旁系同源基因

旁系同源基因（英文：Paralogous genes 或 Paralogs）是源自同一物种内基因复制（Gene duplication）事件，并通过后续序列分化而产生的一类同源基因。它们与直系同源基因（Orthologous genes）共同构成同源基因的两个主要类别。旁系同源基因通常具有相似但不完全相同的功能，可能发展为新的功能（新功能化，Neofunctionalization）或将原有功能细分（亚功能化，Subfunctionalization），是基因组进化与基因家族（Gene family）扩张的重要动力。

核心概念

• 产生机制：主要通过不等交换（Unequal crossing-over）、逆转录转座（Retrotransposition）或全基因组复制（Whole-genome duplication）等事件产生。

• 进化意义：为进化创新提供原材料，允许一个基因拷贝在保留原有功能的同时，另一个拷贝积累突变并适应新功能。

• 功能多样性：旁系同源基因可能编码功能相似但略有不同的蛋白质（如血红蛋白的α链和β链），也可能获得完全无关的新功能。

• 鉴定方法：通常通过全基因组序列比对和系统发育分析进行鉴定。在同一物种基因组内，序列高度相似且源于共同祖先复制事件的基因可被识别为旁系同源基因。

与直系同源基因的区别
区分旁系同源与直系同源对功能基因组学和比较基因组学至关重要：

• 直系同源基因：源于物种形成事件，在不同物种中具有相同的祖先基因，通常保留核心生物学功能。

• 旁系同源基因：源于基因复制事件，在同一物种或不同物种中存在多个拷贝，功能可能发生分化。
  简单记忆法：“直系同源对应功能，旁系同源对应复制”。

研究实例
人类基因组中经典的旁系同源基因例子包括：

• 珠蛋白基因家族：位于不同染色体上的α-珠蛋白和β-珠蛋白基因簇，各自包含多个旁系同源基因，负责在发育不同阶段表达。

• HOX基因簇：由全基因组复制产生的多个旁系同源基因簇，在胚胎发育中扮演关键角色。

参考文献

1. Fitch, W. M. (1970). Distinguishing homologous from analogous proteins. Systematic Zoology, 19(2), 99–113. （奠定了同源基因分类的基础概念）

2. Ohno, S. (1970). Evolution by Gene Duplication. Springer-Verlag. （经典著作，阐述了基因复制在进化中的关键作用）

3. Koonin, E. V. (2005). Orthologs, paralogs, and evolutionary genomics. Annual Review of Genetics, 39, 309–338. （详细综述了直系与旁系同源在进化基因组学中的理论与方法）

4. Nei, M., & Rooney, A. P. (2005). Concerted and birth-and-death evolution of multigene families. Annual Review of Genetics, 39, 121–152. （阐述了基因家族进化的两种主要模型，涉及旁系同源）

5. Gabaldón, T., & Koonin, E. V. (2013). Functional and evolutionary implications of gene orthology. Nature Reviews Genetics, 14(5), 360–366. （讨论了直系与旁系同源的功能和进化意义）