- 水平基因转移（Horizontal gene transfer, HGT）又称横向基因转移（lateral gene transfer, LGT），是指遗传物质不同于常规的由亲代到子代的垂直基因传递，而是在跨越物种间隔离的远亲物种之间的转移。一般地，在水平基因转移过程中，接受遗传物质的生物体被称为受体（recipient），提供遗传物质的生物体称为供体（donor）。这种在亲缘关系较远的物种之间基因交流的现象，在细菌、真菌和病毒中很常见。随着近年来相关研究的逐渐深入，真核生物间的水平基因转移现象正在越来越多地被报道。
- 线粒体和叶绿体大约在15亿年前由细菌内共生体演化而来。从内共生体向宿主细胞核基因组的遗传物质转移，称为内共生基因转移（Endosymbiotic Gene Transfer, EGT）
【水平基因转移的重大事件推动了陆生植物的进化】
Major episodes of horizontal gene transfer drove the evolution of land plants
水平基因转移（HGT, horizontal gene transfer）在动物和植物进化中的作用仍是一个未解之谜。尽管近年研究有所进展，但陆地植物中水平基因转移的整体规模和规律尚不清楚。本研究系统分析了不同植物群体及其在陆地植物进化过程中获得的基因。我们发现，较新的水平基因转移事件出现在轮藻和主要陆地植物群体中，但其发生频率在种子植物中明显降低。陆地植物进化过程中发生了两次大规模的水平基因转移事件，分别与链型植物的早期演化和陆地植物的起源相对应。值得注意的是，这两次事件中获得的绝大多数基因在后代植物群体中得以保留，深刻影响了陆地植物的多种功能和活动。文献详细研究了一些与应激反应、离子和代谢物运输、生长发育及特化代谢相关的获得基因，并进一步探讨了水平基因转移对陆地植物的长期累积影响。
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研究通过系统分析不同植物群体和陆地植物进化过程中获得的基因，揭示了水平基因转移（HGT）在陆地植物进化中的关键作用。陆地植物进化中的两个事件研究表明在陆地植物进化中发生了两次主要的HGT事件（见图1.A），分别发生于链型植物的早期进化和陆地植物的起源阶段。第一次主要的HGT事件发生于轮藻（streptophytes）的早期演化阶段。这些事件涉及177个基因家族的转移，可能是推动了植物从水生环境向陆地环境过渡；第二次主要的HGT事件与陆地植物的起源相关，涉及107个基因家族的转移。这一时期的HGT可能协助了植物在陆地生态系统中的进一步适应和发展。
尽管HGT事件在轮藻（charophytes）和所有主要陆地植物群体中普遍存在，但其频率在种子植物中显著下降。HTG在演化上的作用轮藻和苔藓等早期植物由于生殖结构暴露并且处于演化早期，更容易从环境微生物中获得基因，这帮助了植物向陆地环境过渡。而之后陆地植物的基因转移可能帮助植物应对生物和非生物胁迫，例如离子运输、代谢物运输和生长发育，从而进一步适应陆地环境。可以看出，HGT事件为植物提供了新的功能或表型，使其能够更好地适应和生存。
值得注意的是，两个HGT事件中获得的基因绝大多数被后代植物保留了下来，并深刻影响了陆地植物的演化。研究表明，植物体在HGT中获得的外源基因广泛参与了包括胁迫响应、离子和代谢物运输等多种生理和发育过程。研究强调了HGT在植物进化中的重要驱动力，其应与其他遗传机制（如基因突变）一起被视为植物进化的关键因素。
【通过 DNA 双链断裂修复抑制质体到细胞核的基因转移】
Suppression of plastid-to-nucleus gene transfer by DNA double-strand break repair
线粒体和叶绿体大约在15亿年前由细菌内共生体演化而来。从内共生体向宿主细胞核基因组的遗传物质转移，称为内共生基因转移（Endosymbiotic Gene Transfer, EGT）
植物核基因组包含数千个线粒体和质体来源的基因，这是内共生基因转移 （EGT） 的结果。EGT 是一个仍在进行的过程，但决定其频率的分子机制在很大程度上仍然未知。在这里，我们证明了核双链断裂 （DSB） 修复是 EGT 的强抑制因子。通过在烟草植物中进行大规模遗传筛选，我们发现当单个 DSB 修复途径不活跃时，从质体到细胞核的 EGT 在体细胞中更频繁地发生。这种效应可以通过可用作细胞器 DNA 整合位点的 DSB 数量和停留时间的预期增加来解释。我们还表明，DSB 修复受损会导致雄配子体中的 EGT 增加 5 到 20 倍。总之，我们的数据 （1） 揭示了 DSB 水平是 EGT 频率的关键决定因素，（2） 揭示了细胞器 DNA 的强大诱变潜力，以及 （3） 表明 DNA 修复能力的变化可以在整个进化时间尺度上影响 EGT。
研究发现，真核生物的DSBR通路对EGT具有遗传调控作用。它们通过限制体细胞和雄性生殖细胞中可用于整合的DSB数量，从而抑制细胞器DNA向细胞核的整合。此外，研究在本研究中测得的极高EGT频率，揭示了细胞器DNA在核内的强诱变潜力，其对核基因组稳定性构成严重威胁，并很可能在植物基因组演化过程中产生过深远影响。
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