重重雷區的網路艦長日誌

雖然這個部落格乍看之下，作者有種”聞氰”的fu，不過作者本人平時從事的其實是演化研究。

所以本人對於網路上，看到的中文”ortholog”解釋很不滿意。

比方說現在google到的第一篇好了:

http://lawaymayaw.blogspot.tw/2008/11/homolog-ortholog-and-paralog.html

這篇看完我保證你還是不懂”ortholog”是什麼東西。（下面那些喊”好清楚””好清楚”的，一定是理解力大師！）那個附圖也不要看，看了只會更混淆。

“ortholog 呢？它是指不同物種間的基因有源於共同祖源基因的關係，通常基因功能一樣，但又因為演化的緣故，使得在比較兩個 ortholog genes 間的功能時會發生其中一個有 lost- or gain-of-function 的現象”

哎，完全沒解釋到重點呀（而且有錯字）。我用我的話來從頭解釋一次好了。

會有homolog，ortholog和paralog的比較，一開始是因為要比較”不同species”上”類似的基因”才有的觀念。首先，什麼是”species 物種”？（不要笑，正常學生物的人都知道，不是學生物的人大概多少也知道，但這才是這問題真正的切入點）以Mayr提出的species概念來說，就是”一群可以互相交配，生產能生後代的後代的生物”，後面這句有點詏口，不過舉個反例就可以了: 馬跟驢可以交配，也會有後代騾，但是騾沒辦法生下騾，所以馬和驢是不同種。是的，其實species的這個定義，用反證法比較好理解。

那篇作者的參考資料裡，除了homolog，ortholog和paralog之外，還有另一個名詞解釋”speciation”:

“Speciation is the origin of a new species capable of making a living in a new way from the species from which it arose. As part of this process it has also aquired some barreir to genetic exchage with the parent species.”

為什麼解釋3個名詞的同時，要再加上第4個”speciation”？其實這一點都不奇怪，因為沒有speciation，就沒有新的species；沒有新的species，就沒有ortholog。

speciation（中文可以翻譯為”種化”）的意思，大概就是: “同一個species, 因為種種隔離（這裡最主要是”生殖隔離”），最後導致無法再繼續交配產生後代，變成兩個不同species”。因此，本來同一個species裡的某個基因，在變成不同species之後，雖然還是同一個基因，卻因為生物已經變成不同的種，再講它們是”同一個基因”就會怪怪的，因此我們稱這兩個基因彼此是對方的”ortholog”。

假如2個種才剛剛獨立演化出來不久，此時它們間的大部分基因，通常還不會差距太大，甚至很多基因的序列可能還保持一模一樣，做出一模一樣的蛋白質產物。一般來說，這個差距會隨著時間而變大，因為遺傳序列本身是會隨機突變的，只要不對生物有害，通常都可以保存下來。既然產物一樣，那麼蛋白質的功能通常也不會有多少改變，某些功能重要的基因上，甚至常見兩種生物已經分隔許久，長得很不像了（比方說一種動物和另一種植物），某基因序列和功能卻還相當接近的例子。

“但又因為演化的緣故，使得在比較兩個 ortholog genes 間的功能時會發生其中一個有 lost- or gain-of-function 的現象”，那麼這句突然冒出來的解釋又是什麼？這就要回到演化研究的目的了，演化研究的是生物間的”變與不變”，”不變”的，例如很多基礎的代謝機制，從細菌到人類大概都用同一套，所以很多研究線蟲或果蠅（長得和人類一點都不像，事實上也真的差很多）的科學從業人員，很愛把自己的研究扯到人類身上去（例如: 線蟲上觀察到某基因的表現方法，為我們在糖尿病研究上提供了新的靈感）。

不過演化科學家做的，更多都是研究”變”，也就是生物間的差異: 為什麼這個種和那個種有差別？這個差異對於它們對環境的適應，或是當初的種化分家，有什麼影響嗎？這時，那些ortholog，本來一樣，卻在不同物種上演化出差異性的，就會被抓來特別研究一番，假如是gain or loss of function（正確的寫法應該是”loss”，不是這篇blog寫的”lost”），也就是”這基因在這個種有功能，另一個種卻沒有（或相反）”，那就更值錢了！因為這意味，這基因在兩個物種的功能不同，有改變。假如這基因牽涉到某種重要的功能，例如參與精子的製造，或是某樣對某環境的適應，像是更強壯，更耐冷，或更屌（這個對男子漢很重要！），這個基因就是研究者的好物，因為如此一來，也許物種的生成或分化，就是這個基因造成的！

這才是那篇blog抄書抄來那段話，真正的內涵，問題是，這段話是衍生的東西，跟一開始ortholog的定義，根本沒什麼關係。所以我才說，光看這個就說好清楚的，一定是理解力大師。

再來解釋paralog，比方說我們有個基因，叫作”avatar kinase”，但是一共有3個基因，長得都差不多，都做 avatar kinase的工作，於是我們叫它們: avatar kinase 1, avatar kinase 2和 avatar kinase 3，然後我們在酵母菌裡也找到這個基因，但是只有一個，這時，我們就可以合理推斷，人類的3個基因，是由當初的1個 avatar kinase 基因複製出來的，因此，這3個基因（也可以叫它們”gene family”，雖然是個只有3位成員的小家庭），彼此之間，就叫作”paralogs”。注意，paralogs講的是”同species內，由同一個基因祖先，複製生成的不同基因”；而orthologs則是: “不同species間的同一個基因”。

為什麼一個基因要變出一個分身，甚至一堆分身？這是演化上很有趣的問題。假如一個便當吃得飽，為什麼還要吃第二個？一個狀況是，因為這個基因的功能太多，又要做這個（看病，顧家庭），又要做那個（研究，教書），假如有個分身，把功能單純化，這樣生理上比較好調控；或是反過來，分身演化出了本來沒有的新功能（上法院，搞外遇），於是可以自立門戶。當然還有其他各式可能，不過也是因為這個原因，所以不少paralogs是有新功能的。

homolog？一般來講，就是paralog加上ortholog，因為有些gene family實在很大，很複雜，判斷誰是誰的ortholog很困難（這一般人通常都不會遇到，遇到也不會在意，除非你是專門做基因演化的），比較保險講homolog就對了。至於假如不確定演化關係時，講homolog大概都不會錯。

以上，就是homolog，ortholog和paralog的定義解釋，下課。