Horizontální přenos genů (HGT), také laterální přenos genů (LGT), je jakýkoli proces, při kterém organismus přenáší genetický materiál do jiné buňky, která není jeho potomkem. Naproti tomu vertikální přenos nastává, když organismus obdrží genetický materiál od svého předka, např. od svého rodiče nebo druhu, ze kterého se vyvinul. Většina myšlení v genetice se zaměřila na převládající vertikální přenos, ale v poslední době existuje povědomí, že horizontální přenos genů je významný jev. Umělý horizontální přenos genů je formou genetického inženýrství.
„Stále více studií genů a genomů naznačuje, že došlo ke značnému horizontálnímu přenosu mezi prokaryoty.“ Horizontální přenos genů někteří nazývají „Nové paradigma pro biologii“ a jiní ho zdůrazňují jako důležitý faktor v „Skrytých nebezpečích genetického inženýrství“. „Zatímco horizontální přenos genů je mezi bakteriemi dobře známý, teprve během posledních 10 let se jeho výskyt stal uznávaným mezi vyššími rostlinami a živočichy. Rozsahem horizontálního přenosu genů je v podstatě celá biosféra, kde bakterie a viry slouží jak jako prostředníci pro obchodování s geny, tak jako rezervoáry pro množení a rekombinaci genů (proces tvorby nových kombinací genetického materiálu).“ .
Horizontální přenos genů je běžný mezi bakteriemi, a to i velmi vzdáleně příbuznými. Tento proces je považován za významnou příčinu zvýšené lékové rezistence; když jedna bakteriální buňka získá rezistenci, může rychle přenést geny rezistence na mnoho druhů. Zdá se, že bakterie střev si vzájemně vyměňují genetický materiál v rámci střeva, ve kterém žijí. Existují tři společné mechanismy horizontálního přenosu genů:
Analýza sekvencí DNA naznačuje, že k horizontálnímu přenosu genů došlo i uvnitř eukaryot, a to z jejich chloroplastového a mitochondriálního genomu do jejich nukleárního genomu. Jak je uvedeno v endosymbiotické teorii, chloroplasty a mitochondrie pravděpodobně vznikly jako bakteriální endosymbionty progenitora do eukaryotické buňky. Horizontální přenos genů z bakterií do některých hub, zejména kvasinek Saccharomyces cerevisiae, byl dobře zdokumentován. Existují také nedávné důkazy, že fazolový brouk adzuki nějakým způsobem získal genetický materiál od svého (neprospěšného) endosymbionta Wolbachia; toto tvrzení je však sporné a důkazy nejsou přesvědčivé.
„Porovnání sekvencí naznačují nedávný horizontální přenos mnoha genů mezi různými druhy, včetně přes hranice fylogenetických „domén“. Určení fylogenetické historie druhu tedy nelze provést přesvědčivě určením evolučních stromů pro jednotlivé geny.“
Horizontální přenos genů je potenciální matoucí faktor při odvozování fylogenetických stromů na základě sekvence jednoho genu. Například vzhledem ke dvěma vzdáleně příbuzným bakteriím, které si vyměnily gen, fylogenetický strom zahrnující tyto druhy ukáže, že jsou úzce příbuzné, protože tento gen je stejný, i když většina ostatních genů se podstatně rozcházela. Z tohoto důvodu je často ideální použít jiné informace k odvození robustních fylogenií, jako je přítomnost nebo nepřítomnost genů, nebo, běžněji, zahrnout co nejširší škálu genů pro fylogenetickou analýzu.
Například nejběžnějším genem, který se používá pro konstrukci fylogenetických vztahů u prokaryot, je rRNA gen 16s, protože jeho sekvence bývají konzervovány mezi členy s blízkými fylogenetickými vzdálenostmi, ale natolik variabilními, že rozdíly mohou být měřeny. V posledních letech se však také tvrdí, že rRNA geny 16s mohou být také horizontálně přenášeny. I když to může být vzácné, platnost fylogenetických stromů 16s rRNA konstruovaných musí být přehodnocena.
Biolog Gogarten navrhuje, že „původní metafora stromu již neodpovídá datům z nedávného výzkumu genomu“, proto „by biologové měli použít metaforu mozaiky k popisu různých historií spojených v jednotlivých genomech a použít [metaforu] sítě k vizualizaci bohaté výměny a kooperativních účinků HGT mezi mikroby“.
„Při použití jednotlivých genů jako fylogenetických markerů je obtížné vysledovat fylogenezi organismu v přítomnosti HGT [horizontální přenos genů]. Kombinace jednoduchého koalescenčního modelu kladogeneze se vzácnými událostmi HGT [horizontální přenos genů] naznačuje, že neexistoval jediný poslední společný předek, který by obsahoval všechny geny, které byly dědičné po těch, které byly sdíleny mezi třemi oblastmi života. Každá současná molekula má svou vlastní historii a stopy vedou zpět k jednotlivým molekulovým cenancům. Nicméně tito molekulární předci byli pravděpodobně přítomni v různých organismech v různých dobách.“
Vykořenění stromu života od W. Forda Doolittla (Scientific American, únor 2000, s. 72-77) obsahuje diskusi o posledním univerzálním společném předkovi a problémech, které vznikly s ohledem na tento koncept, když se uvažuje o horizontálním přenosu genů. Článek pokrývá širokou oblast – hypotézu endosymbiontů pro eukaryoty, použití malé podjednotky ribozomální RNA (SSU rRNA) jako měřítko evolučních vzdáleností (na tomto poli pracoval Carl Woese při formulování prvního moderního „stromu života“ a výsledky jeho výzkumu s SSU rRNA ho vedly k navržení Archaey jako třetí domény života) a další relevantní témata. Právě při zkoumání nového třídoménového pohledu na život vznikl horizontální přenos genů jako komplikující problém: Archaeoglobus fulgidus je v článku citován (str.76) jako anomálie s ohledem na fylogenetický strom založený na kódování enzymu HMGCoA reduktázy – dotyčný organismus je jednoznačný Archaean, se všemi buněčnými lipidy a transkripčními stroji, které se od Archaeana očekávají, ale jehož geny HMGCoA jsou ve skutečnosti bakteriálního původu.
Opět na str.76, článek pokračuje takto:
Článek pokračuje takto: