1、.什么是基因家族？由共同祖先基因重復(fù)和突變產(chǎn)生的具有相似序列的?？松南嚓P(guān)基因集稱為基因家族(gene family)?；蛑貜?fù)主要有三種方法。片段復(fù)制、序列重復(fù)和反轉(zhuǎn)錄旋轉(zhuǎn)或其他旋轉(zhuǎn)事件等基因重復(fù)后，可以相互形成基因簇，同一家族成員有時緊密排列，成為一個基因簇。更多的情況下，它們分布在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有不同的表達(dá)調(diào)控模式?；蛲蛔兪腔蚍肿舆M化的第一個原因，由核苷酸替代、插入/缺失、重組和基因改造等引起的突變基因或DNA序列通過群體水平的基因漂白劑和/或自然選擇擴散，最終在物種基因組中固定產(chǎn)生的新基因的一般拷貝數(shù)沒有增加，相對基因的重復(fù)很少，主要是影響基因序列

2、及其代碼的蛋白質(zhì)。基因組主要提到功能相似、核苷酸序列具有同源的基因組，是具有編碼相似蛋白質(zhì)產(chǎn)物的重要相似性的基因組。有時定義遺傳群，從域的角度對其進行表征。例如，編碼蛋白質(zhì)都包含相同域的基因是基因群。MADS-box基因家族、MADS-box域、SET域基因家族等。此定義信息更偏向于功能信息。通常，域確定特定功能。因為域序列很容易形成保守穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。與共同祖先的定義有些不同，很多領(lǐng)域很難找到共同祖先。另一個基因的共同祖先的定義比較復(fù)雜，因為越是歷史悠久的祖先，物種進化中就會發(fā)生很多損失和增加事件。共同祖先是相對概念，如植物的共同祖先，一般包括鳥類和其他綠色植物，同時被子植物的共同祖先也可以

3、根據(jù)排序的基因組一般在單個雙子葉前提及。從共同祖先定義基因群，已知的很多基因群分為多個基因群。有許多專門收集域(例如Pfam和InterPro)的網(wǎng)站(數(shù)據(jù)庫)。這些數(shù)據(jù)庫根據(jù)Uniprot中包含的蛋白質(zhì)的Hmmer算法排列序列，找到保存的片段(域)，然后按此順序使用Hmmer創(chuàng)建和保存種子。一種蛋白質(zhì)把它拿走，和它的種子進行比較，就可以判定該蛋白質(zhì)是否包含這個域，這也就判斷了基因編碼蛋白質(zhì)是否屬于這個系列。基因家族定義在基因組進化中，一個基因通過基因重復(fù)產(chǎn)生兩個或多個拷貝，該基因很快構(gòu)成了一個基因家族。是一組具有相當(dāng)相似性的基因，編碼相似的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。真核細(xì)胞的很多相關(guān)基因通常被稱為功能集的

4、基因群。同一家族的成員有時緊密地結(jié)合在一起，成為基因集群；更多的情況下，它們分布在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有不同的表達(dá)調(diào)控模式。具有相似功能和核苷酸序列的基因集可以由共同祖先基因重復(fù)和突變生成。多基因家族真核基因組的特征之一是多基因家族的存在。多基因群體是指某一祖先基因反復(fù)變異而產(chǎn)生的基因群體。多基因家族可分為兩大類。一類是基因群在一條染色體上分布成簇，共同作用，合成希斯頓基因群等特定蛋白質(zhì)，將7號染色體的長袖3區(qū)2集中到3區(qū)6區(qū)。另一類是基因群的不同成員在不同的染色體上成群分布，這些成員在功能上編碼了一組緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，就像glovin基因群一樣。多基因家族并沒有產(chǎn)

5、生一些成員稱為假基因(偽基因)的功能基因產(chǎn)物。假基因可能與有功能的基因同族，本來也是有功能的基因，但由于缺失、倒置或突變等原因，該基因失去了活性，成為無機能基因。假基因比相應(yīng)的正常基因缺少正?；虻膬?nèi)含子，兩側(cè)有正向重復(fù)序列。假基因的來源之一是在基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的RNA前體通過剪接失去人體形成mRNA，mRNA通過重復(fù)轉(zhuǎn)錄生成cDNA，并合并到染色體DNA中，那么這個假基因就可以成為假基因，因此有人推測，在這個過程中，這個假基因沒有整合，逆位，點突變等同時發(fā)生，可能不會表達(dá)假基因。多基因家族的進化在進化過程中，基因家族(例如編碼rRNA的基因或編碼組蛋白的基因)在共同祖先基因中通過具有相同或相關(guān)

