同源

在生物學種系發生理論中，若兩個或多個結構具有相同的祖先，則稱它們同源（Homology）。

基本介紹

• 中文名：同源
• 外文名：Homology
• 套用學科：生物學、遺傳學
• 適用領域範圍：生物

同源

哺乳動物的前肢是同源構造的例子。

生物學中同源

這裡相同的祖先既可以指演化論意義上的祖先，即兩個結構由一個共同的祖先演化而來（在這個意義上，蝙蝠的翅膀與人類的手臂是同源的），也可以指發育意義上的祖先，即兩個結構由胚胎時期的同一組織發育而來（在這個意義上，人類女性的卵巢與男性的睪丸同源）。

同源這一概念需與相似區分開來。比如說，昆蟲的翅膀、蝙蝠的翅膀和鳥類的翅膀是相似的，但卻不同源，這種現象被稱為非同源相似（或同形質，Homoplasy）。這些相似的結構由不同的渠道演化而來，這種演化過程叫做趨同演化Convergency）。

遺傳學中同源

在遺傳學中，同源這一概念主要是指序列同源，表明兩個或多個蛋白質或DNA序列具有相同的祖先。同源的序列也很可能有相似的功能。兩個序列或者同源，或者不同源，不存在“同源度”這樣的概念。序列中同源的部分也被稱為保守的（conserved）。

蛋白質和DNA的同源性常常通過它們序列的相似性來判定，在生物信息學中尤其是如此。例如，如果兩個基因有著幾乎一樣的DNA序列，那么它們很可能同源，但也有例外：它們可能沒有共同的祖先，而為了適應綁定（bind to）某特殊的蛋白質的需要而演化成了一樣的形式（如轉錄因子）。這樣的序列是相似的，但卻不同源。

非專業人士偶爾會使用諸如“同源百分比”（percent homology）這樣的術語，這是不對的。“相似百分比”(percent similarity)這樣的術語的確存在，但只能用於衡量生物分子序列的相似性，而不能度量它們的同源性。不過，若有若干條序列只有一部分被認為同源（are presumed to share descent），我們可稱它們部分同源。

許多算法能夠將蛋白質序列聚類為若干族，每族裡的序列同源。

直系同源與旁系同源

同源序列可分為兩種：直系同源（orthology）和旁系同源（paralogy）。直系同源的序列因物種形成（speciation）而被區分開（separated）：若一個基因原先存在於某個物種，而該物種分化為了兩個物種，那么新物種中的基因是直系同源的；旁系同源的序列因基因繁殖（gene duplication）而被區分開（separated）：若生物體中的某個基因被複製了，那么兩個副本序列就是旁系同源的。直系同源的一對序列稱為直系同源體（orthologs），旁系同源的一對序列稱為旁系同源體（paralogs）。

直系同源體通常有相同或相似的功能，但對旁系同源體則不一定：由於缺乏原始的自然選擇的力量，繁殖出的基因副本可以自由的變異並獲得新的功能。

肌紅蛋白（myoglobin）和血紅蛋白（hemoglobin）被認為是古老的旁系同源體（ancient paralogs）。類似的，已知的四種血紅蛋白（血紅蛋白A，血紅蛋白A2，血紅蛋白S，和胎兒血紅蛋白）均互為旁系同源體。它們均能夠運輸氧氣，但在功能上又有細微的分化：胎兒血紅蛋白（血紅蛋白F）比成年血紅蛋白對氧氣有更高的親和力。

另一個例子是齧齒動物（如老鼠）體內的胰島素基因。齧齒動物有一對旁系同源的胰島素基因，尚不清楚它們的功能是否分化。

旁系同源體常見於同一物種，但也不是絕對如此：人類的血紅蛋白和非洲黑猩猩的肌紅蛋白就是旁系同源體。這是使用生物信息學方法預測基因功能的一大困難：即使不同物種的基因同源，我們也不能立刻推斷它們具有相同或相似的功能，因為它們可能為具有不同功能的旁系同源體。

同源染色體對

二倍體細胞中的同源染色體對是一對匹配的染色體。它們分別來源於生物體的雙親。除開性染色體，同源染色體對中的兩條染色體有相當長的部分相似，通常也具有相同的基因序列。兩條性染色體的相似部分較其他染色體少。我們推測染色體是旁系同源體。