Кіріспе
Бірнеше ұқсас гендер жиынтығы. Гендер отбасы – бір түпнұсқа геннің көбейтілуі арқылы қалыптасқан, әдетте ұқсас биохимиялық функциялары бар бірнеше ұқсас гендер жиынтығы. Мұндай отбасылардың бірі – адам гемоглобинінің кішібірліктеріне арналған гендер; он ген әртүрлі хромосомаларда екі кластерде орналасқан, олар α-глобин және β-глобин локустары деп аталады. Бұл екі ген кластері шамамен 500 миллион жыл бұрын көбейтілген алдыңғы геннің нәтижесінде пайда болды деп есептеледі. Гендер ортақ нуклеотидтік немесе белоктық тізбектерге негізделген отбасыларға жіктеледі. Филогенетикалық әдістер оны қатаң тексеру ретінде қолданылуы мүмкін. Кодтау тізбегіндегі экзондардың орналасуы ортақ тектілікті анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Ген кодтайтын белоктың тізбегін білу зерттеушілерге белок тізбектеріндегі ұқсастықты табу әдістерін қолдануға мүмкіндік береді, бұл ДНК тізбектерінің ұқсастығы немесе айырмашылығынан көбірек ақпарат береді. Егер гендер отбасының гендері белоктарды кодтаса, онда белок отбасы термині ген отбасына ұқсас мағынада қолданылады. Гендік отбасылардың белгілі бір эволюциялық тарамда кеңеюі немесе қысқаруы кездейсоқ болуы мүмкін, немесе табиғи іріктеудің нәтижесі болуы мүмкін. Іс жүзінде бұл екі жағдайды ажырату көбінесе қиын. Соңғы жұмыстар табиғи іріктеудің әсеріне ұшыраған гендік отбасыларды анықтау үшін статистикалық модельдер мен алгоритмдік әдістердің үйлесімін қолданады. HUGO гендік номенклатура комитеті (HGNC) гендік отбасы мүшелері үшін (гомология немесе функция бойынша) «тамыр» символын пайдалана отырып, номенклатура схемаларын жасайды және жеке мүшелерді ажырату үшін иерархиялық нөмірлеу жүйесін қолданады. Мысалы, пероксиредоксин отбасы үшін PRDX тамыр символы болып табылады, ал отбасы мүшелері PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5 және PRDX6 болып табылады.
A gene family is a set of several similar genes, formed by duplication of a single original gene, and generally with similar biochemical functions. One such family are the genes for human hemoglobin subunits; the ten genes are in two clusters on different chromosomes, called the α globin and β globin loci. These two gene clusters are thought to have arisen as a result of a precursor gene being duplicated approximately 500 million years ago. Genes are categorized into families based on shared nucleotide or protein sequences. Phylogenetic techniques can be used as a more rigorous test. The positions of exons within the coding sequence can be used to infer common ancestry. Knowing the sequence of the protein encoded by a gene can allow researchers to apply methods that find similarities among protein sequences that provide more information than similarities or differences among DNA sequences. If the genes of a gene family encode proteins, the term protein family is often used in an analogous manner to gene family. The expansion or contraction of gene families along a specific lineage can be due to chance, or can be the result of
natural selection. To distinguish between these two cases is often difficult in practice. Recent work uses a combination
of statistical models and algorithmic techniques to detect gene families that are under the effect of natural selection. The HUGO Gene Nomenclature Committee (HGNC) creates nomenclature schemes using a "stem" (or "root") symbol for members of a gene family (by homology or function), with a hierarchical numbering system to distinguish the individual members. For example, for the peroxiredoxin family, PRDX is the root symbol, and the family members are PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5, and PRDX6.
Негізгі құрылым
Геномды ұйымдастырудың бір деңгейі – гендерді бірнеше гендік отбасыларға топтастыру. Гендік отбасылар – ортақ ата-тегі бар, туысқан гендердің тобы. Гендік отбасы мүшелері паралогтар немесе ортологтар болуы мүмкін. Ген паралогтары – бір түр ішіндегі ұқсас тізбектері бар гендер, ал ген ортологтары – әртүрлі түрлердегі ұқсас тізбектері бар гендер. Гендік отбасылардың мөлшері, тізбек әртүрлілігі және орналасуы өте өзгермелі. Отбасы құрамындағы гендердің әртүрлілігі мен функцияларына байланысты, отбасылар көп генді отбасылар немесе суперотбасылар деп жіктелуі мүмкін. Көп генді отбасылар әдетте ұқсас тізбектері мен функциялары бар мүшелерден тұрады, бірақ жоғары дәрежедегі айырмашылық (тізбек және/немесе функционалдық деңгейде) генді гендік отбасынан шығарып тастауға себеп болмайды. Отбасындағы жеке гендер бір хромосомада бір-біріне жақын орналасуы немесе әртүрлі хромосомаларда геном бойына шашырап орналасуы мүмкін. Тізбектері мен функциялары ұқсас болғандықтан, отбасындағы жеке гендер көбінесе реттеуші бақылау элементтерін бөліседі. Псевдогендердің түрлі түрлері бар. Өңделмеген псевдогендер – уақыт өте келе мутациялар жинап, функционалды емес гендерге айналған гендер. Өңделген псевдогендер – ретротранспозиция арқылы геномға жылжығаннан кейін функциясын жоғалтқан гендер.
Эволюция
Гендік отбасылар, геномдағы ақпарат сақтау иерархиясының бір бөлігі ретінде, көпжасушалы организмдердің эволюциясы мен әртүрлілігінде маңызды рөл атқарады. Гендік отбасылар – генетикалық өзгергіштік пен ақпараттың ірі бірліктері. Табиғи іріктеу қосымша ген көшірмелерін қалайтын жағдайда, бір геннің бастапқыда толықтай бірдей көптеген көшірмелеріне бейімделуге қабілетті кеңею орын алады. Бұл, әсіресе, қоршаған ортаның стресстік факторлары түрлерге әсер ететін кезде болады. Гендік амплификация бактерияларда жиі кездеседі және бұл қайтымды процесс. Гендік отбасылардың қысқаруы көбінесе функцияны жоғалту мутацияларының жинақталуынан туындайды. Геннің транскрипциясын ерте тоқтатуға себеп болатын мәнсіз мутация популяцияда бекініп, гендердің жоғалуына әкеледі. Бұл процесс қоршаған ортаның өзгеруі генді қажетсіз қылғанда жүзеге асады. Сондықтан, "діңгек" бірдей функцияға ие, көбінесе бір ақуыз кешенінің құрамына кіретін гендерді де білдіруі мүмкін. Мысалы, BRCA1 және BRCA2 – бір-бірімен байланысы жоқ, бірақ екеуі де сүт безі қатерлі ісігіндегі рөлі үшін аталған гендер, ал RPS2 және RPS3 – бір кіші құрылымдық бөлімшеде табылған байланысы жоқ рибосомалық ақуыздар. HGNC сондай-ақ "ген тобы" (бұрынғы "гендік отбасы") жіктемесін қолдайды. Ген бірнеше топқа мүше болып қана қоймай, барлық топтар бір иерархия құрайды. "Діңгек" жіктемесі сияқты, мұнда да құрылымдық және функционалдық топтар бар.