6、功能的重復(fù)和不均等進化而來。但是，它們在發(fā)育過程中并不總是同時表達(dá)，不同的成員可以在不同的發(fā)育階段和/或不同的組織中表達(dá)。例如，一些血紅蛋白基因家族成員在成體中表達(dá)，另一些僅在胎兒期表達(dá)的事實表明，在基因調(diào)控水平發(fā)生了進化不均等現(xiàn)象。在充分的進化過程中，基因家族某些成員的DNA序列可能會不均等，以編碼具有新功能的蛋白質(zhì)。例如，乳清蛋白(lactalbumin)基因與溶菌酶基因同屬一個家族，該基因?qū)Ψ纸饽承┘?xì)菌細(xì)胞壁中多糖化合物的溶菌酶的亞基進行編碼。我們也已經(jīng)知道，基因家族的一些成員不會轉(zhuǎn)換成有功能的蛋白質(zhì)，即基因家族的假基因。這項研究發(fā)現(xiàn)，這些無功能的假基因缺乏必要的啟動序列，一個或多個活動

7、成員缺乏唯一的內(nèi)含子序列。DNA重復(fù)通常是增加一個完整基因的重復(fù)(基因重復(fù))、部分基因的重復(fù)、一個完整染色體的重復(fù)(不是整個多倍體)，或整個基因組的重復(fù)(多倍體)DNA片段的數(shù)量?；蚣易迨怯沙掷m(xù)的基因重復(fù)引起的。非機體經(jīng)常使生物體不育，基因組的重復(fù)只會增加基因的副本數(shù)，不會產(chǎn)生新的基因，基因組的復(fù)雜性不會改變。從基因組的進化角度來看，更多的是考慮個別基因或部分基因的重復(fù)，而不是整個基因組的重復(fù)。glovin在人類的16號染色體上發(fā)現(xiàn)了7個a類glovin基因，在11號染色體上發(fā)現(xiàn)了6個b類glovin基因，在動物，甚至植物上也發(fā)現(xiàn)了glovin基因，表明這是一組非常古老的基因。在幾種動物中，

8、幾乎所有有功能的球蛋白基因結(jié)構(gòu)都由三個?？松?埃克森)組成，兩者之間有兩個。但是，每個動物的球蛋白基因的數(shù)量和順序各不相同。所有的glovin基因都有相似的結(jié)構(gòu)和順序，因此存在祖先glovin基因(大部分與現(xiàn)在存在的mio glovin基因有關(guān))。大約5億年前，祖先globin基因經(jīng)過反復(fù)、不均等化，產(chǎn)生了原始的myoglobin基因和myoglobin基因，植物的大豆血紅蛋白基因與球蛋白基因相關(guān)，植物大豆血紅蛋白基因有很多原始類型，比肌紅蛋白基因多了一個整合素，但與肌紅蛋白非常相似。由于某些原始魚類只有單一類型的珠蛋白鏈，因此，在珠蛋白基因重復(fù)之前，它們可能不會均勻放置。有些兩棲動物含有a和

9、b鏈的球蛋白基因，這是祖先球蛋白基因重復(fù)后由突變產(chǎn)生的。后來，在哺乳動物中，a-glovin家族和b-glovin家族形成了。在進化中，重復(fù)經(jīng)常發(fā)生，事實上，glovin基因的拷貝數(shù)在特定的人類群體中發(fā)生變化，例如大多數(shù)人在16號染色體上有兩個a基因(a1，a2，圖12-9)。但是，有些個體在這個染色體上只有一個，其他個體有3個或4個a-glovin基因。這表明，在多基因群中，基因的重復(fù)和缺失是固定進行的。迭代也可以通過旋轉(zhuǎn)生成?；蚪M的基因家族(源自首席醫(yī)學(xué)網(wǎng))人和高有機體基因組有徐達(dá)基因家族。有些基因家族更多，有些基因家族更少。有功能相似的基因，也有功能不同的基因1。多基因家族是一類具有類

10、似于序列同源性的功能的基因。基因超級系列是一種沒有類似功能，具有序列同源性的基因。如果一個蛋白質(zhì)或基因有一個共同起源的域，那么一個基因可能屬于兩個或多個基因超級系列。對基因家族的研究始于20世紀(jì)70年代，旨在揭示個人或群體的遺傳差異和基因重復(fù)的關(guān)系。據(jù)文獻記載，免疫球蛋白基因超級系列與其他多基因家族進化的分子機制相似，染色體不等交換和基因轉(zhuǎn)化導(dǎo)致免疫球蛋白基因的進化。為了明確基因群的進化和變異的分子機制，必須同時考慮染色體不平等交換、基因突變、自然選擇、隨機漂白等。同一基因家族中不同成員的序列同源性取決于基因突變與染色體交換的頻率，與自然選擇和隨機漂白有關(guān)1?；虺壸宓闹匾卣魇遣煌某蓡T有

11、不同的表達(dá)模式(expression patterns)，而同一多基因族的不同成員往往有相同的表達(dá)調(diào)節(jié)機制。因此有必要查明基因超級家族成員表達(dá)模式變化的原因。一些大的基因超級家族通常包含多個單一基因和多個多基因家族，這是有機體進化的分子基礎(chǔ)?；蚪M中幾乎所有的基因都可能屬于一個或多個基因超級系列。同源比較可用于分析不同基因之間的進化關(guān)系。系統(tǒng)發(fā)生分析可以分析基因族其他成員的相關(guān)性。基因真成樹闡明了基因復(fù)制的增加或基因重復(fù)的歷史，同時為識別不同物種的同種基因提供了有益的信息?；蚣易逶诨蚪M中的分布1.1集群存在的基因家族很多重要的基因家族在基因組中集群存在。也就是說，同一基因家族的多個成員在基

