傳學中缺少綜合的論述，通常僅有關于轉化和轉導的介紹。與縱向垂直式遺傳過程一樣，遺傳物質橫向傳遞的研究也有著漫長而艱難的研究歷史，Avery 等發現的肺炎雙球菌轉化現象的實質是遺傳物質由一種肺炎雙球菌轉移到了另一種肺炎雙球菌的細胞中，使后者的遺傳物質組成發生了改變，這是發生在同種生物不同個體之間、沿平行方向進行的單方向的遺傳物質轉移。自然界中遺傳物質的橫向傳遞還可發生在不同物種的生物個體之間，病毒就是最典型的證據。

根據基因或遺傳物質的起源及其在細胞間的轉移方向，可將遺傳物質的橫向傳遞分為3類：①從細菌細胞到細菌細胞；②從細菌細胞到真核細胞；③從真核細胞到真核細胞。已發現細菌細胞之間遺傳物質的橫向傳遞有轉化(transfer)、細菌接合(bacterial conjunction)、轉導(transduction)等方式，細菌之間的這種橫向遺傳物質轉移在細菌進化過程中起到重要的作用。細菌與真核細胞之間的遺傳物質橫向傳遞，最典型例證是土壤農桿菌可利用其自身的Ti質粒將遺傳物質轉移到植物細胞的染色體上。

在這篇文章中，研究人員發現細菌實際上比以往所認為的更頻繁將基因傳遞進宿主，而且這一發現也將影響真核生物測序。細菌序列通常在此類測序中都是被認為是污染，不被考慮在序列之內的，但是文章作者，奎格文特研究所的Julie Dunning Hotopp表示，“細菌序列也許并不是污染，而是基因傳遞的結果。”

長久以來遺傳學家都在討論細菌基因傳遞到真核生物的傳遞范疇，為了搞清楚這一問題，Werren等人檢測了細菌Wolbachia pipientis——這是一種母性遺傳微生物，能感染線蟲類的卵子和精子，覆蓋范圍涉及至少20%的昆蟲物種。近期的研究發現一種豆蟲(bean beetle)和兩種線蟲中存在Wolbachia的基因，但是這一結果仍然受到質疑。

奎格文特研究所等處的研究人員利用逆轉錄PCR分析發現Wolbachia基因的2%，即28/1206，會在未感染的果蠅中轉錄，這也就是說這些基因確實在宿主生物體中扮演了角色。Dunning Hotopp表示進一步的研究將分析這些基因是否在不同的器官中轉錄，或者翻譯成蛋白。

但是目前這種機制只發現存在于非脊椎動物中，并不清楚脊椎動物是否也存在同樣的機制，遺傳物質的橫向傳遞缺失確實的證據，這是由于通常在脊椎動物germ cells中或附近很少發現bacteria，這一過程可能發生在細菌和脊椎動物體細胞之間，但是由于這些基因不能被后代遺傳，因此即使是有廣泛傳播的，但也“很難去檢測和研究。”