Gene Flow第二彈——基因水平轉移

上一篇我們提到了基因垂直轉移，也就是遺傳的問題，那麼今天我們要探討一種新的基因轉移模式，那就是基因水平轉移。

大家一定聽說過超級細菌吧，這種細菌可以抵抗目前市場上已有的幾乎所有抗生素，對其有抗藥性，讓很多藥物失去了作用，可以說是具有極大的殺傷力。

比如2013年，英國的一種感染禽類的超級細菌LA-MASA，就是這一案例，由於缺乏有效地藥物，它肆虐了很多地方，給各地造成了嚴重的影響。

而超級細菌，就是基因水平轉移的一個典型案例，它可以吸收很多其他菌類的抗藥性基因，然後把自己打造成一個極為強大的細菌（細菌是一個很龐大的門類，我們一把土壤里的細菌都有好幾千種以上）。

那這個基因水平轉移到底是怎麼回事呢？

基因水平轉移

基因水平轉移horizontal gene transfer, HGT，又稱側向基因轉移（lateral gene transfer, LGT）是指差異生物個體或細胞之間遺傳物質的傳遞。

這裡的差異，和我們提到的遺傳不一樣，它不是親本和後代之間的轉移。這種差異，可以是同一個物種不同個體，也可以是不同物種之間的轉移。不依賴於親緣關係，可以說是跨越了物種的界限，因此也更吸引人們的關注。

分類：

我們根據是否有人的主動參與，可以將其分為兩大類：

1，天然基因水平轉移

2，人工基因水平轉移

一、天然的基因水平轉移

基因水平轉移，最早是在自然生物鐘發現的，因為我們發現不少生物的基因組中，並不純粹是自己的成分，而是包含了其他物種的組成。他們彼此之間差異巨大，然而卻獲取了相應的基因。

後來科學家們發現了現實中存在的基因水平轉移。

通俗的講，就是一個生物把基因送給了另一個生物。

它不需要親緣關係（比如雙親和後代）就丟過去了。

根據基因水平轉移的方式，我們可以簡單的分為三大類——

第一類：需要兩個物種結合後傳遞遺傳物質

如下圖所示，左邊的細胞和右邊的細胞粘合在一起，然後他們的細胞質也可以溝通了。

於是一些遺傳物質就從一個細胞跑到了另一個細胞里。

第二類：需要藉助媒介的辦法

這種情況下是指通過第三方的一些成分，比如病毒來實現基因轉移。

比如上圖，噬菌體是一種專門針對細菌的病毒，而噬菌體可以將一個左邊細胞的基因傳遞地給另一個細胞。

說起這個研究，還是在上世紀發現的，當時科學家在研究鼠傷寒沙門氏菌的時候發現，細菌之間會互通有無，比如一些缺陷的細菌竟然會獲得完整細菌的功能，其方式就是通過噬菌體去傳遞的。

第三種：不需要媒介，直接吸收

第三種是一種更加犀利的做法，他們可以直接吸收基因。常見的例子是通過質粒。

質粒是一種存在於細菌或者酵母菌中的環狀DNA，這些質粒是獨立於生物的基因組，然後他們本身會發揮一些額外的作用，如有的質粒可以利用營養，如可以進行固氮的質粒，有的質粒可以產生毒性，有的質粒則可以產生抗生素等。

比如生物固氮的根瘤菌中，其固氮的部分成分就剛好位於質粒上。

下圖是一個大腸桿菌的質粒。

圖中藍色部分是大腸桿菌的DNA，而紅色小圈就是質粒，它上面具有抗生素抗性的基因。

而細菌之間就可以彼此之間傳遞質粒，從而把相應的基因傳遞過去。

舉個例子：一個A細菌，可以直接把自己的抗性基因送給B細菌，然後B就獲得了。

這種屬於比較常見的，通過媒介的辦法(質粒，病毒等）

更有牛逼的，連媒介都不用，直接送基因。

比如，大腸桿菌可以直接從環境中吸收DNA，然後整合到自己的身上，成為了一個新的大腸桿菌。

基因水平轉移，已經被廣發的發現於自然界中，不僅僅是低等的生命如細菌病毒等，在一些高等生物中也被發現了。

比如，美國的甜菜花可以抗草甘膦這種除草劑，然後科學家發現，過了一段時間，整個地方的植物，不少都也獲得了這種抗草甘膦的特性。

原來，這是因為花粉的隨風擴散或者被蜜蜂蝴蝶等傳播，使得其他植物也獲得了相應的基因功能。

因此，基因水平轉移又被稱作天然轉基因。

那麼，既然有了天然的水平轉移，那就一定有人工的水平轉移，也就是轉基因

二、轉基因——人工基因水平轉移

提到人工基因水平轉移，也許大家對此比較陌生，但是轉基因這三個字，大家一定聽說過。

轉基因就是典型的人工基因水平轉移。

轉基因就是利用這種基因水平轉移的特性，人工的把一些其他生物的基因轉移到目的生物中。

比如著名的黃金大米就是這麼來的。科學家們把來自玉米的基因轉移到了大米中進行表達，形成了黃金大米。

下圖是普通大米和黃金大米的顆粒照片：

黃金大米的以主要在於補充食物中維生素A,維生素A的缺乏會導致失明和免疫水平的低下。而β胡蘿蔔素在人體中可以轉化為預成維生素A，在黃金大米中，β胡蘿蔔素含量非常高，可以滿足50%的兒童日常所需維生素A。

除了營養方面，還有其他方面的，比如對於植物抗蟲性的改變，如著名的抗蟲棉，就是轉進了一種來自細菌的、可以專門破壞棉鈴蟲消化道的Bt殺蟲蛋白，從而對棉花的種植具有較大意義。

儘管對於轉基因的爭議很大，事實上，大部分的食物其實不是轉基因的，根據國家批准，目前我們市場上的轉基因分為三種類型：允許種植2種，允許進口5種和已淘汰2種。

——第一種是農業部批准在中國種植的轉基因作物——

目前只有兩種：棉花和番木瓜。

已完成審批，未進入商業化種植，正在實驗狀態的有兩種：水稻，玉米。

——第二種：批准進口用作加工原料的轉基因作物——

目前有以下幾種：大豆、玉米、油菜、棉花和甜菜。

——第三種：被淘汰的轉基因作物：甜椒、番茄——

兩者曾經在中國種植，現在已經淘汰。

好了，通過上述的內容，相信大家對基因水平轉移有所了解了，基因水平轉移分為天然的和人工的，天然的基因水平轉移可以通過細胞結合、媒介物質或者直接吸收的辦法實現。而人工的基因水平轉移，就是我們常見的轉基因。

原創聲明：

1. 本文為創享空間特邀科普作者李雷的原創文章，歡迎分享至朋友圈，轉載請務必聯繫後台，感謝支持原創！

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