原核生物における水平遺伝子導入：定量化と分類

細菌、古細菌、真核生物のゲノムの比較分析は、原核生物ゲノムの遺伝子のかなりの部分が水平移動の影響を受けていることを示しています。場合によっては、水平遺伝子移動の量と供給源は、生物のライフスタイルにリンクすることができます。たとえば、細菌性高血球症は他の細菌よりも多くの細菌と遺伝子を古細菌と交換したように見えますが、真核生物遺伝子の特定のクラスの移動は、寄生性および共生細菌で最も一般的です。水平移動イベントは、新しい遺伝子の獲得、既存の遺伝子のパラログの獲得、および異種遺伝子変位の明確なカテゴリに分類できます。これらのタイプの水平遺伝子導入はそれぞれ、原核生物の間で一般的ですが、それらの相対的な寄与は系統によって異なります。水平に伝達された遺伝子の固定と長期的持続性は、レシピエント生物に選択的な利点を付与することを示唆しています。ほとんどの場合、この利点の性質は不明のままですが、細菌による真核生物遺伝子の獲得のいくつかの症例の詳細な調査は、関与する進化力を明らかにしているようです。例には、いくつかの細菌による真核生物からの獲得が抗生物質耐性に関連しているイソロシル-TRNAシンテターゼ、植物から明らかに植物から獲得された細胞内寄生虫細菌、リケッチア、および植物、およびシラミアの病原性を含む可能性のあるプロテアーゼによって獲得されたATP/ADPトランスレーマーが含まれます。

Comparative analysis of bacterial, archaeal, and eukaryotic genomes indicates that a significant fraction of the genes in the prokaryotic genomes have been subject to horizontal transfer. In some cases, the amount and source of horizontal gene transfer can be linked to an organism's lifestyle. For example, bacterial hyperthermophiles seem to have exchanged genes with archaea to a greater extent than other bacteria, whereas transfer of certain classes of eukaryotic genes is most common in parasitic and symbiotic bacteria. Horizontal transfer events can be classified into distinct categories of acquisition of new genes, acquisition of paralogs of existing genes, and xenologous gene displacement whereby a gene is displaced by a horizontally transferred ortholog from another lineage (xenolog). Each of these types of horizontal gene transfer is common among prokaryotes, but their relative contributions differ in different lineages. The fixation and long-term persistence of horizontally transferred genes suggests that they confer a selective advantage on the recipient organism. In most cases, the nature of this advantage remains unclear, but detailed examination of several cases of acquisition of eukaryotic genes by bacteria seems to reveal the evolutionary forces involved. Examples include isoleucyl-tRNA synthetases whose acquisition from eukaryotes by several bacteria is linked to antibiotic resistance, ATP/ADP translocases acquired by intracellular parasitic bacteria, Chlamydia and Rickettsia, apparently from plants, and proteases that may be implicated in chlamydial pathogenesis.