12、因組中反復(fù)排列。這個群體中存在的基因是通過物種生殖細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中不像染色體的交換和基因轉(zhuǎn)換形成的。部分多基因家族成員的大量克隆數(shù)，例如核糖體RNA和組蛋白基因家族，因為有機體需要很多自己的基因表達(dá)產(chǎn)物。在真核生物中，rRNA基因通常形成多基因家族。RRNA基因的一個重復(fù)單元包含一個轉(zhuǎn)錄區(qū)域和一個非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)域，轉(zhuǎn)錄區(qū)域包含18S、5.8S和28S rRNA基因，這個重復(fù)單元在基因組中重復(fù)數(shù)百次。rRNA多基因家族不同成員的進化在不同物種rRNA基因重復(fù)單位的序列上存在差異，但同一物種RRNA基因重復(fù)單位之間的同源性很高。在高有機體基因組中，核小體的四個核心組蛋白基因通常共同組成簇存在，該

13、基因在基因組中重復(fù)數(shù)十次，該基因在細(xì)胞周期s階段同時表達(dá)。某些組蛋白基因的表達(dá)與周期無關(guān)，這種組蛋白基因的表達(dá)與一般組織特異性基因相似。有些集群有一個功能多樣的基因超家族(globin gene superfamily)。哺乳動物glovin基因超級系列由alpha glovin基因家族、beta glovin基因家族、mio glovin家族等三個基因系列組成。前兩個基因組由集群存在的基因編碼，肌球蛋白由單個基因編碼。每個基因集群都有胚胎期，成年期或球蛋白基因，假基因。兩個基因1和2編碼成人期-球蛋白，這兩個基因形成一個小的多基因家族，有共同的進化途徑2。1.2分散在集群化和存在成員中的基因

14、超級家族部分基因超級家族通常與存在成員分散，集群存在基因(通常是多基因家族構(gòu)成)具有相似的功能，而分散在存在基因中的基因往往具有不同的功能。但也有例外，群集存在的Hox基因家族成員的功能可能完全不同3。在人類基因組中，免疫球蛋白基因超級系列由具有多種功能的基因、免疫球蛋白的領(lǐng)域、具有多種功能的不同功能的基因組成。免疫球蛋白基因家族是最大的基因超級家族之一，這個家族基因編碼的多肽是血液中不同的抗體。免疫球蛋白被編碼為可變區(qū)域(varible，v)、恒定區(qū)域(constant，c)、多樣性區(qū)域(diversity，d)、聯(lián)合區(qū)域(joining，j)基因片段。v，d，j區(qū)域的基因片段有多個拷貝，免

15、疫球蛋白由v，d，j部分和輕，重鏈的各種組合組成，體細(xì)胞的突變與免疫球蛋白的多樣性有關(guān)。通過多種組合產(chǎn)生足夠的多樣化抗體，在進化過程中突變的積累尤為重要。通過分析可變區(qū)域基因序列，發(fā)現(xiàn)抗原識別區(qū)域多樣性的增加與自然選擇有關(guān)。魔多兼容性復(fù)合(Mhc)多基因家族屬于與臨床醫(yī)學(xué)密切相關(guān)、高多態(tài)性的免疫球蛋白基因超級家族，引起了研究者的關(guān)注。研究結(jié)果表明，MHC等位基因差異很小的片段序列很明顯是同源基因突變引起的，通過基因重組，MHC基因經(jīng)過了動態(tài)進化。序列相似性研究表明，提高抗原識別部位氨基酸多樣性的自然選擇，使MHC基因保持高多態(tài)性4。包括抗原識別部位在內(nèi)的基因轉(zhuǎn)換也能產(chǎn)生有用的變異，為自然選擇提供物質(zhì)基礎(chǔ)。分散在基因集群和現(xiàn)有基因成員中的另一個典型基因家族是嗅覺受體基因。該受體是一種膜蛋白，包含7個跨膜域，屬于g-蛋白-共聚合受體(GPCR)基因超家族。其功能的多樣性被基因本身加密，而不是體細(xì)胞突變或各種基因片段的組合。哺乳動物有大約數(shù)百個GPCR基因。這種基因在基因組中形成了多個基因集群，每個基因集群包含多個成員和假基因。鯰魚基因組中的GPCR基因比哺乳動物少得多，在哺乳動物的祖先基因組內(nèi)進行了擴展5。據(jù)認(rèn)為，1.3存在的基因群中分散的大量遺傳因子大體上是通過RNA逆轉(zhuǎn)錄，然后整合到基因組中制成的