Homologija sekvence

gena kao crvene i plave grane unutar filogenije sivih vrsta. Vrh: Predačka duplikacija gena stvara dva paraloga (histon H1.1 i 1.2). Događaji specijacije proizvode ortologe u dvije kćeinskee vrste (čovjek i čimpanza). Dno: u odvojenoj vrsti (E. coli), gen ima sličnu funkciju (histonoliki protein koji strukturira nukleoide), ali ima zasebno evolucijsko porijeklo, pa tako i analogno.]]
**Homologija sekvence** je biološka homologija između sekvenci  DNK, RNK ili sekvence proteina, definirano u smislu zajedničkog pretka u evolucijskoj historiji života. Dva segmenta DNK mogu dijeliti pretke zbog tri pojave: specijacija događanje (ortologa), ili događaj dupliranja (paralozi), ili pak  pojava horizontalni (ili bočni) prenos gena (ksenolozi).

O homologiji DNK, RNK ili proteina obično se zaključuje na osnovu sličnosti sekvence nukleotida ili aminokiselina. Značajna sličnost snažan je dokaz da su dvije sekvence povezane evolucijskim promjenama iz zajedničke sekvence predaka. Kako bi se naznačilo koja su područja svake sekvence homologna koristi se poravnanja više sekvenci.

## Identitet, sličnost i konzerviranje 
[thumb|500px|[Poravnanje sekvence proteinskih histona sisara.Proteinke sekvence su sredne dužine  od oko 120-180 aminokiselinskih ostataka. Konzervirani ostaci koji su sačuvani u svim sekvencama označeni su sivom bojom. Ključ u nastavku označava konzervirana sekvenca (*), konzervativna mutacija (:), polukonzervativne mutacije (.) I nekonzervirane mutacije (&nbsp;).]]

Termin "postotak homologije" često se koristi u značenju "sličnost sekvence", odnosno postotak identičnih ostataka (*postotak identiteta*) ili postotak ostataka konzerviranih sa sličnim fizičko-hemijskim svojstvima (*postotak sličnosti*), npr. za „kvantifikaciju homologije“ obično se koriste leucin i izoleucin, Na osnovu gore navedene definicije homologije ova terminologija nije tačna jer je posmatranje sličnosti sekvenci, a homologija je zaključak. Sekvencei su ili homologne ili ne. To uključuje da je termin "postotna homologija" pogrešan naziv.

Kao i kod morfoloških i anatomskih struktura, sličnost sekvenci može se dogoditi zbog konvergentne evolucije, ili, kao kod kraćih sekvenci, slučajno, što znači da nisu homologne. Regije homologne sekvence nazivaju se konzervirane. To se ne smije zamijeniti sa konzerviranjem u aminokiselinskim sekvencama, gdje je aminokiselina na određenom položaju zamijenjena drugom koja ima funkcionalno ekvivalentna fizičko-hemijska svojstva.

Djelimična homologija može se dogoditi tamo gdje segment upoređenih sekvenci ima zajedničko porijeklo, dok ostatak nema. Takva djelomična homologija može biti rezultat fuzija gena.

## Ortologija 
predačkog gena za stvaranje dva **paraloga** (geni A i B).  Specijacija proizvodi **ortologe** u dvije kćerinskwe vrste. Dno: u odvojenoj vrsti, nepovezani gen ima sličnu funkciju (gen C), ali ima odvojeno evolucijsko porijeklo, pa je tako **analog**.]]

Homologne sekvence su ortologne ako se pretpostavlja da potiču od iste predačke sekvence odvojenih specijacijom: kada se vrsta divergira u dvije zasebne vrste, kaže se da su kopije jednog gena u dva rezultirajuća tipa ortologa. Ortolozi ili ortologni geni su geni različitih vrsta koji su nastali vertikalnim nasljeđivanjem iz jednog gena najbližeg drevnog zajedničkog pretka. Termin **ortolog** skovao je 1970. molekulski evolucionist Walter Fitch.

Naprimjer, biljni regulatorni protein gripe prisutnan je i u *Arabidopsis thaliana* (višećelijska viša biljka) i *Chlamydomonas * (jednoćelijska zelena alga). Verzija * Chlamydomonas * je složenija: prelazi membranu dva puta, a ne jednom, sadrži dodatne domene i podvrgava se alternativnoj preradi. Međutim, može u potpunosti zamijeniti mnogo jednostavniji protein arabidopsisa,  ako se pomoću genetičkog inženjerstva prenese iz algi u biljni genom. Značajna sličnost sekvenci i zajednički funkcionalni domeni ukazuju da su ova dva gena ortologni geni, nasljeđeni od  zajedničkog pretka.

Ortologija je strogo definiran termin u smislu porijekla. S obzirom na to da je teško utvrditi tačno porijeklo gena u različitim organizmima zbog umnožavanja gena i preuređivanja genoma, najsnažniji dokaz da su dva slična gena ortologna obično se nalazi provođenjem filogenetske analize genetičke loze. Ortolozi često, ali ne uvijek, imaju istu funkciju.

