Dnk ketma ketliklarini taqqoslash. Gomolog genlar, ortologlar, paraloglar va ksenologlar

Asosiy nuqtalar

• 
  Gomologik gen (yoki homolog) - umumiy ajdod tomonidan ikki turda meros bo'lib qolgan gen. Gomologik genlar ketma-ketlikda o'xshash bo'lishi mumkin bo'lsa-da, o'xshash ketma-ketliklar homolog bo'lishi shart emas.
  
• 
  Ortologlar - bu homolog genlar bo'lib, unda bir turlanish hodisasidan keyin gen ajralib chiqadi, lekin gen va uning asosiy funktsiyasi saqlanib qoladi.
  
• 
  Agar bir turda gen ko'paytirilsa, natijada takrorlanadigan genlar bir-birining paraloglari bo'ladi, garchi vaqt o'tishi bilan ular ketma-ketlik tarkibi va funktsiyasi jihatidan farq qilishi mumkin.
  

Asosiy shartlar

• 
  saqlanib qolgan: Biologiyada saqlanib qolgan ketma-ketliklar nuklein kislotalar ketma-ketligi (masalan, RNK va DNK ketma-ketligi), oqsil ketma-ketligi, oqsil tuzilmalari ichida yuzaga keladigan o'xshash yoki bir xil ketma-ketliklardir.
  
• 
  selektiv bosim: Populyatsiyaning bir qismidagi reproduktiv muvaffaqiyatni kamaytiradigan har qanday sabab, potentsial evolyutsion bosim yoki tanlov bosimini keltirib chiqaradi.
  

2. Orfologik va paralog genlar o'rtasidagi farq

Ortologik va paralog genlar ikki turdagi gomologik genlar, ya'ni umumiy DNK ajdodlari ketma-ketligidan kelib chiqadigan genlardir. Orfologik genlar turlanish hodisasidan keyin, paralog genlar esa tur ichida bir-biridan ajralib chiqadi. Boshqacha qilib aytganda, ortologik va paralog atamalar genetik ketma-ketlikning farqlanishi va spetsifikatsiya yoki genetik duplikatsiya bilan bog'liq bo'lgan gen mahsulotlari o'rtasidagi munosabatlarni tavsiflaydi.
Orfologlar uchun uzr - yoki jasur yangi memlar
So'nggi bir necha oy ichida men Gregori Petskoning sharhlarini intiqlik bilan kutishni o'rgandim Genom biologiyasi. Men hiyla-nayranglardan bahramand bo'lishdan tashqari, men asosan uning xabariga qo'shilaman. Yaqinda "Gomologufobiya" maqolasini o'qishni boshlaganimda (Genom biologiyasi 2001, 2:comment1002), bundan farq qilmadi. Petsko singari, men ham "homolog" so'zining oxiridagi "ue" dan nafratlanaman va buning uchun boshqa barcha jirkanch "e" lar. Nomida "Olde" so'zi bo'lgan biron bir muassasada ichimlik ichish yoki "Shoppe"da soch taroqchasini sotib olish hech qachon o'ylamayman. "Gomolog" muammosiga qaytadigan bo'lsam, men ko'plab nashrlarda "homolog" dan voz kechib, boshqalarida majburiy "homolog" ni qabul qilgan holda (hatto buni yozayotganimda ham) Mening imlo tekshirgichimning o'tkazmaydigan qizil to'lqini, albatta, bu erda, "homolog" ostida). Shunday qilib, men Petsko bilan bu muhim masalada juda yaqin edim. Ammo o'qishni davom ettirar ekanman, mening baxtim pasayib ketdi va Petskoning "mavzuga hech narsa qo'shmang" degan ortologlar va paraloglarga qarshi invektiv fikriga erishganimdan so'ng, men o'zimni sharhlar yozishga qo'ygan taqiqimni olib tashlashim kerakligini his qildim. uning maqolasiga javob.
Ochig'ini aytsam: ishonchim komilki, orfologlar va paraloglar nafaqat "mavzuga nimadir qo'shadi", balki evolyutsion genomikani rivojlantirish uchun juda muhim (va ikkita genom ketma-ketligi bilanoq, barcha genomika evolyutsiyaga aylandi). Bular chiroyli so'zlar emas (aytgancha, yangi ham emas: orfologiya va paralogiya tushunchasi 1970 yilgi ilmiy maqolada Valter Fitch tomonidan kiritilgan. SystZool 1970, 19:99-113), lekin evolyutsion munosabatlarning ikkita alohida turi uchun muhim belgilar. Xulosa qilib aytganda, ortologlar umumiy ajdoddan vertikal nasldan kelib chiqqan to'g'ridan-to'g'ri evolyutsion o'xshashlardir, agar biz "turli turlardagi bir xil gen" haqida gapirganda, biz aslida ortologlarni nazarda tutamiz. Bundan farqli o'laroq, paraloglar bir xil genomdagi genlar bo'lib, ular ko'payish natijasida paydo bo'lgan. Agar biz evolyutsiyani har qanday aniqlik bilan tasvirlashga intilsak, orto va para o'rtasidagi farq juda muhimdir. Bu gen funktsiyasini aniqlash uchun bir xil darajada muhimdir. Funktsiyani saqlash orfologiya ta'rifining bir qismi emas, balki uning natijasidir.
Farq nafaqat mantiqiy, balki juda amaliydir, chunki turli organizmlarda bir xil funktsiyani ortolog yoki hatto homolog bo'lmagan oqsillar bajarishi juda keng tarqalgan (homologlarni umumiy ajdodlarga ega bo'lgan har qanday genlar, shu jumladan ikkala ortolog va genlar sifatida belgilaydi). paraloglar).

