Кіріспе

ДНҚ, РНҚ немесе белок тізбектерінің ортақ тегі. Тізбек гомологиясы – ДНҚ, РНҚ немесе белок тізбектері арасындағы биологиялық гомология, ол тіршіліктің эволюциялық тарихындағы ортақ тектілігімен анықталады. ДНҚ-ның екі сегменті үш себептің арқасында ортақ текті болуы мүмкін: түр пайда болу оқиғасы (ортологтар), немесе көбейту оқиғасы (паралогтар), немесе көлденең (немесе бүйірлік) гендік ауысу оқиғасы (ксенологтар). ДНҚ, РНҚ немесе белоктар арасындағы гомология әдетте олардың нуклеотидтік немесе аминқышқылдық тізбектерінің ұқсастығы арқылы анықталады. Маңызды ұқсастық – екі тізбектің ортақ текті тізбектен эволюциялық өзгерістер арқылы байланысты екендігінің күшті дәлелі. Көптеген тізбектердің салыстырылуы әрбір тізбектің қай бөліктері гомолог екенін көрсету үшін қолданылады.

Біртектілік, ұқсастық және сақталу

"Пайыздық гомология" термині көбінесе "тізбек ұқсастығы" мағынасында қолданылады, яғни бірдей қалдықтардың пайызы (пайыздық сәйкестік) немесе ұқсас физикалық-химиялық қасиеттері бар қалдықтардың пайызы (пайыздық ұқсастық), мысалы, лейцин және изолейцин, әдетте "гомологияны сандық бағалау" үшін қолданылады. Гомологияның жоғарыда берілген анықтамасына сүйенсек, бұл терминология дұрыс емес, себебі тізбек ұқсастығы – байқау, ал гомология – қорытынды. Тізбектер гомологты немесе гомологты емес болады. Морфологиялық және анатомиялық құрылымдардағыдай, тізбек ұқсастығы конвергентті эволюцияның нәтижесінде немесе, қысқа тізбектердегідей, жай ғана кездейсоқ болуы мүмкін, яғни олар гомолог емес. Гомологты тізбек аймақтары консервацияланған деп те аталады. Бұл аминоқышқыл тізбектеріндегі консервациямен шатастырылмауы керек, онда белгілі бір позициядағы аминоқышқыл функционалдық тұрғыдан эквивалентті физикалық-химиялық қасиеттері бар басқа аминоқышқылмен алмастырылған. Ішінара гомология, салыстырылатын тізбектердің бір бөлігі ортақ текті болса, ал қалғаны болмаса пайда болуы мүмкін. Мұндай ішінара гомология гендердің бірігуінен туындауы мүмкін.

Ортология

Гомологты тізбектер, егер олар түрлену оқиғасымен бөлінген бірдей ата-текті тізбектен тараған деп есептелсе, ортологтар болып табылады: бір түр екі жеке түрге бөлінген кезде, пайда болған екі түрдегі бір геннің көшірмелері ортологтар деп аталады. Ортологтар немесе ортологты гендер – әртүрлі түрлердегі соңғы ортақ ата-тектес геннен тік жолмен тараған гендер. "Ортолог" термині 1970 жылы молекулалық эволюционист Уолтер Фичпен енгізілді. Мысалы, өсімдіктердегі Flu реттегіш ақуызы Арабидопсисте (көпжасушалы жоғары өсімдік) және Хламидомонаста (бір жасушалы жасыл балдыр) кездеседі. Хламидомонас нұсқасы күрделірек: ол мембрананы бір рет емес, екі рет кесіп өтеді, қосымша домендерді қамтиды және баламалы тілімінен өтеді. Дегенмен, ол генетикалық инженерия арқылы балдырдан өсімдік геномына көшірілген жағдайда, әлдеқайда қарапайым Арабидопсис ақуызын толықтай алмастыра алады. Маңызды тізбек ұқсастығы және ортақ функционалдық домендер осы екі геннің ортақ ата-тектес гендер екенін, олар ортақ атадан мұрагерлік алғанын көрсетеді. Ортология ата-тектік тұрғысынан қатаң анықталады. Гендердің әртүрлі организмдердегі нақты ата-тектігін гендердің дубликациялануы және геномдық реттелу оқиғаларына байланысты анықтау қиын болғандықтан, екі ұқсас геннің ортологты екенін көрсететін ең сенімді дәлел әдетте гендік тектің филогенетикалық талдауын жүргізу арқылы табылады. Ортологтар көбінесе, бірақ әрқашан емес, бірдей функцияға ие болады. Ортологты тізбектер организмдердің таксономиялық жіктелуі мен филогенетикалық зерттеулерінде пайдалы ақпаратты қамтамасыз етеді. Генетикалық дивергенцияның үлгісі организмдердің туыстығын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Өте жақын туысқан организмдер екі ортолог арасында өте ұқсас ДНК тізбегін көрсетуі мүмкін. Керісінше, эволюциялық тұрғыдан басқа организмнен алысқан организм зерттелген ортологтардың тізбегінде үлкен айырмашылықты көрсетуі мүмкін.

