Horisontell genöverföring – ett genetiskt utbyte mellan arter
I och med den snabba utveckling av tekniker för att analysera DNA kan man idag bestämma sekvensen av en arts hela genom relativt enkelt, snabbt och billigt. DNA-sekvenserna laddas sedan upp digitalt i stora databaser. Där kan forskare gå in och jämföra DNA från olika arter. Det är vid sådana jämförelser som det visat sig att överföring av DNA mellan helt obesläktade arter är betydligt vanligare än man tidigare trott.
Hur går det till? En teori är att virusinfektioner banat väg för horisontell genöverföring. Virus har en unik förmåga att infektera och foga in nytt DNA i en organisms genom. Även bakterier har olika strategier för att föra in sitt DNA till exempel i andra bakterier. Det är ett sätt att öka den genetiska variationen hos en organism som inte ägnar sig åt sexuell förökning.
De första växterna på vår planet var vattenlevande alger. Forskare har visat att gener från jordbakterier hjälpte växterna upp på land.
De första landlevande växterna ”stal” gener från bakterier
En geléklump på en våt sten ledde till upptäckten att jordbakterier troligtvis hjälpte växterna att erövra land. År 2006 hittade en tysk fykolog (algexpert) denna geléklump som visade sig vara en ovanlig alg som fick det latinska namnet Spirogloea muscicola.
De första växterna på jorden var vattenlevande alger. För att överleva på land krävdes helt nya egenskaper. Den tyske forskaren med samarbetspartners visade att dessa egenskaper troligtvis ”stulits” från en helt annan art, en jordbakterie som varit landlevande i miljarder år.
Forskarna hittade 902 gener som Spirogloea muscicola (och en nära släkting till den) delade med landlevande växter. Dessa gener saknades i andra alger. Det rörde sig bland annat om gener som gör att algerna kan klara av uttorkning och andra stressfaktorer.
Gener från jordbakterien har någon gång under evolutionens gång fogats in i algernas genom. På så sätt verkar algerna fått egenskaper som hjälpt dem ta sig upp på land. Från de alger som tog första ”steget” har fler och och fler landlevande växter utvecklats.
En jordbakterie som visade vägen för genteknik
Jordbakterien Agrobacterium tumefaciens har som överlevnadsstrategi att modifiera växter genetiskt. Det var faktiskt bakteriens metod som visade forskare hur växter kan modifieras. Än idag används A. tumefaciens för att föra in nya gener i växter.
A. tumefaciens infekterar en skadad växt i övergången mellan rot och skott och orsakar krongallsjuka. Vid platsen för infektion blir det en tumörliknande utväxt som beror på att bakterien fört över några av sina gener till växten som påverkar nivåerna av tillväxtreglerande ämnen. De får växtcellerna att dela sig okontrollerat. Dessutom för bakterien över gener som får tumörcellerna att producera ämnen, opiner, som den livnär sig på.
Gen från en växt skyddar skadeinsekt mot gifter
Växter producerar en rad giftiga ämnen för att skydda sig mot angripare. Trots detta fungerar många växtarter som föda för insekter.
Nu har forskare hittat en anledning till att sorts lus som kallas för vita flygare kan äta giftiga växter utan att ta skada. De har helt enkelt ”stulit” en växt-gen och integrerat den i sitt eget genom. Det protein som genen kodar för skyddar insekten mot de skadliga ämnen som växter producerar.
Forskarnas teori är att genöverföringen har skett när ett virus infekterat växten. Virus har en förmåga att integrera nya gener i en DNA-sekvens. Enligt teorin skulle vita flygare ätit av en virusinfekterad växt och fått i sig både virus och växt. Viruset integrerade då en gen från växten i insektens genom. Eftersom genen gav den vita flygaren en fördelaktig egenskap – att stå emot växtgift – så spred sig genen inom arten.
Många odlade växter innehåller bakterie-DNA
Forskare har visat att gener från en jordbakterie finns i så väl odlade som vilda växter. Bland de arter som naturligt modifierats finns humle, valnöt, wasabi, jordnöt, trädgårdsnejlika, amerikanskt tranbär, vitblära, gulsporre och flera arter av tobak.
När DNA:t hos 291 sorter av sötpotatis analyserades visade det sig att de innehåller flera fungerande gener från bakterier. Bakterie-DNA:t i sötpotatisen är uppdelat i två stora sekvenser. Den ena DNA-sekvensen innehåller fyra bakteriegener och den andra fem. Den ena av dessa sekvenser är placerad mitt i en sötpotatisgen, en gen som troligtvis fungerade innan bakterie-DNA:t blev en del av sötpotatisens genom och inaktiverade den.
