Praticamente tutti gli organismi possono diffondere materiale genetico tramite il trasferimento genico verticale in cui l’informazione genetica viene trasmessa dai genitori alla prole. Al contrario, il processo di trasferimento genico orizzontale – o trasferimento genico laterale – non è comune a tutte le specie. In questo tipo di trasferimento genico, il materiale genetico viene trasmesso tra organismi che non sono genitori e figli. Invece, i due organismi sono generalmente non correlati e sono spesso di specie diverse.
La maggior parte degli organismi eucarioti acquisisce materiale genetico principalmente tramite il trasferimento genico verticale, durante il quale avviene la ricombinazione del DNA. Al contrario, si pensa che il trasferimento genico orizzontale sia il modo più comune in cui gli organismi unicellulari, in particolare i batteri, acquisiscono nuovo materiale genetico. Questo è importante perché i batteri si riproducono senza ricombinazione sessuale; quindi il trasferimento orizzontale consente alle specie batteriche di mantenere la diversità.
Il trasferimento genico orizzontale nei batteri è un fenomeno comune. Ci sono tre modi in cui i batteri possono scambiare materiale genetico orizzontalmente. Tutti e tre questi si verificano naturalmente e possono anche essere eseguiti in laboratorio per ingegnerizzare geneticamente batteri con nuove proprietà, come la capacità di sintetizzare proteine non native.
La trasformazione è un processo in cui i batteri ingeriscono molecole di DNA o RNA nude e le esprimono all’interno della cellula. Nella trasduzione, il materiale genetico viene trasferito dai batteriofagi, che sono virus che infettano i batteri. Infine c’è la coniugazione batterica, in cui il materiale genetico, spesso plasmidi, viene trasferito tramite contatto intercellulare. La coniugazione è mediata da trasposoni e plasmidi, due tipi di materiale genetico distinti e indipendenti dal genoma batterico.
Ci sono alcune prove che i virus possono anche trasmettere informazioni genetiche tramite trasferimento genico orizzontale. Uno degli indicatori più forti riguarda i virus chiamati Mimivirus, Mamavirus e Sputnik. Sia il Mimivirus che il Mamavirus sono ospiti noti dello Sputnik e un piccolo numero di geni è comune a tutte e tre le specie. Si pensa che lo Sputnik abbia trasferito geni tra i suoi due virus ospiti ad un certo punto durante la storia evolutiva di questi tre organismi.
Alcuni eucarioti, comprese specie di funghi, insetti e piante, si impegnano anche nel trasferimento genico orizzontale. Uno degli esempi più noti è il trasferimento genetico orizzontale tra batteri e Saccharomyces cerevisiae, una specie di lievito. Un altro esempio di trasferimento genetico tra eucarioti riguarda lo scarabeo del fagiolo azuki e un batterio chiamato Wolbachia. Nel mondo vegetale, i parassiti di una famiglia di piante chiamate Rafflesiaceae hanno trasferito informazioni genetiche ai loro ospiti e una specie di alghe ha trasferito materiale genetico a una specie di lumaca di mare che preda delle alghe.