Паралог

Паралогты гендер – салыстырылып отырған түрлердің соңғы ортақ ата-тегінде (СОАТ) геннің көбейіп тууы арқылы байланысты гендер. Олар түрлену процесі кезінде көбейген гендердің мутацияға ұшырауынан пайда болады. Егер СОАТ-тан тараған ұрпақтар бастапқы көбейген гендердің мутацияланған гомологтарын ортақтасса, онда олар паралогтар деп есептеледі. Паралогты гендер бүкіл геномдардың құрылымын қалыптастыра алады, сондықтан геном эволюциясын үлкен дәрежеде түсіндіруге болады. Мысалы, жануарлардағы Homeobox (Hox) гендерін айтуға болады. Бұл гендер хромосомалар ішінде гендердің көбейіп тууына ғана емес, сонымен қатар бүкіл геномның көбейіп тууына да ұшырады. Нәтижесінде, көптеген омыртқалы жануарларда Hox гендері бірнеше хромосомаларға топталған, ал HoxA D кластерлері ең жақсы зерттелген.

Реттеу

Паралогтар көбінесе әртүрлі реттеледі, мысалы, әртүрлі тіндік-спецификалық экспрессия үлгілеріне ие болу арқылы (Hox гендерін қараңыз). Дегенмен, олар ақуыз деңгейінде де әртүрлі реттелуі мүмкін. Мысалы, Bacillus subtilis глютамат дегидрогеназаның екі паралогын кодтайды: GudB тұрақты түрде транскрипцияланады, ал RocG қатаң түрде реттеледі. Олардың белсенді, олигомерлік күйінде екі фермент те ұқсас ферменттік жылдамдық көрсетеді. Алайда, ферменттер мен промоторларды алмастыру айқын фитнес жоғалтуына әкеледі, бұл промотор-фермент коэволюциясын көрсетеді. Ақуыздарды сипаттау, RocG-мен салыстырғанда GudB ферментінің активтілігі глютаматқа және pH-қа күшті тәуелді екенін көрсетеді.

Паралогты хромосомалық аймақтар

Кейде хромосомалардың үлкен аймақтары бір геномдағы басқа хромосомалық аймақтармен ұқсас гендер мазмұнын бөліседі. Олар адам геномында жақсы сипатталған, онда олар 2R гипотезасын қолдау үшін дәлел ретінде пайдаланылған. Әр түрлі хромосомалардағы туысқан гендері бар дупликацияланған, үш еселенген және төрт еселенген гендер жиынтығы геном немесе хромосомалық дупликациялардың қалдықтары деп есептеледі. Паралогтық аймақтардың жиынтығы паралог деп аталады. Паралогтану аймақтарының жақсы зерттелген жиынтықтарына Хокс гендері кластерлерін, коллаген гендерін, кератин гендерін және басқа да қайталанған гендерді қамтитын 2, 7, 12 және 17-шы хромосомалардың аймақтары, нейропептид рецепторлары гендерін қамтитын 4, 5, 8 және 10-шы хромосомалардың аймақтары, NK класындағы гомеобокс гендері және көптеген гендік отбасылар, сондай-ақ ПараХокс гендері мен олардың көршілерін қамтитын 13, 4, 5 және X хромосомаларының бөліктері кіреді. Адамның 6-шы хромосомасындағы Үлкен гистоқосуыстылық кешенінің (МГК) 1, 9 және 19-шы хромосомаларда паралогтық аймақтары бар. Адам геномының көп бөлігі паралогтық аймақтарға жатқызылады.

Технология

Онологты гендер – бүкіл геномдық дупликация процесінен пайда болған паралогтық гендер. Бұл атауды алғаш рет Кен Вулф Сусуму Ононың құрметіне берген. Онологтар эволюциялық талдау үшін пайдалы, себебі бір геномдағы барлық онологтар ортақ геномдық дупликациядан бастап бірдей уақыттан бері эволюцияланып келеді. Онологтардың қатерлі ісіктермен, доминантты генетикалық аурулармен және патогендік көшірме санының өзгеруімен байланысты екендігі де белгілі.

Ксенология

Екі организм арасындағы көлденең гендер трансферінен пайда болған гомологтар ксенологтар деп аталады. Көлденең қозғалған ген үшін жаңа орта едәуір өзгеше болса, ксенологтардың функциялары әртүрлі болуы мүмкін. Дегенмен, көбінесе ксенологтар екі организмде де ұқсас функция атқарады. Бұл терминді Уолтер Фич енгізген. Аллополиплоидтарда әр ата-ананың субгеномдарындағы гомолог хромосомалар мейоз кезінде дұрыс жұптасып, дисомиялық мұрагерлікке алып келуі тиіс; алайда, кейбір аллополиплоидтарда ата-ана геномдарының гомоэолог хромосомалары гомолог хромосомаларға шамамен бірдей болуы мүмкін, бұл тетрасомиялық мұрагерлікке (мейоз кезінде төрт хромосома жұптасуына), геном аралық рекомбинацияға және төмендеген өнімділікке әкеледі.

Гамматология

Гаметология – рекомбинацияланбайтын, әр түрлі жынысты хромосомалардағы гомологты гендер арасындағы қатынасты білдіреді. Бұл терминді Гарсия Морено және Минделл 2000 жылы енгізді. Гаметологтар генетикалық жыныс анықталуының басталуымен және жыныстық хромосомалар арасындағы рекомбинацияға тосқауыл қою арқылы пайда болады. Гаметологтардың мысалдары құстардағы CHDW және CHDZ гендері.