Horizontal Gene Transfer pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Gogarten, Maria Boekels (EDT)/ Gogarten Johann Peter (EDT)/ Olendzenski, Lorraine (EDT)

出品人:

頁數:551

译者:

出版時間:

價格:996.00 元

裝幀:

isbn號碼:9781603278522

叢書系列:

圖書標籤:

• 基因轉移
• 水平基因轉移
• 細菌遺傳學
• 分子生物學
• 進化生物學
• 基因組學
• 遺傳學
• 生物技術
• 微生物學
• 基因工程

基因的流動與演化：微生物世界的橫嚮基因轉移 (Horizontal Gene Transfer) 導言：生命之樹的枝杈交錯 在生命演化的宏大敘事中，我們通常習慣於“垂直遺傳”的綫性模型——基因從親代傳遞給子代，如同傢族譜係一樣清晰分明。然而，生命世界的真實圖景遠比這復雜和動態。在微生物的王國中，存在著一種截然不同的基因傳遞方式，它如同河流般跨越物種的界限，將全新的功能與適應性直接嵌入受體的基因組中。這就是橫嚮基因轉移（Horizontal Gene Transfer, HGT）。 本書旨在深入探討這一自然界中最具革命性和顛覆性的進化驅動力。我們將把讀者的目光引嚮細菌、古菌，乃至真核生物的細胞邊緣，揭示基因如何在它們之間自由遷徙、重組和整閤，從而重塑生物體的命運。我們不會僅僅停留在對現象的描述上，而是要深入剖析其背後的分子機製、生態學意義及其對全球生物圈的深遠影響。 --- 第一部分：機製的解剖——基因如何跨越物種的鴻溝 橫嚮基因轉移並非一個單一事件，而是一個由多種精確調控的分子過程構成的復雜工具箱。本部分將對HGT的三大經典路徑進行細緻入微的考察。 第一章：接納與吸收——轉化（Transformation） 轉化是微生物獲取周圍環境中“裸露”DNA片段的能力。這一過程看似簡單，實則依賴於精密的生理調控。我們將探究哪些物種錶現齣“可轉化態”（competence），細胞膜上如何形成臨時的轉運通道。對於鏈球菌屬（Streptococcus）等典型模式生物，我們會詳細解析其群體感應（Quorum Sensing）如何觸發轉化基因的錶達，使其在特定密度下啓動“基因搶奪”。此外，我們會討論雙鏈DNA進入細胞後如何與宿主基因組進行同源重組，實現穩定整閤，並追溯這種機製在肺炎鏈球菌（S. pneumoniae）中抗生素耐藥性基因傳播中的核心作用。 第二章：載體的媒介——接閤（Conjugation） 接閤被譽為“細菌的性行為”，是一種需要細胞直接接觸的、高效的基因轉移方式。本書將重點闡述F因子（Fertility Factor）或R因子（Resistance Factor）所攜帶的接閤基因簇（tra genes）。我們將解析F因子如何構建性菌毛（Sex Pilus），建立細胞間的橋梁。隨後，我們將詳細描繪DNA的單鏈復製與轉移過程（Rolling Circle Replication and Transfer）。不同類型的接閤係統（如F+與Hfr菌株的交配）如何導緻不同程度的基因組整閤，以及轉座子（Transposons）和整閤子（Integrons）如何搭乘這些接閤橋梁，成為耐藥性“超級載體”的推手。 第三章：病毒的僞裝——轉導（Transduction） 噬菌體（Bacteriophages）——感染細菌的病毒——是自然界中最活躍的基因載體。轉導可以分為“普遍性轉導”和“特殊性轉導”。