Pratiquement tous les organismes peuvent disséminer du matériel génétique via un transfert de gène vertical dans lequel l’information génétique est transmise des parents à la progéniture. En revanche, le processus de transfert horizontal de gènes – ou de transfert latéral de gènes – n’est pas commun à toutes les espèces. Dans ce type de transfert de gènes, le matériel génétique est transmis entre des organismes qui ne sont pas parents et descendants. Au lieu de cela, les deux organismes ne sont généralement pas liés et appartiennent souvent à des espèces différentes.
La plupart des organismes eucaryotes acquièrent du matériel génétique principalement par transfert vertical de gènes, au cours duquel se produit la recombinaison de l’ADN. En revanche, on pense que le transfert horizontal de gènes est le moyen le plus courant par lequel les organismes unicellulaires, en particulier les bactéries, acquièrent un nouveau matériel génétique. Ceci est important car les bactéries se reproduisent sans recombinaison sexuelle ; par conséquent, le transfert horizontal permet aux espèces bactériennes de maintenir la diversité.
Le transfert horizontal de gènes chez les bactéries est un phénomène courant. Les bactéries peuvent échanger horizontalement du matériel génétique de trois manières. Ces trois éléments se produisent naturellement et peuvent également être effectués en laboratoire pour modifier génétiquement des bactéries dotées de nouvelles propriétés, telles que la capacité de synthétiser des protéines non natives.
La transformation est un processus dans lequel les bactéries ingèrent des molécules d’ADN ou d’ARN nues et les expriment dans la cellule. Lors de la transduction, le matériel génétique est transféré par les bactériophages, qui sont des virus qui infectent les bactéries. Enfin, il y a la conjugaison bactérienne, dans laquelle le matériel génétique, souvent des plasmides, est transféré par contact intercellulaire. La conjugaison est médiée par des transposons et des plasmides, deux types de matériel génétique distincts et indépendants du génome bactérien.
Il existe certaines preuves que les virus peuvent également transmettre des informations génétiques par transfert horizontal de gènes. L’un des indicateurs les plus forts implique des virus appelés Mimivirus, Mamavirus et Spoutnik. Mimivirus et Mamavirus sont tous deux des hôtes connus de Spoutnik, et un petit nombre de gènes sont communs aux trois espèces. On pense que Spoutnik a transféré des gènes entre ses deux virus hôtes à un moment donné au cours de l’histoire évolutive de ces trois organismes.
Certains eucaryotes, y compris des espèces de champignons, d’insectes et de plantes, s’engagent également dans le transfert horizontal de gènes. L’un des exemples les plus connus est le transfert génétique horizontal entre des bactéries et Saccharomyces cerevisiae, une espèce de levure. Un autre exemple de transfert génétique entre eucaryotes concerne le coléoptère du haricot azuki et une bactérie appelée Wolbachia. Dans le monde végétal, les parasites d’une famille de plantes appelées Rafflesiaceae ont transféré des informations génétiques à leurs hôtes, et une espèce d’algues a transféré du matériel génétique à une espèce de limace de mer qui s’attaque aux algues.