基因簇

基因簇（Gene cluster）是指生物基因組中數個排列成簇且通常屬於同一基因家族的基因，可編碼功能相似但不完全相同的蛋白質，基因簇中的各個基因通常距離接近（不超過數個kb），這些基因可能是最早是由同一基因經基因重複而產生，因有另一副本的基因表現正常蛋白質，重複基因的突變受到的選汰壓力較小，經許多世代後累積許多變異而與編碼和原本基因功能有關但不完全相同的蛋白質。基因簇中的基因數目可由數個至數十個不等，但通常不超過50個，同源異形基因（Hox）即為典型案例，此類基因為動物發育過程所需，經常在動物基因組中排列成基因簇，例如黑腹果蠅基因組中有8個Hox基因，皆在其3號染色體右臂排列成觸足複合群（英语：Antennapedia）和雙胸複合群（英语：Bithorax complex）兩組基因簇，前者包含5個基因，控制頭部與胸部的發育；後者則包含3個基因，控制胸部與腹部的發育。另外人類基因組中編碼血紅素β次單元（β球蛋白（英语：β-globin））、組蛋白以及生長激素的數個基因也分別組成基因簇。 基因簇與串連重複基因（英语：Tandemly arrayed genes）（TAG）性質類似，兩者差異在於基因簇中數個基因雖距離接近，但彼此距離均不同，基因可能順向排列或反向排列，基因功能通常有差異，且其間的間隔序列也不同；串連重複基因則為整段基因數次重複形成，其中基因序列、排列方向與功能通常相同，例如核糖體DNA基因。基因簇與串連重複基因中的基因都會發生基因轉換，使其序列趨於相似，此外串連重複基因還會因減數分裂時不均等的互換重組而改變其重複數目並使序列一致化，基因簇則較少發生不均等重組。基因簇可能發生變異而逐漸轉為串連重複基因，反之串連重複基因也可能變異形成基因簇。 代謝基因簇（英语：Metabolic gene cluster）：指一些細菌、植物或真菌基因組中數個參與相同代謝途徑但非屬同基因家族的基因（許多為合成次級代謝產物所需的基因），其基因表現常被一起調控，不同於操縱組中的數個基因會一起被轉錄產生單順反子mRNA，代謝基因簇中的基因通常是單獨被轉錄。 分子与细胞生物学主题 Lawrence J. Selfish operons: the evolutionary impact of gene clustering in prokaryotes and eukaryotes (PDF). Current Opinion in Genetics & Development. December 1999, 9 (6): 642–8 [2021-05-10]. PMID 10607610. doi:10.1016/s0959-437x(99)00025-8. （原始内容 (PDF)存档于2010-05-28）.  Ohno, Susumu. Evolution by gene duplication. Springer-Verlag. 1970. ISBN 978-0-04-575015-3.  Yi G, Sze SH, Thon MR. Identifying clusters of functionally related genes in genomes. Bioinformatics. May 2007, 23 (9): 1053–60. PMID 17237058. doi:10.1093/bioinformatics/btl673.  Graham GJ. Tandem genes and clustered genes.. J Theor Biol. 1995, 175 (1): 71–87. PMID 7564393. doi:10.1006/jtbi.1995.0122.  ANTENNAPEDIA COMPLEX. FlyBase. [2021-05-10]. （原始内容存档于2021-05-10）.  Martin CH, Mayeda CA, Davis CA, Ericsson CL, Knafels JD, Mathog DR, et al. Complete sequence of the bithorax complex of Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1995, 92 (18): 8398–402. PMC 41164 . PMID 7667301. doi:10.1073/pnas.92.18.8398.  Duncan I. The bithorax complex. Annual Review of Genetics. 1987-12-01, 21 (1): 285–319. PMID 3327467. doi:10.1146/annurev.ge.21.120187.001441.  Lawrence JG, Roth JR. Selfish operons: horizontal transfer may drive the evolution of gene clusters. Genetics. August 1996, 143 (4): 1843–60. PMC 1207444 . PMID 8844169.  Braastad CD, Hovhannisyan H, van Wijnen AJ, Stein JL, Stein GS. Functional characterization of a human histone gene cluster duplication.. Gene. 2004, 342 (1): 35–40. PMID 15527963. doi:10.1016/j.gene.2004.07.036.  Su Y, Liebhaber SA, Cooke NE. The human growth hormone gene cluster locus control region supports position-independent pituitary- and placenta-specific expression in the transgenic mouse.. J Biol Chem. 2000, 275 (11): 7902–9. PMID 10713106. doi:10.1074/jbc.275.11.7902.  Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Kaiser, Chris; Krieger, Monty; Bretscher, Anthony; Ploegh, Hidde; Amon, Angelika; Scott, Matthew. Genes, Genomics, and Chromosomes. Molecular Cell Biology 7th. New York: W.H. Freeman Company. 2013: 227–230. ISBN 978-1-4292-3413-9.  Schläpfer P, Zhang P, Wang C, Kim T, Banf M, Chae L, et al. Genome-Wide Prediction of Metabolic Enzymes, Pathways, and Gene Clusters in Plants. Plant Physiology. 2017, 173 (4): 2041–2059. PMC 5373064 . PMID 28228535. doi:10.1104/pp.16.01942.  Osbourn A. Gene clusters for secondary metabolic pathways: an emerging theme in plant biology.. Plant Physiol. 2010, 154 (2): 531–5. PMC 2949040 . PMID 20921179. doi:10.1104/pp.110.161315.