我们“外来”基因的起源

根据发表在《基因组生物学》上的一项研究，包括人类在内的许多动物，在远古时期都是从共同生活环境的微生物那里获得了必需的“外来”基因。论文作者阿拉斯泰尔克里斯普告诉我们更多。

细菌不仅可以复制基因并将其遗传给后代（垂直基因转移（VGT）），还可以通过水平基因转移（HGT）机制将其基因相互传递。

这使得有利的基因，如抗生素抗性基因，能够在细菌间迅速传播，因此，它在细菌进化中可能比更常见的VGT发挥更大的作用。知道HGT在细菌中扮演着如此重要的角色，了解它在动物身上发生的程度是很重要的，这样我们就能了解它在进化中扮演了什么角色。

HGT在动物中的作用是有争议的。早期对人类HGT的研究预测有许多基因参与其中，但随后的研究（包括这里和这里的论文）发现使用的方法存在问题，这一想法广受质疑。

最近在无脊椎动物中的研究发现，在寄生虫（细菌和真菌）与其宿主（昆虫和线虫）之间存在HGT，但研究的重点是特定的配对，或者至多是少数密切相关的物种。

在我们最近的基因组生物学论文中，我们选择了观察来自动物界的物种，在我们观察的每一个物种中，我们都发现了HGT的证据。我们发现了一些以前检测到的HGT，但我们也发现了许多新的“外来”基因，而且数量比以前多得多。这表明，HGT并非局限于简单的单细胞生物（如细菌）或特定关系（如寄主-寄生虫配对），而是存在于所有物种中。

在人类中，我们确认了17个先前在早期研究中报告为外来基因的基因被HGT获得，并确定了128个在该研究中尚未报告的外来基因。其中包括少量基因，如ABO血型基因，这些基因在随后的论文中被鉴定为是脊椎动物通过HGT获得的。大多数基因与代谢相关酶有关。

HGT的水平远低于细菌中的水平，据估计，在细菌中，81%的基因可能在某个时刻与HGT有关，因此HGT在动物进化中的作用可能比细菌进化中的作用小。

我们在每个物种中都看到了HGT含量的变化，但有趣的是，脊椎动物和无脊椎动物之间的差异要比两个物种之间的差异小。我们还发现有证据表明，平均而言，脊椎动物HGT发生的时间比无脊椎动物HGT早，并且在最近的脊椎动物进化中所起的作用可能比在最近的无脊椎动物进化中所起的作用小。

在分析基因时，我们通常会互相比较它们的序列，如果序列是相关的，我们假设它们来自一个共同的起源。当研究的基因来自不同的物种时，我们假设这意味着不同的物种是相关的，基因的共同起源是在它们的共同祖先中。然而，考虑到HGT，可能是基因的共同起源实际上是在一个完全不同的有机体中，并且它被转移到每个不同的物种中。

在我们的研究中，我们已经看到了一些被认为有密切关系的基因实际上来自不同的物种，其中一个由普通的VGT遗传，另一个由HGT遗传。这一点很重要，因为我们根据现代基因和物种与之相关的模型，推断出关于过去基因和物种的信息，而这些信息我们无法研究，因为它们已经不存在了。这项研究意味着我们需要重新评估我们的进化模型，以考虑到HGT的贡献。

HGT还为我们提供了一个研究基因组进化机制的机会。当HGT获得一个新基因时，它可能会被改变以适应新的物种。很有可能，这种机制与任何新基因进化过程中使用的机制相同，因此通过观察HGT，我们可以深入了解所有基因。