同源基因（Homologous genes/Homologs）

同源基因（Homologous genes/Homologs）
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理鄭杏倩

當比較兩個或多個基因時，若這些基因有共同的祖先，我們稱之為同源基因（homologous genes/homologs）。當兩同源基因存在單一物種中，也就是同源的原因是來自基因重製（gene duplication）又各自累積變異，則稱此兩基因為旁系同源基因（paralogous genes/paralogs）；若兩基因存在於不同物種，也就是同源的原因來自於種化（speciation），則稱此兩基因為直系同源基因（orthologous genes/orthologs）。下圖一以簡單的示意圖闡述旁系同源與直系同源基因之定義。

若以演化的角度來看，旁系同源基因經過基因重製後即各自演化，有些可保有相同的功能，但是有些可演化為不同的功能，也就是旁系同源基因在同一物種（或不同物種）內負責類似功能；而直系同源基因來自於種化，這些基因在不同種間負責相同功能，因此直系同源基因可以反映物種演化的歷史。

在親緣關係以及族群遺傳的研究領域中，直系同源基因為非常重要的研究工具。我們藉由比較親緣關係相近之不同物種或是種階層以下不同品系之類群比較，可以推測物種演化的歷史。此種研究方式常拿來當作作物育種、物種馴化之工具。以水稻為例，Hd1基因是控制稻米開花時間的基因，比較野生水稻以及食用水稻的Hd1基因後，發現食用水稻之Hd1基因大多失去功能，推測此為人擇的結果，此結果可使水稻開花的時間多元化並可適應各種不同氣候條件。

而在研究基因體演化時，旁系同源基因是很好的研究工具。血紅素（hemoglobin）以及肌紅蛋白（myoglobin）是古早的旁系同源基因，經過長時間的演化，雖然其序列已有明顯的差異，但是其蛋白質結構以及攜帶氧氣的功能卻還是非常類似。此外，血紅素基因家族（gene family）包含血紅素A、血紅素A2、血紅素B以及血紅素F，這群旁系同源基因之主要功能皆為運輸氧氣，血紅素F在胎兒時期與氧的親和力（affinity）比成人時期還強。

參考資料：
1. Graur, D. & Li, W.-H. (2000). Fundamentals of molecular evolution. 2^nd edition. p271-272.
2. Homology (biology) – Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Homology_(biology)