Ortologne sekvence pružaju korisne informacije u taksonomskoj klasifikaciji i filogenetskim studijama organizama. Obrazac genetsičke divergencije može se koristiti za traženje srodnosti organizama. Dva organizma koja su vrlo usko povezana vjerovatno će pokazivati vrlo slične sekvence DNK između dva ortologa. Suprotno tome, organizam koji je evolucijski udaljen od drugog organizma vjerovatno će pokazati veću divergenciju u nizu proučavanih ortologa.

### Baze podataka ortolognih gena 
S obzirom na njihov ogroman značaj u biologiji i bioinformatici, ortologni geni su organizirani u nekoliko specijaliziranih baze podataka koji pružaju alate za identifikaciju i analizu ortoloških sekvenci gena. Ovi resursi koriste pristupe koji se općenito mogu klasificirati u one koji koriste heurističku analizu svih usporedbi uparenih nizova i onih koji koriste filogenetske metode. Metodi poređenja sekvenci prvi put predstavljeni su u bazi podataka COG, 1997. Ovi metodi su prošireni i automatizirani u sljedećim bazama podataka:

* eggNOG
* GreenPhylDB za biljke
* InParanoid fokusirana na odnose uparivanja ortologa
* OHNOLOGS  je baza gena zadržanih iz duplikacije cijelog genoma u genomima kičmenjaka, uključujući čovjeka i miša.
* OMA
* OrthoDB procjenjuje da je koncept ortologije u odnosu na različite tačke speciacije, pružajući hijerarhiju ortologa duž filogenetskog  stabla vrsta.
* OrthoInspector je baza ortolognih gena za 4.753 organizma, koji pokrivaju tri domena života
* OrthologID
* OrthoMaM za sisare
* OrthoMCL
* Roundup

Trobazni filogenetički pristupi imaju za cilj razlikovanje specijacije od događaja dupliranja gena, upoređivanjem genskih stabala sa stablima vrsta, kako je implementirano u baze podataka i softverske alate kao što su:
* LOFT
* TreeFam
* OrthoFinder

Treća kategorija hibridnih pristupa za konstrukciju nakupina i određivanje stabala koristi heurističke i filogenetske metode, naprimjer:
* EnsemblCompara GeneTrees
* HomoloGene
* Ortholuge

## Paralogija 
Paralogni geni su geni koji su povezani događajima duplikacija kod posljednjeg zajedničkog pretka (LCA) vrsta koje se uspoređuju. Oni su rezultat mutacije dupliranih gena tokom odvojenih događaja specijacije. Kada potomci iz LCA dijele mutirane homologe originalnih dupliranih gena, tada se ti geni smatraju paralognima.

Naprimjer, u LCA, jedan gen (gen A) može se duplirati da bi se stvorio zaseban sličan gen (gen B), pa se ta dva gena i dalje prenose u naredne generacije. Tokom specijacije, jedno okruženje će favorizirati mutaciju gena A (gen A1), stvarajući novu vrstu sa genima A1 i B. Tada će u posebnom događaju specijacije favorizirati mutaciju gena B (gen B1) što dovodi do nova vrsta sa genima A i B1. Geni potomaka A1 i B1 paralogni su jedni drugima jer su homolozi koji su povezani događajem dupliranja kod  posljednjeg zajedničkog pretka dviju vrsta.

Dodatne klasifikacije paraloga uključuju aloparaloge (aut-paraloge) i simparaloge (in-paraloge). Aloparalozi su oni koji su nastali iz duplikacija gena koje su prethodile datom događaju specijacije. Drugim riječima, aloparalozi su paralozi koji su nastali iz događaja dupliranja koji su se dogodili kod poređenih LCA organizama. Gornji primjer je primjer aloparalogije. Simparalozi su paralozi koji su nastali uslijed dupliranja paralognih gena u kasnijim događajima specijacije. Iz gornjeg primjera, ako bi potomak s genima A1 i B prošao još jedan slučaj specijaacije, gdje se gen A1 duplirao, nova vrsta imala bi gene B, A1a i A1b. U ovom primjeru, geni A1a i A1b su simparalozi.]]

Paralogni geni mogu oblikovati strukturu čitavih genoma i tako u velikoj mjeri objasniti njihovu evoluciju. Primjeri uključuju homeoboks (Hox) gena kod životinja. Ovi geni nisu prošli samo duplikaciju gena unutar hromosoma, već i duplikacije cijelog genoma. Kao rezultat toga, Hox geni u većini kičmenjaka grupirani su u više hromosoma, pri čemu su najbolje proučeni HoxA-D klasteri.

