В чем разница между ортологами, паралогами и гомологами?

Во-первых, замечание по орфографии. И «ортолог», и «ортолог» верны, одно из них — американское, а другое — британское правописание. То же самое верно для гомолога и паралога.

К биологии. Гомология - это общий термин, и орто-, и паралоги являются гомологами. Итак, если есть сомнения, используйте «гомологи». Однако:

• Ортологи – это гомологичные гены, возникшие в результате видообразования .

• Паралоги — это гомологичные гены, возникшие в результате дупликации .

Следующее изображение, адаптированное (слегка) из [ 1 ], иллюстрирует различия:

Часть (а) приведенной выше диаграммы показывает гипотетическую эволюционную историю гена. Геном предков имел две копии этого гена (А и В), которые были паралогами . В какой-то момент предковый вид разделился на два дочерних вида, геном каждого из которых содержит две копии предкового дублированного гена (A1, A2 и B1, B2).

Все эти гены гомологичны друг другу, но являются ли они паралогами или ортологами? Поскольку событие дупликации, создавшее гены A и B, произошло до события видообразования, создавшего виды 1 и 2, гены A будут паралогами генов B, а 1 ген будет ортологами 2 генов:

• A1 и B1 являются паралогами
• А1 и В2 — паралоги .
• А2 и В1 — паралоги .

• А2 и В2 — паралоги .

• A1 и A2 являются ортологами .

• B1 и B2 являются ортологами

Однако это очень простой случай. Что происходит, когда дублирование происходит после события видообразования? В части (b) приведенной выше диаграммы наследственный ген был продублирован только в линии вида 2. Следовательно, в (б) :

• A2 и B2 являются ортологами A1.
• A2 и B2 являются паралогами друг друга.

Распространенным заблуждением является то, что паралогичные гены — это те гомологичные гены, которые находятся в одном геноме, а ортологичные гены — это те, которые находятся в разных геномах. Как видно на примере выше, это абсолютно не так. Хотя такое может случиться, орто-паралогия зависит исключительно от эволюционной истории вовлеченных генов. Если вы не знаете, является ли определенное отношение гомологии результатом дупликации гена или событием видообразования, то вы не можете знать , является ли это случаем паралогии или ортологии.

использованная литература

1. Р. А. Дженсен, Ортологи и паралоги - нам нужно понять это правильно, Биология генома , 2 (8), 2001 г.

Предлагаемое чтение:

Я настоятельно рекомендую упомянутую выше статью Дженсена. Я прочитал ее, когда впервые начал работать над сравнительной геномикой и эволюцией, и это удивительно ясное и краткое объяснение терминов. Некоторые из статей, упомянутых в нем, также заслуживают прочтения:

• Кунин Е.В.: Апология ортологов - или новые дивные мемы. Genome Biol , 2001, 2 : комментарий 1005.1-1005.2.
• Пецко Г.А.: Гомологофобия. Genome Biol 2001, 2 : комментарий 1002.1-1002.2.
• Fitch WM: Отличие гомологичных белков от аналогичных. Сист Зоол 1970, 19 :99-113. (исторический интерес, термины были впервые использованы здесь)
• Fitch WM: Гомология — это личный взгляд на некоторые проблемы. Тенденции Genet 2000, 16 : 227-31.

И ортологи, и паралоги являются типами гомологов, то есть они обозначают гены, происходящие из одной и той же наследственной последовательности.

Ортологи представляют собой соответствующие гены в разных линиях и являются результатом видообразования, тогда как паралоги возникают в результате дупликации генов. Это часто имеет важные последствия: в то время как ортологи часто выполняют одну и ту же роль, паралоги, как правило, расходятся в своих функциях, поэтому паралогия является худшим индикатором функциональной аналогии, чем ортология.

Это, однако, только вершина айсберга, поскольку ситуация может быть гораздо сложнее (см., например, проблему скрытой паралогии).

На эту тему есть отличная статья Fitch .

Во-первых, определение: два гена являются гомологами, если они происходят от общего предка. Вообще говоря, если две нуклеотидные последовательности имеют по крайней мере 30% (или более 10% аминокислотной последовательности) идентичности, они, вероятно, происходят от общего предка, однако они могут не быть гомологичными. Обратите внимание, что обратное неприменимо: два гена также могут быть гомологами, если нет сходства; это происходит каждый раз, когда дрейф был достаточно долгим (многие гены больше не похожи — за пределами случайной идентичности — через 1 миллиард лет; только высококонсервативные гены сохраняют некоторое сходство).

В дополнение к другим ответам другая диаграмма и дополнительные термины:

(по материалам WM Fitch, Trends in Genetics, 16, 5, May 2000, стр. 228)

• B1 и C1 являются (1:1) ортологами
• B1, C2 и C3 являются (1:n) ортологами
• А1 и АВ1 - ксенологи (гориз. перенос гена)

Я думаю, что (1:n) ортолог является синонимом внепаралога .

Клаус Д. Грассер: Ежегодные обзоры растений, Регуляция транскрипции у растений (Том 29). Wiley-Blackwell, ISBN 1-4051-4528-5, с. 37.