在普遍性轉導中，我們將解析錯誤打包（Mistaken Packaging）的分子事件：噬菌體在復製過程中，錯誤地將宿主DNA片段封裝進新的病毒衣殼內，隨後將這些片段傳遞給下一個被感染的細菌。特殊性轉導則涉及噬菌體基因組與宿主染色體的精確整閤與切除，我們以λ噬菌體（Lambda Phage）為例，展示其如何精確地攜帶或遺失相鄰的宿主基因。通過這些分析，我們可以理解轉導在細菌群落內實現快速、定嚮基因擴散的強大能力。 --- 第二部分：演化的驅動力——HGT帶來的適應性優勢 橫嚮基因轉移不僅僅是一種機械的DNA移動，它是微生物界實現快速適應的“捷徑”。本部分將探討這些新獲取的基因片段如何改變受體的錶型和生態地位。 第四章：抵抗的擴散——抗生素耐藥性危機 抗生素耐藥性是當代醫學麵臨的最大威脅之一，而HGT是其擴散的根本原因。我們將全麵分析耐藥基因（Resistance Genes），如$eta$-內酰胺酶基因（$eta$-Lactamase）和氨基糖苷抗性基因，是如何通過質粒、轉座子和整閤子在不同細菌屬間迅速擴散的。我們將構建案例模型，追蹤特定耐藥基因從環境菌株到緻病菌株的HGT路徑，強調其對全球公共衛生的緊迫性。 第五章：新食譜的開啓——代謝與營養適應 HGT使得微生物能夠即時獲取新的代謝能力，以應對環境的劇變。我們將聚焦於次級代謝産物（Secondary Metabolites）和降解酶基因簇的轉移。例如，某些細菌如何通過HGT獲得降解持久性有機汙染物（如多環芳烴或農藥）的能力。通過分析特定的基因島（Genomic Islands），我們將展示微生物如何通過一次HGT事件，實現從“食腐者”到“化能自養者”的巨大生態位轉變。 第六章：毒性的塑造——緻病性基因的轉移 在緻病菌的進化史上，HGT扮演瞭“毒力增強劑”的角色。我們將詳細審視緻病性島（Pathogenicity Islands, PIs）的結構和功能。這些島嶼通常包含分泌係統（如III型、IV型分泌係統）、毒素基因、黏附因子等。通過比較沙門氏菌（Salmonella）和大腸杆菌（E. coli）中不同PIs的起源和內容，我們可以清晰地看到HGT如何將一個無害的共生菌轉變為具有高度侵襲性的病原體。 --- 第三部分：跨界的挑戰——真核生物中的HGT 雖然HGT在細菌中最為普遍，但其影響遠未局限於原核生物。本部分將探討基因流動如何影響真核生物，以及我們自身與微生物世界的“秘密契約”。 第七章：綫粒體與葉綠體的遺産 真核生物的細胞器——綫粒體和葉綠體——的起源本身就是一次古老的內共生事件。我們將迴顧這些事件如何形成穩定的基因組整閤，並探討在後續進化過程中，是否存在HGT將細胞器基因轉移到宿主細胞核內的現象，以及這些轉移對細胞功能穩態的影響。 第八章：動物的“微生物基因庫” 近年來，研究錶明，跨越微生物與多細胞生物之間的HGT事件也並非罕見。我們將呈現近年來最令人震驚的發現，例如某些昆蟲（如扁虱或蛾子）獲得瞭來源於細菌的聚酮閤成酶（PKS）基因，使其能夠閤成新的化閤物，用於防禦或化學信號傳遞。此外，我們將討論那些被認為起源於微生物的唾液蛋白或消化酶，它們如何被整閤到動物基因組中，從而改變瞭宿主與微生物群落之間的相互作用模式。 --- 結論：理解動態的生命網絡 橫嚮基因轉移顛覆瞭傳統的演化綫性觀，揭示瞭一個高度互聯的、基因不斷重組的生命網絡。理解HGT的機製和後果，不僅是理解微生物適應性進化和抗性傳播的關鍵，更是理解整個生物圈，包括人類健康在內，動態演化的基礎。本書的最終目的，是為讀者提供一個堅實的理論框架，用以解析生命演化中這一無處不在、且至關重要的“非傳統”基因流動現象。

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