Drugi primjer su globinski geni koji kodiraju mioglobin i hemoglobin i smatraju se drevnim paralozima. Slično tome, četiri poznate klase hemoglobina (hemoglobin A, hemoglobin A2, hemoglobin B i hemoglobin F) međusobno su paralogni. Iako svaki od ovih proteina služi istoj osnovnoj funkciji transporta kisika, oni su se već malo razlikovali u funkciji: fetusni hemoglobin (hemoglobin F) ima veći afinitet za kisik od hemoglobina odraslih. Međutim, funkcija nije uvijek konzervirana. Naprimjer, ljudski angiogenin se razlikovao od ribonukleaza, i dok su dva paraloga slična po tercijarnoj strukturi, njihove funkcije u ćeliji sada su prilično različite.

### Regulacija 
Paralozi se često reguliraju drugačije, npr. tako što imaju različite obrasce ekspresije, specifične za tkivo (vidi Hox gen). Međutim, mogu se i drugačije regulirati na nivou proteina. Naprimjer, *Bacillus subtilis* kodira dva paraloga glutamat-dehidrogenaza: GudB je konstitutivno transkribiran, dok je RocG strogo reguliran. U svojim aktivnim, oligomernim stanjima, oba enzima pokazuju slične enzimske brzine. Međutim, zamjene enzima i promotora uzrokuju ozbiljne gubitke kondicije, što ukazuje na koevoluciju promotor-enzim. Karakterizacija proteina pokazuje da je, u odnosu na RocG, enzimska aktivnost GudB-a u velikoj mjeri ovisna o glutamatu i pH.

### Paralogne hromosomske regije 
Ponekad velike hromosomske regije dijele genski sadržaj sličan ostalim hromosomskim regijama unutar istog genoma. Dobro su okarakterizirane u ljudskom genomu, gdje su korišteni kao dokaz u prilog hipotezi 2R. Skupovi dupliranih, trostrukih i četvorostrukih gena, sa povezanim genima na različitim hromosomima, utvrđuju se kao ostaci od duplikacija genoma ili hromosoma. Skup paralognih regija zajedno se naziva **paralogon**. Dobro proučeni skupovi regija paralogije uključuju dijelove ljudskih hromosoma 2, 7, 12 i 17, koji sadrže Hox genske klastere, gene za kolagen, keratin i druge duplirane gene, ljudskih hromosoma 4, 5, 8 i 10, koji sadrže gene za neuropeptidne receptore, NK-klasu homeoboksni geni i još mnogih genskih poroidica, i dijelova ljudskih hromosoma 13, 4, 5 i X, koji sadrže ParaHox i susjedne gene. Glavni kompleks histokompatibilnosti (MHC) na ljudskom hromosomu 6 ima paralogne regije na hromosomima 1, 9 i 19. Veliki dio ljudskog genoma moguće je dodijeliti regijama paralogije.

## Onologija
Onologni geni su paralogni geni koji su nastali procesom 2R duplikacija cijelog genoma. Ime je prvi put dao Ken Wolfe,  u čast Susumu Ohnoa. Onolozi su korisni za evolucijsku analizu jer se svi se u genomu razlikuju u istom vremenskom periodu (od zajedničkog porijekla u dupliranju cijelog genoma). Takođere je poznato da onolozi pokazuju veću povezanost sa karcinomima, dominantnim genetičkim poremećajima i varijacijama broja patogenih kopija.

## Ksenologija 
Homolozi koji nastaju kao rezultat horizontalnog prijenosa gena između dva organizma nazivaju se ksenolozima. Ksenolozi mogu imati različite funkcije, ako se novo okruženje uveliko razlikuje za vodoravno preneseni gen. Općenito, međutim, ksenolozi obično imaju sličnu funkciju u oba organizma. Pojam je smislio Walter Fitch.

## Homoeologija 
Homeologni  hromosomi ili dijelovi hromosoma su oni koji su okupljeni nakon hibridizacija i alopoliploidizacije, da bi se formirao eukariotski hibridni genom , i čiji je odnos bio potpuno homologan kod predačke vrste. U alopoliploidima, homologni hromosomi unutar svakog roditeljskog genoma trebaju se vjerno upariti tokom mejoze, što dovodi do disomijskog nasljeđivanja; međutim u nekim alopoliploidima homoeologni hromosomi roditeljskih genoma mogu biti približno jednako slični jedni drugima kao homologni hromosomi, što dovodi do tetrasomijskog nasleđivanja (četiri uparena hromosoma u mejozi), intergenomske rekombinacije, i smanjena plodnost.

## Gametologija 
Gametologija označava odnos između homolognih gena na nekombiniranim, suprotnim spolnim hromosomima. Pojam su kreirali García-Moreno i Mindell. 2000. Gametolozi proizlaze iz nastanka genetičkog određivanja spola i prepreka za rekombinaciju između spolnih hromosoma. Primjeri gametologa uključuju CHDW i CHDZ kod ptica.

## Također pogledajte 
* Duboka homologija
* OrtoDB
* Porodica proteina
* Proteinska superfamilija
* Homologni hromosom

## Reference 
Kategorija:Evolucijska biologija
Kategorija:Filogenetika
Kategorija:Evolucijska razvojna biologija