1.9: Rodziny genów

Rodziny genów składają się z grup genów, co do których zakłada się, że pochodzą od wspólnego przodka. Zazwyczaj powstają one w wyniku zdarzeń, w których gen lub geny są omyłkowo duplikowane podczas podziału komórki. W przeciwieństwie do ich genów rodzicielskich (które podlegają presji selekcyjnej w celu utrzymania funkcji), te kopie genów nie muszą zachowywać swoich sekwencji i mogą ewoluować w stosunkowo szybszym tempie.

Czasami regiony te mogą zostać przystosowane do przyjęcia nowych ról w organizmie, stając się nowymi genami na własnych prawach. Kiedy tak się dzieje, nazywamy te geny paralogami – dwoma genami tego samego gatunku, które wyewoluowały ze wspólnego genu przodka.

Innym powszechnym terminem odnoszącym się do członków rodziny genów jest ortolog. Geny ortologiczne to te, które powstały ze wspólnego genu przodka, ale kontynuowały ewolucję po jednym lub więcej zdarzeniach specjacji. Na przykład gen mysiego enzymu trehalazy miałby ortolog u ludzi, który również wytwarza enzym trehalazy. Jednak te geny i ich produkty byłyby przynajmniej częściowo różne w kolejności ze względu na lata zmian ewolucyjnych od ostatniego wspólnego przodka myszy i człowieka. Dlatego są ortologami w tej samej rodzinie genów.

Trzecim powszechnym terminem używanym w rodzinach genów są geny homologiczne. Termin ten jest szerszy i odnosi się do wszystkich powiązanych genów w rodzinie genów.

Ponadto termin nadrodzina jest czasami używany w odniesieniu do bardzo dużych grup genów i białek, które wykazują wystarczającą homologię, aby mieć wspólnych przodków. W przypadku tych dużych rodzin grupowanie może opierać się na podobieństwach mechanistycznych w celu określenia zakresu grupy. W wyniku ich wspólnego genetycznego powstania, geny w rodzinie genów zazwyczaj pełnią powiązane funkcje. Na przykład nadrodzina immunoglobulin obejmuje dużą liczbę genów, które kodują zarówno rozpuszczalne, jak i powierzchniowe białka komórkowe zaangażowane w reakcje immunologiczne, takie jak wiązanie lub adhezja komórek. Kluczową cechą tej rodziny jest to, że jej członkowie mają wspólną domenę zwaną fałdem immunoglobulinowym – co ma kluczowe znaczenie dla ich funkcji.