Xulosa
Shunday qilib, qiyosiy genomikaning yana bir neologizmi, hatto orfologlar va paraloglarga toqat qiladigan ba'zi kuchliroq ruhlarda ham siqilishni keltirib chiqarishi mumkin: bir-biriga bog'liq bo'lmagan yoki hech bo'lmaganda orfologik bo'lmagan genlar o'xshash funktsiyalarni bajarganda, orfologik bo'lmagan genlarning siljishi (qarang Koonin EV, Mushegian AR. , Bork P: Trends Genet 1996, 12:334-336). Biroq, men shuni ta'kidlaymanki, bu bizga genom evolyutsiyasi paytida haqiqatda nima sodir bo'layotgani haqida kamroq emas, balki ko'proq, aniq va tushunarli gapirishga yordam beradi.
Biroq, bu haqda o'ylashga harakat qilganda, yana bir ajin paydo bo'ladi. 1-rasmdagi ahamiyatsiz sxemaga qarang. Shubhasiz, A1 va A2 genlari ortologlar, B1 va B2 genlari ham xuddi shunday va hech ikkilanmasdan A1 va B1 (yoki A2 va B2) paraloglar deb ataymiz. ajdod turlari. Ammo A1 va B2 haqida nima deyish mumkin? Bular ortologlar emas - ular vertikal nasl bilan bevosita bog'lanmagan, "turli turlarda bir xil gen" emas - lekin ular paraloglar ham emas, hech bo'lmaganda rasmiy ta'rifga ko'ra emas, chunki ular turli genomlarda yashaydi. Bizga yana bir muddat kerakmi? Ehtimol, metalloglar? Bu behuda tashvish emas. Tasavvur qiling-a, B1 va A2 evolyutsiya jarayonida yo'qolgan va A1 va B2 bu genlar oilasidan qolganlarning hammasi. Biz ular o'rtasidagi munosabatlarni etarli darajada tasvirlay olishimiz kerak va hozirda buni qilishning eng yaxshi usuli ular "homologlar, lekin ortologlar emas" degan noaniq bayonot orqali ko'rinadi. Shaxsan men yangi atamani afzal ko'raman.

Xulosa
Hozirgi kunga kelib bir qancha organizmlar, jumladan odam, sichqon, tovuq, qurbaqa, bir qancha baliq turlari, chuvalchanglar, yuzlab viruslar va bakteriyalar hamda yuzlab o'simlik turlarining genom ketma-ketliklari aniqlandi. Bakteriya genomining o'qilishi – bu 2-3 tadqiqotchidan tashkil topgan guruhning vaqt hisobida taxminan 1 yildan kam muddatga to'g'ri keladigan vazifasidir. Odam genomi qariyb 3 mlrd.ga teng xarflardan iborat bo'lib bu esa 15000 kitob tomlariga to'g'ri keladi. Uni “o'qib chiqish” esa biologlar uchun Mendeleyevning ximiklar uchun yaratilgan davriylik qonunini ochish bilan tenglashtiriladi.
Shu boisdan ham bunday hajmdagi biologik ma'lumotlarni tahlil qilishda kompьyuter texnologiyasidan foydalanila boshlandi. Gen ketma-ketliklarini tenglashtirish bo'yicha birinchi algoritm 1970-yilda yaratildi. Kompyuterlar axborotlarni virtual ma'lumotlar bazasida saqlash va ular ustida yuqori tezlikda operatsiyalar o'tkazish imkonini berdi. Bioinformatika ham boshqa zamonaviy fanlar singari bir qancha fanlar, ya'ni molekulyar biologiya, genetika, matematika va kompyuter texnologiyalari fanlari birlashuvi asosida vujudga keldi. Uning asosiy vazifasi bu biologik molekulalar, eng avvalo nuklein kislotalar va
oqsillar struktura va funktsiyalari bo'yicha ma'lumotlarni tahlil qilish va tizimlashtirish uchun hisoblash algoritmlarini ishlab chiqishdir.