同源

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哺乳動物前肢是同源構造的例子。

在生物学种系发生理论中,若两个或多个结构具有相同的祖先,则称它们同源Homology)。这里相同的祖先既可以指演化论意义上的祖先,即两个结构由一个共同的祖先演化而来(在这个意义上,蝙蝠的翅膀与人类的手臂是同源的),也可以指发育意义上的祖先,即两个结构由胚胎时期的同一组织发育而来(在这个意义上,人类女性的卵巢与男性的睾丸同源)。

同源这一概念需与相似区分开来。比如说,昆虫的翅膀、蝙蝠的翅膀和鸟类的翅膀是相似的,但却不同源,这种现象被称为非同源相似(或同形质,英文:Homoplasy)。这些相似的结构由不同的渠道演化而来,这种演化过程叫做趋同演化(Convergency)。

遗传学中的同源[编辑]

遗传学中,同源这一概念主要是指序列同源,表明两个或多个蛋白质DNA序列具有相同的祖先。同源的序列也很可能有相似的功能。两个序列或者同源,或者不同源,不存在“同源度”这样的概念。序列中同源的部分也被称为保守的(conserved)。

蛋白质和DNA的同源性常常通过它们序列的相似性来判定,在生物信息学中尤其是如此。例如,如果两个基因有着几乎一样的DNA序列,那么它们很可能同源,但也有例外:它们可能没有共同的祖先,而为了适应绑定(bind to)某特殊的蛋白质的需要而演化成了一样的形式(如转录因子)。这样的序列是相似的,但却不同源。

非专业人士偶尔会使用诸如“同源百分比”(percent homology)这样的术语,这是不对的。“相似百分比”(percent similarity)这样的术语的确存在,但只能用于衡量生物分子序列的相似性,而不能度量它们的同源性。不过,若有若干条序列只有一部分被认为同源(are presumed to share descent),我们可称它们部分同源

许多算法能够将蛋白质序列聚类为若干族,每族里的序列同源。

直系同源与旁系同源[编辑]

同源序列可分为两种:直系同源(orthology)和旁系同源(paralogy)。直系同源的序列因物种形成(speciation)而被区分开(separated):若一个基因原先存在于某个物种,而该物种分化为了两个物种,那么新物种中的基因是直系同源的;旁系同源的序列因基因复制(gene duplication)而被区分开(separated):若生物体中的某个基因被複製了,那么两个副本序列就是旁系同源的。直系同源的一对序列称为直系同源体(orthologs),旁系同源的一对序列称为旁系同源体(paralogs)。若两个旁系同源基因(paralogs)的基因拷贝(gene duplication)是已发生在物种形成前,则这两个旁系同源(paralogs)可互称为“前重复同源基因”(outparalogs),可简称为“前重复”(outparalogs);若于物种形成后某个直系同源基因(an ortholog)才发生基因复制(gene duplication),则互称为“后重复”(inparalogs)。[1]

直系同源体通常有相同或相似的功能,但对旁系同源体则不一定:由于缺乏原始的自然选择的力量,繁殖出的基因副本可以自由的变异并获得新的功能。

肌红蛋白(myoglobin)和血红蛋白(hemoglobin)被认为是古老的旁系同源体(ancient paralogs)。类似的,已知的四种血红蛋白(血红蛋白A,血红蛋白A2,血红蛋白S,和胎儿血红蛋白)均互为旁系同源体。它们均能够运输氧气,但在功能上又有细微的分化:胎儿血红蛋白(血红蛋白F)比成年血红蛋白对氧气有更高的亲和力。

另一个例子是啮齿动物(如老鼠)体内的胰岛素基因。啮齿动物有一对旁系同源的胰岛素基因,尚不清楚它们的功能是否分化。

旁系同源体常见于同一物种,但也不是绝对如此:人类的血红蛋白和非洲黑猩猩的肌红蛋白就是旁系同源体。这是使用生物信息学方法预测基因功能的一大困难:即使不同物种的基因同源,我们也不能立刻推断它们具有相同或相似的功能,因为它们可能为具有不同功能的旁系同源体。

同源染色体对[编辑]

二倍体细胞中的同源染色体对是一对匹配的染色体。它们分别来源于生物体的双亲。除开性染色体,同源染色体对中的两条染色体有相当长的部分相似,通常也具有相同的基因序列。两条性染色体的相似部分较其他染色体少。我们推测染色体是旁系同源体。

參見[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ O'Brien KP, Remm M and Sonnhammer EL. Inparanoid: a comprehensive database of eukaryotic orthologs.. Nucleic Acids Res. 2005, 33: D476 – D480. 
  • Haeckel, Е. Generelle Morphologie der Organismen. Bd 1-2. Вerlin, 1866.
  • Gegenbaur, G. Vergleichende Anatomie der Wirbelthiere... Leipzig, 1898.
  • Owen, R. On the archetype and homologies of the vertebrate skeleton. London, 1847.