Att alla undersökta sötpotatissorter innehåller aktiva bakteriegener skulle kunna betyda att en eller flera av dessa gener gett sötpotatisen egenskaper som var fördelaktiga sett ur människans perspektiv. Det skulle i sin tur kunna innebära att människan under domesticeringen valde ut just de vilda föregångare till sötpotatisen som modifierats med bakteriegener.
Ormbunkar klarar svagt ljus med en gen från mossa
De flesta växter känner av och växer mot blått ljus, men när ljuset filtreras genom det bladverk ormbunkar lever under innehåller ljusspektrat mer rött ljus.
Ormbunkars förmåga att blomstra i svagt ljus har kopplats till utvecklingen av en ny gen. Genen kallas neokrom och har uppstått när två gener slagits ihop och blivit till en. Ursprungligen producerade den ena genen ett protein som känner av blått ljus och den andra ett protein som känner av rött.
Forskarna tror att neokrom-genen spelat en betydande roll när det gäller utvecklingen av ormbunkars mångfald. Neokrom-genen uppstod inte i en ormbunke utan är en horisontellt överförd gen från nålfruktsmossa.
Gräset fårsvingel klarar anpassning med extra gen
Gräset Alloteropsis semialata har visat sig ha 59 främmande gener i sitt genom, gener som härstammar från minst nio andra arter. De flesta av de horisontellt överförda generna är aktiva och har gett gräset nya egenskaper.
Aktiva horisontellt överförda gener har även hittats i fem andra arter av gräs. En av forskarna som studerat horisontell genöverföring i gräs uttrycker det på följande sätt: ”Grasses are simply stealing genes and taking an evolutionary shortcut.”
På gräsmarkerna på Ölands alvar finns många olika livsmiljöer, bland annat varierar jordmånen från vått till torrt och från lågt till högt pH-värde. Även höjden på vegetationen varierar. Fårsvingel är ett gräs som är vida spridd i alla dessa miljöer.
I fårsvingelns genom finns en gen som är viktigt för växtens ämnesomsättning. Genen finns i alla fårsvingelplantor, men vissa individer har en extra kopia av genen som de, via horisontell genöverföring antagligen fått från ett gräs ur släktet gröe. Den extra genkopian medverkar troligtvis till att fårsvingeln kunnat anpassa sig till så många olika livsmiljöer.
En lus som lever i symbios med bakterier
Ullsköldusen lever enbart av växtsafter, en diet som leder till brist på essentiella aminosyror. Det som gör att lusen trots allt lever och frodas är att den lever i symbios med två arter av bakterier, Tremblaya priceps och Moranella endobia.
Den ena bakteriearten, Moranella, lever inuti Tremblaya som i sin tur lever inuti lusen. Tillsammans bidrar de två bakteriearterna till att de aminosyror som lusen behöver för sin överlevnad produceras.
Bakterien Tremblaya har också svårt att klara sig själv. Bakterien har ett väldigt litet genom och saknar många livsviktiga gener, ändå överlever den på något vis. Det beror på att lusen som Tremblaya lever inuti har gener från minst tre andra bakteriearter i sitt genom som Tremblaya kan ”låna”. Så även om det idag bara är tre arter som lever i symbios är det genetiskt material från sex arter som får symbiosen att fungera.
Tremblaya-bakterier som lever i en annan art av ullsköldlus klarar sig utan det symbiotiska förhållandet med Moranella. När dessa bakteriers genom studerades visade det sig att de har 50 fler gener än de som lever i symbios med Moranella. Bland annat gener som gör att den kan producera essentiella aminosyror utan hjälp av Moranella.
Transposoner kopierar in sig själva och skapar variation
Ingen variation – ingen evolution. Transposoner är en typ av DNA-sekvens som kan skapa genetisk variation. De är DNA-sekvenser som har förmåga att kopiera sig själva och klistra in sig på ett nytt ställe i genomet. Om en ny kopia hamnar mitt i en gen kan genen slås av helt eller uttrycket från genen förändras.
Vissa egenskaper som modifierats av transposoner har vi människor hjälpt till att bevara. Blodapelsinen uppstod till exempel när en transposon placerade sig intill en gen som heter Ruby på ett sätt så att produktionen av rött pigment aktiveras. För att det röda pigmentet ska bildas krävs både sol och kyla under mognadsprocessen. Den enda tillförlitliga platsen att odla blodapelsiner är kring vulkanen Etna på Sicilien där odlingsförhållandena är idealiska. Ruby-genen finns även i de gula apelsinerna men där är den inte aktiv.
De olika färgerna på prydnadsväxten ”Blomman för dagen” beror nästan uteslutande på transposoner, liksom den ovala formen på vissa tomatsorter.
Den forskare som upptäckte transposoner var Barbara McClintock. För sin upptäckt tilldelades hon Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1983.
Uppdaterad 2025-05-27
