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日志

 
 

Orthology vs. Paralogy  

2009-12-30 10:10:48|  分类: Bioinformatics |  标签: |举报 |字号 订阅

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         同源有两种不同的情况即垂直方向的(orthology)与水平方向的(paralogy)。
【直系同源】
         直系同源(orthology)是比较基因组学中最重要的定义。直系同源的定义是:
  (1)在进化上起源于一个始祖基因并垂直传递(vertical descent)的同源基因;
  (2)分布于两种或两种以上物种的基因组;
  (3)功能高度保守乃至于近乎相同,甚至于其在近缘物种可以相互替换;
  (4)结构相似;
  (5)组织特异性与亚细胞分布相似。 
         在这些条件中,垂直传递和功能相同是最重要的。如多种抗药性基因,在细菌、果蝇、河豚鱼、小鼠、人类的基因组中都存在,其结构相似,功能都与多种药物的抗性有关。直系同源基因的鉴定是比较基因组的研究线索和内容,直系同源的存在是基因组进化的重要证据, 因此对直系同源的定义与条件的掌握甚为严格。鉴定直系同源的实际操作标准(practical criteria)为:
         如基因组Ⅰ中的A基因与基因组Ⅱ中的A‘基因被认为是直系同源,则要求:
  (1)A‘的产物比任何在基因组Ⅱ中所发现的其它基因产物都更相似于A产物;
  (2)A‘与A的相似程度比在任何一个亲缘关系较远的基因组中的任一基因都要高;
  (3)A编码的蛋白与A‘编码的蛋白要从头到尾都能并排比较, 即含有相似以至于相同的模序(motif)。
【旁系同源】
        旁系同源(paralogy)基因是指同一基因组(或同系物种的基因组)中,由于始祖基因的加倍而横向(horizontal)产生的几个同源基因。
        直系与旁系的共性是同源,都源于各自的始祖基因。其区别在于:在进化起源上,直系同源是强调在不同基因组中的垂直传递,旁系同源则是在同一基因组中的横向加倍;在功能上,直系同源要求功能高度相似,而旁系同源在定义上对功能上没有严格要求,可能相似,但也可能并不相似(尽管结构上具一定程度的相似),甚至于没有功能(如基因家族中的假基因)。旁系同源的功能变异可能是横向加倍后的重排变异或进化上获得了另一功能, 其功能相似也许只是机械式的相关(mechanistically related),或非直系同源基因取代新产生的非亲缘或远缘蛋白在不同物种具有相似的功能。在真细菌与古细菌的基因组中,30%~50%的基因属旁系同源,在真核基因组的比例更高(Koonin  EV  and  Galperin MY,1997)。
       相似与同源,直系与旁系需要在定义上加以明确,但实际应用中很难截然分开。 与别的常用术语也很难明确界定。 但基因家族或多基因家族(gene  family, multigene family)的原来的定义较侧重于结构,因而一个直系基因可以与几个旁系基因同属于一个基因家族。在这一定义上,旁系同源可以说是一个基因家族中的其他成员(Huynen et al, 1997)。
        随着不同物种全基因组序列的阐明,上述概念愈见重要并更明确。从已知的 7 个物种的全基因组序列比较,如所有的保守基因都据同源关系而加以分类(Tatusov  RL  et  al.,1997),可归纳出 720 个直系同源簇(clusters  of orthologous groups,COG),每一 COG 由一个直系同源蛋白或存在于至少 3 个种系(lineage)的直系的旁系同源组(orthologous sets of paralogs)组成。而基因家族又因大批基因及产物序列而赋予新的内容, 这对于扩大对生物过程的认识与操作基因的能力有很大的意义(Henikoff et al.,1997)。

           摘自樊龙江《生物信息学札记》

又搜到了关于Ortholog和Paralog的相关资源,整理如下:

转自http://space.biox.cn/3773/viewspace-6552

感谢 吹吉

Orthologs是指来自于不同物种的由垂直家系(物种形成)进化而来的蛋白,并且典型的保留与原始蛋白有相同的功能。Paralogs是那些在一定物种中的来源于基因复制的蛋白,可能会进化出新的与原来有关的功能。

这个是来自中国生物信息biosino网页的解释,比较简短.下面是来自shininglake的快乐生活的一段很详细的解释.

paralog、ortholog释义
        虽然曾经在Blog上贴过NCBI关于这两个词的解释的示意图,不过今天觉得对这两个重要的名词还是有必要好好说一说:

原图见http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Education/BLASTinfo/Orthology.html

且看文字说明:

Homologous sequences. Orthologs and Paralogs are two types of homologous sequences. Orthology describes genes in different species that derive from a common ancestor. Orthologous genes may or may not have the same function. Paralogy describes homologous genes within a single species that diverged by gene duplication.

简单翻译一下:

Orthologs 和 Paralogs 是同源序列的两种类型。

Orthology描述在不同物种中来自于共同祖先的基因。Orthologous基因可能有相同的功能,也可能没有。Paralogy描述在同一物种内由于基因复制而分离的同源基因。

Orthology通常译作直系同源、直向同源、垂直同源。Paralogy通常译作旁系同源、并系同源、横向同源。

然而,NCBI的Glossary中对paralog的定义是: A paralog is one of a set of homologous genes that have diverged from each other as a consequence of gene duplication. For example, the mouse a-globin and b-globin genes are paralogs. The relationship between mouse a-globin and chick b-globin is also considered paralogous (see the figure).

即,祖先基因经过复制后分离产生的基因是paralog,例如鼠的a球蛋白和b球蛋白基因,肌红蛋白和血红蛋白。并且,鼠的a球蛋白和鸡的b球蛋白基因的关系也是paralog。

因此不能说:来自不同物种的就不是paralog。这一点就与前面的定义不一致了,前面说:“Paralogy describes homologous genes within a single species that diverged by gene duplication.”

对ortholog的定义是: Orthology describes genes in different species that derive from a single ancestral gene in the last common ancestor of the respective species.

即,Orthology 指的是这样一些基因,它们起源于这些基因所在物种的最近的共同祖先的一条基因。(有点拗口,但也想不出更好的译法了)

TRENDS in Genetics Vol.18 No.12 December 2002 的一篇文章:《Orthology, paralogy and proposed classification for paralog subtypes》对两者的定义做了进一步的探究。作者指出:Paralogs are defined as genes that derive from a single gene that was duplicated within a genome.The latter definition does not specify that paralogs can only be found in a single organism, and hence genes in different organisms that arose from gene duplication in an ancestral genome are also paralogs according to the definition。

作者根据复制事件与物种分化事件发生的先后关系,提出了inparalog和outparalog的概念,对于一个给定的世系,在物种分化后发生复制事件产生的基因称为inparalog,而复制事件在分化之前,则称为outparalog。具体的例子我就不说了,有兴趣可以看看原文
 

 
Published 2005年3月6日 11:15 作者 shininglake
 

还有一个是论坛来的:

As we know ,there are two kinds of homolog, ortholog and paralog. Genes in two  species that have directly evolved from a single gene in the last common ancestor are called orthologs. A set of homologous genes that have diverged from each other as a consequence of genetic duplication are called paralogs. Sometime
those paralogs which arose from a duplication after the speciation event are called in-paralogs.
 

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