垂直と水平遺伝子移動の違い

遺伝子導入とは、生物間で遺伝子を移動させたり交換したりすることです。機能的な遺伝子を持つDNAが生物間で交換され、ゲノムの構成が変化する。垂直的な遺伝子移動と水平的な遺伝子移動の2種類に分けられる。遺伝子の水平伝播とは、無関係な個体間で遺伝子が移動することである。垂直的遺伝子移入とは、遺伝子が母親から子孫に移動することである。これが垂直的遺伝子導入と水平的遺伝子導入の決定的な違いである。生物間では垂直的な遺伝子移動が一般的であるが、水平的な遺伝子移動はあまり一般的ではない。

目次1.概要と主な違い2.垂直的遺伝子導入とは3.水平的遺伝子導入とは。横並び比較-垂直的遺伝子導入と水平的遺伝子導入5.まとめ

垂直的遺伝子導入は何ですか？

垂直的遺伝子導入とは、親から子への遺伝子導入の方法である。有性生殖、無性生殖、あるいは人工的なメカニズムで発生します。このプロセスは、近縁の生物間で起こる共通のメカニズムである。ゲノムは、生物内で世代から世代へと自然に受け継がれる垂直的な遺伝子転移によってもたらされます。植物育種では、重要な遺伝子をF1世代に移行させるために、意図的に垂直遺伝子導入が行われる。2つの植物を性的に交配し、遺伝子を混ぜて次の世代に渡す。そうすることで、貴重な形質を子孫に残し、次世代に循環させることができるのです。

細菌では、無性生殖の方法として最も一般的なのは二回分裂である。二体核分裂では、同じ細菌細胞が2つできる。バクテリアの垂直的遺伝子導入法の一例である。ヒトの場合、エイズと呼ばれるこの病気は、母親や父親から赤ちゃんへ、遺伝子の垂直移動によって感染します。

図01: 二元分裂中のバクテリアの垂直的な遺伝子移動

水平遺伝子移動は何ですか？

遺伝子水平移動とは、無関係な生物間で遺伝子が移動する仕組みのことである。遺伝子水平移動とも呼ばれる。異なる種間など、異なるゲノム間で発生する。遺伝子導入により、生物はさまざまな特性を獲得する。遺伝子水平移動は、親から子への遺伝子移動とは異なります。

遺伝子の水平伝播は、生物が多種多様なDNAを持っていることで容易になっている。トランスポゾン（ジャンプする遺伝子）、プラスミド（非染色体円形DNA）、ファージ（ウイルスに感染した細菌）など、主に移動性の遺伝子要素である。いくつかのメカニズムで発生します。

遺伝子の水平伝播の仕組み

トランスフォーメーション

原核生物は特に、プラスミドという形で遊離したDNAを取り込むことができる。

バクテリアの結合

一時的に結合した2つの細胞間で起こる有性生殖の一形態。スプライシングの過程で、Fプラスミドがドナーからレシピエントに移動し、図02に示すように、2つの生物間で遺伝物質が移動することになる。これが、遺伝子レベルの移動の主なメカニズムです。

トランスダクション

ファージは、細菌に感染する際に自分のDNAを注入することができ、その結果、2回目の感染時に2つの細菌間で遺伝子転移が起こります。これは、一般化されたトランスダクションと特殊化されたトランスダクションと呼ばれる2つのプロセスによって行われます。

遺伝子水平伝播の応用

遺伝子水平移動は、遺伝子工学において幅広い応用が可能です。水平方向の遺伝子導入では、外来DNAは組換えであるか、またはレシピエント生物のゲノムに**含まれていることがあります。新たな成長と重要な機能の獲得により、受け皿となる。原核生物と真核生物の適応と進化において、遺伝子の水平伝播は非常に重要である。進化は、自然淘汰によって有利な形質が選別されることで促進される。生物の中には、適応や進化に有用な遺伝子を、遺伝子の水平伝播によって獲得するものがあります。例えば、細菌が抗生物質耐性を獲得するのは、遺伝子の水平伝播の結果である。

近縁の分類群では、非常に異なる種よりも水平方向の遺伝子移動が好まれる。また、同じ微小環境下にある細菌間でも起こりうる。

図02：スプライシング中のバクテリアの水平方向の遺伝子移動

垂直と水平遺伝子移動の違い

概要 - 垂直 vs. 水平遺伝子移動

遺伝子移転は、親族間でも非親族間でも起こり得ます。遺伝子導入には、大きく分けて垂直的なものと水平的なものがある。親と子の間では、垂直的な遺伝子移動が起こります。生殖や植物の交配では、親から子へ遺伝子が受け継がれます。遺伝子の水平伝播は、血縁関係のない異種間で起こる。垂直的な遺伝子導入は不可能である。しかし、プラスミド、ジャンピング遺伝子、ファージなどのDNA要素の移動により、スプライシング、トランスダクション、トランスフォーメーションを通じて、生物内で遺伝子が水平に交換される。遺伝子水平移動は、真核生物よりも細菌や古細菌の方がよく行われる。これが垂直的遺伝子導入と水平的遺伝子導入の違いである。

参考文献：1.Hotop, Julie C. Dunning.「細菌と動物の間の遺伝子水平移動」Trends in Genetics: TIG.u、米国国立医学図書館、2011年4月。レティクラム 2017年5月9日ロジャース、カーラ「遺伝子水平移動」Encyclopedia Britannica.ブリタニカ百科事典、2016年11月22日。Web. 9 May 2017. https://www.britannica.com/science/horizontal-gene-transfer3. DNA Transfer from Bacteria to Eukaryotes〉, MBio. n, p. 12 July 2016.Web. 2017年5月9日