基因家族的定义和形成方式(加倍与扩张)

进化的角度解释基因家族的形成方式

基因家族定义:

基因家族(英语:Gene family),是来源于同一个祖先,由一个基因通过基因重复而产生两个或更多的拷贝而构成的一组基因,它们在结构和功能上具有明显的相似性,编码相似的蛋白质产物
A gene family is a set of several similar genes, formed by duplication of a single original gene, and generally with similar biochemical functions. 


基因家族的形成方式(加倍与扩张):


1.染色体組多倍化( Whole genome duplication or  polyploidization):大部分植物都经历过古老的全基因组复制事件or多倍化,它是一种大规模的染色体倍增事件,一次性增加一个物种所有基因的剂量,导致基因组中保留着大量染色体倍增的片段。全基因组复制造成的重复区通常是一大片区域中所有基因的重复,而不是单个基因或几个基因的重复。高等植物,很多都经历过多倍化过程如棉花(AADD),花生(AABB),小麦(AABBDD)等等,那么基因组在多倍化的过程中,就会发生基因的成倍增加:

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2.串联复制(Tandem duplication) :串联复制主要发生在染色体重组区域,串联复制形成的基因家族成员通常紧密排列在同一条染色体上,形成一个序列相似、功能相近的基因簇。According to the descriptions of Holub [1], a chromosomal region within 200 kb containing two or more genes is defined as a tandem duplication event.

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3.染色体片段复制(Segmental duplication):导致复制的基因距离较远,甚至位于不同的染色体。

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4.转座子介导转座 复制  


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5.  反转录转座(retroduplication:转座子介导,反转录转座是指件已经转录和剪切的mRNA,再经过逆转录过程形成cDNA,然后随机插入到染色体的某一位置形成新的重复基因的过程。经反转录转座形成的新基因往往由于缺少必要的调控序列,通常都是不能表达的假基因。


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最后,注意区分大片段复制导致的基因加倍:

大片段复制的家族基因,及反转录转座也会导致加倍的家族基因位于不同的染色体,那么怎么区分他们呢?

我觉得要严格区分的话,应该用共线性的方法去查找大片段复制的基因,如mcscan去查找:因为大片段复制的基因周围的基因也有相似性,而反转录转座就不同了,周围的其他基因不相似。

所以blast分析与mcscan分析的结果有区别也是正常,下面的基因家族课程中我们有将实际操作方法:


基因家族分析学习链接:基因家族分析实操课程基因家族文献思路解读

另外,串联重复基因 tandem和segmental的区别与联系: https://www.omicsclass.com/article/730


[1] Holub EB. The arms race is ancient history in Arabidopsis, the wildflower. Nat Rev Genet. 2001;2(7):516.
[2] Yu J, Wang J, Shi X: The genomes of Oryza sativa: a history of duplications. PLoS Biol. 2005, 3 (2): e38-10.1371/journal.pbio.0030038.
[3] Ramamoorthy R, Jiang SY, Kumar N, Venkatesh PN, Ramachandran S: A comprehensive transcriptional profiling of the WRKY gene family in rice under various abiotic and phytohormone treatments. Plant Cell Physiol. 2008, 49 (6): 865-879. 10.1093/pcp/pcn061.
[4] Evolution of Gene Duplication in Plants Nicholas Panchy, Melissa Lehti-Shiu, Shin-Han Shiu Plant Physiology Aug 2016, 171 (4) 2294-2316; DOI: 10.1104/pp.16.00523


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