Horisontaalne geeniülekanne

Ajalugu

1951. aastal täheldati horisontaalset geeniülekannet esmakordselt. Artiklis kirjeldati kuidas virulentsusgeeni ülekandumise tagajärjel muutus avirulentne Corynebacterium diphtheriae tüvi virulentseks. Sellega lahendati ka difteeria mõistatus (bakteriga nakatunud patsientidel ei pidanud esialgu haiguslikke sümptomeid esinema, need võisid aga hiljem tekkida). See fenomen oli ühtlasi esimeseks näiteks lüsogeense tsükli olulisusest.
1959. aastal kirjeldati esimesena bakteritesisest geeniülekannet. Väljaandes demonstreeriti antibiootikumiresistentsuse edastamist ühelt bakteriliigilt teisele. 1980. aastate keskel ennustas Syvanen , et on olemas lateraalne geeniülekanne, millel on bioloogiline tähtsus ning mis on osalenud evolutsioonilise ajaloo kujundamises Maal alates elu tekke algusest.
1999. aastal märkisid Jain, Rivera ja Lake: "Geenide ja genoomide uuringud näitavad, et prokarüootide vahel on toimunud märkimisväärselt palju horisontaalseid geeniülekandeid  ning sel protsessil on tähtsus ka üherakuliste eukarüootide hulgas ja protistide evolutsioonis."
Levimus ja olulisus hulkraksete eukarüootide seas on tänapäeval veel ebaselge.
Järjest kasvava tõendusmaterjali valguses, mis vihjab selle fenomeni evolutsioonilisele olulisusele, on molekulaarbioloogid horisontaalset geeniülekannet kirjeldanud ka kui "uut paradigmat bioloogias".
On kardetud, et see protsess kujutab endast varjatud ohtu, kuna võimaldab transgeense DNA levimist liikide vahel.

Viirused

Viirus nimega Sputnik nakatab amööbe, kuid ei suuda paljuneda, kui Mimiviirus pole eelnevalt sama rakku nakatanud. Kuigi Sputniku 13. geenil on vähe ühist ühegi teise teadaoleva geeniga, on kolm neist lähedalt suguluses Mimi- ja Mamaviiruse geenidega. See võimaldab oletada, et satelliitviirus saab teostada horisontaalset ülekannet viiruste vahel analoogselt bakteriofaagidele, mis vahendavad geneetilist informatsiooni bakterite vahel.

Prokarüoodid

Horisontaalne geeniülekanne on bakterite hulgas väga levinud, seda ka evolutsiooniliselt kaugete liikide vahel. Arvatakse, et see protsess on oluliseks põhjuseks kasvavale ravimiresistentsusele. Üks bakterirakk, omandades resistentsuse, kannab vastavad geenid kiiresti üle teistele liikidele. See protsess mängib rolli ka virulentsusfaktorite, eksotoksiinide ja -ensüümide levikus. On välja pakutud strateegiaid, võitlemaks kindlate bakteriaalsete infektsioonide vastu, mille sihtmärgiks oleksid spetsiifilised virulentsusfaktorid ja mobiilsed geneetilised elemendid.

Kunstlik horisontaalne geeniülekanne

Insenergeneetika on põhimõtteliselt geenide ülekandmine horisontaalselt, kuigi selleks kasutatakse kunstlikke ekspressioonikassette. "Uinuva kaunitari" transposoonsüsteem  arendati välja sünteetiliseks geene ülekandvaks vahendajaks, mis baseerus teadaoleval Tc1/meremees-transposoonide võimes sisse tungida väga erinevate liikide genoomidesse. Seda süsteemi on kasutatud geenijärjestuste sisendamiseks mitmete loomade genoomidesse.

Tähtsus evolutsioonis

Horisontaalne geeniülekanne on võimalikuks segavaks faktoriks fülogeneesipuude konstrueerimisel ühe geeni järjestuse järgi. Näiteks kui kaks omavahel kaugelt suguluses olevat bakterit vahetavad geeni, siis neid liike sisaldaval puul märgitakse nad lähedasteks sugulasteks, kuna võrdluse aluseks olev geen on identne. Seda isegi siis, kui ülejäänud geenid on erinevad. Seetõttu on tihti parem kasutada teistsugust informatsiooni fülogeneesipuudelt järelduste tegemiseks, nagu geenide olemasolu või puudumise hindamine ja kaasata fülogeneetilisse analüüsi võimalikult lai valik geene.
Levinuim geen, mille põhjal koostatakse prokarüootide fülogeneetilisi suhteid, on 16S rRNA geen. Selle järjestused on küllalt konserveerunud lähedaste sugulaste määramiseks, kuid samas piisavalt muutuvad, et erinevusi mõõta. Viimastel aastatel on arutletud, et ka need geenid võivad horisontaalselt üle kanduda. Ehkki see võib toimuda harva, tuleks siiski 16S rRNA põhjal konstrueeritud fülogeneesipuid uuesti hinnata.
Bioloog Johann Peter Gogarten soovitab, et hiljutiste genoomianalüüside valguses tuleks traditsiooniline "puu" asendada "mosaiigiga", mis kirjeldaks erineva ajalooga geenide kombinatsiooni genoomides. Ning "võrk" oleks sobiv metafoor visualiseerimaks tihedat geeniülekannet mikroobide vahel.
Kasutades üksikuid geene fülogeneetiliste markeritena, on horisontaalse geeniülekande tõttu raske jälgida organismi fülogeneesi.