直系同源的基因通常具有相似的生物學(xué)功能，所以我們?cè)谶M(jìn)行一個(gè)未知序列的功能的鑒定的時(shí)候，其實(shí)質(zhì)在找功能已知的同源基因。功能基因組的研究過程中，對(duì)于兩個(gè)或者多個(gè)物種的同源基因進(jìn)行鑒定，是功能基因鑒定、比較基因組、功能基因分類、pathway預(yù)測(cè)等待的基礎(chǔ)。
基因相似性、一致性與同源性
- 同源性是序列同源或者不同源的一種論斷，而一致性和相似性是一種描述序列相關(guān)性的量；
- 如果兩條序列有一個(gè)共同的進(jìn)化祖先，那么他們就是同源的，不存在同源性的程度問題，要么同源，要么不同源；
- 同源蛋白總是在三維結(jié)構(gòu)上有顯著的相似性；
- 兩條蛋白即使沒有統(tǒng)計(jì)上顯著的一致性，其也可能是同源的；
- 兩條蛋白質(zhì)是否同源的最強(qiáng)的證據(jù)來自于結(jié)構(gòu)研究和進(jìn)化分析；
- 一致性（identity）表示了兩個(gè)序列相同的程度；
- 兩條序列的相似性百分比（percent similarity）是相等于相似匹配之和；
- 一般的一致性比相似性更有用些，因?yàn)橄嗨菩缘暮饬恳蕾囉谌绾味x兩個(gè)氨基酸殘基是如何相似的；
- 雙序列的比對(duì)是排列兩條序列以達(dá)到最大程度相同的過程，其目的是衡量兩個(gè)分子的相似性和同源的可能性；
確定兩個(gè)蛋白是否同源的問題檢查單
- 期望值是否顯著？
- 兩個(gè)蛋白質(zhì)是否有近似的大?。?/li>
- 是否具有共同的模體或信號(hào)序列？
- 多序列比對(duì)的融合性？
- 是否具有相似的分子特性？
- 是否具有相似的三維結(jié)構(gòu)？
- 雙向blast比對(duì)結(jié)構(gòu)是否一致？
- 是否具有相似的生物學(xué)功能？
直系同源與旁系同源
- 同源的蛋白質(zhì)可以分為直系同源與旁系同源，當(dāng)同源是基因復(fù)制的結(jié)果，兩份拷貝在一個(gè)物種的歷史上是平行演化的，這樣的基因被稱為旁系同源基因。當(dāng)同源是物種形成的結(jié)果，基因的歷史反映了物種的歷史，被稱為直系同源；
- 直系同源是不同物種內(nèi)的同源序列，他們是來自于物種形成時(shí)的共同祖先基因；
- 通常認(rèn)為直系同源的序列具有相似的生物學(xué)功能；
直系同源與旁系同源的區(qū)分
判斷直系同源還是旁系同源主要依據(jù)最大似然法構(gòu)建的基因系統(tǒng)發(fā)育樹。 系統(tǒng)發(fā)育樹可以顯示出基因家族演化的歷史，比如基因從一個(gè)共同的祖先中分化的。基因樹同物種樹進(jìn)行比對(duì)，是否有內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)，將是區(qū)別復(fù)制事件與物種分化事件的依據(jù)。如果只是簡單的只有唯一的直系同源基因，這樣的驗(yàn)證非常容易區(qū)別。但是大多數(shù)情況都是一對(duì)多或者多對(duì)多的關(guān)系。比如斑馬魚與哺乳動(dòng)物的同源基因比較中這種情況非常多，在果蠅與哺乳動(dòng)物或者蠕蟲與哺乳動(dòng)物的同源基因預(yù)測(cè)中，這中情況更為明顯。
鑒定直系同源基因的方法，分為7步：
- 從Ensemble下載要比對(duì)物種的所有基因的蛋白質(zhì)序列，如果一個(gè)基因有多個(gè)轉(zhuǎn)錄本，只取最長的；
- 使用WUBlastp+SmithWaterman，每個(gè)基因同所有的基因進(jìn)行比對(duì)，也就是將所有物種的基因當(dāng)做一個(gè)庫，用這個(gè)庫和其本身進(jìn)行比對(duì)；
- 基于BRH與BSR的值，為這些基因建立關(guān)系圖；
- 將有關(guān)聯(lián)的分為一組，相當(dāng)于一個(gè)基因家族；
- 對(duì)于每一組，將蛋白質(zhì)序列用MUSCLE進(jìn)行多重比對(duì)；
- 對(duì)比好的每一組，使用多重比對(duì)結(jié)果中蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)的CDS序列，使用NJTREE構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹；
- 針對(duì)每個(gè)基因樹，推斷每兩個(gè)基因是直系同源還是旁系同源：
Orthologues : 兩個(gè)基因之間的根節(jié)點(diǎn)是一個(gè)物種形成事件,直系同源的幾種情況
- ortholog_one2one 一對(duì)一
- ortholog_one2many 一對(duì)多
- ortholog_many2many 多對(duì)多
- apparent_ortholog_one2one (is a special case, see below) 明顯的一對(duì)一
Paralogues : 祖先節(jié)點(diǎn)是一個(gè)復(fù)制事件，旁系同源的集中情況：
- within_species_paralog 物種內(nèi)的
- between_species_paralog 物種間的
簡單的基因同源性的門檻（基于Blastp比對(duì)的）
- identity >30%；
- e-value <1e-10；
- score>200
- overlap >60%
同源基因數(shù)據(jù)庫
原文來自：博耘生物（http://boyun.sh.cn/bio/?p=1849）
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