¿Cuál es la diferencia entre ortólogos, parálogos y homólogos?

Primero, una nota sobre la ortografía. Tanto "ortholog" como "orthologue" son correctos, uno es la ortografía estadounidense y el otro la británica. Lo mismo es cierto para homólogo y parálogo.

A la biología. La homología es el término general, tanto los orto- como los parálogos son homólogos. Entonces, en caso de duda, use "homólogos". Sin embargo:

• Los ortólogos son genes homólogos que son el resultado de un evento de especiación .

• Los parálogos son genes homólogos que son el resultado de un evento de duplicación .

La siguiente imagen, adaptada (ligeramente) de [ 1 ], ilustra las diferencias:

La parte (a) del diagrama anterior muestra una historia evolutiva hipotética de un gen. El genoma ancestral tenía dos copias de este gen (A y B) que eran parálogos . En algún momento, la especie ancestral se dividió en dos especies hijas, cada una de cuyos genomas contiene dos copias del gen ancestral duplicado (A1,A2 y B1,B2).

Todos estos genes son homólogos entre sí, pero ¿son parálogos u ortólogos? Dado que el evento de duplicación que creó los genes A y B ocurrió antes del evento de especiación que creó las especies 1 y 2, los genes A serán parálogos de los genes B y los genes 1 serán ortólogos de 2 genes:

• A1 y B1 son parálogos
• A1 y B2 son parálogos .
• A2 y B1 son parálogos .

• A2 y B2 son parálogos .

• A1 y A2 son ortólogos .

• B1 y B2 son ortólogos

Esto, sin embargo, es un caso muy simple. ¿Qué sucede cuando ocurre una duplicación después de un evento de especiación? En la parte (b) del diagrama anterior, el gen ancestral se duplicó solo en el linaje de la especie 2. Por lo tanto, en (b) :

• A2 y B2 son ortólogos de A1.
• A2 y B2 son parálogos entre sí.

Una idea errónea común es que los genes parálogos son aquellos genes homólogos que se encuentran en el mismo genoma, mientras que los genes ortólogos son aquellos que se encuentran en genomas diferentes. Como puede ver en el ejemplo anterior, esto no es del todo cierto. Si bien puede suceder de esa manera, la orto-vs paralogía depende exclusivamente de la historia evolutiva de los genes involucrados. Si no sabe si una relación de homología particular es el resultado de una duplicación de genes o un evento de especiación, entonces no puede saber si es un caso de paralogía u ortología.

Referencias

1. RA Jensen, Ortólogos y parálogos: necesitamos hacerlo bien, Genome Biology , 2(8), 2001

Lectura sugerida:

Recomiendo encarecidamente el artículo de Jensen mencionado anteriormente. Lo leí cuando estaba empezando a trabajar en genómica comparativa y evolución y es una explicación maravillosamente clara y sucinta de los términos. También vale la pena leer algunos de los artículos a los que se hace referencia allí:

• Koonin EV: una disculpa por los ortólogos, o nuevos memes valientes. Genoma Biol , 2001, 2 : comentario 1005.1-1005.2.
• Petsko GA: Homologuefobia. Genoma Biol 2001, 2 : comentario 1002.1-1002.2.
• Fitch WM: Distinguir proteínas homólogas de proteínas análogas. Syst Zool 1970, 19 :99-113. (de interés histórico, los términos se usaron por primera vez aquí)
• Fitch WM: Homología una opinión personal sobre algunos de los problemas. Tendencias Genet 2000, 16 :227-31.

Tanto los ortólogos como los parálogos son tipos de homólogos, es decir, denotan genes que derivan de la misma secuencia ancestral.

Los ortólogos son genes correspondientes en diferentes linajes y son el resultado de la especiación, mientras que los parálogos resultan de la duplicación de un gen. Esto a menudo tiene implicaciones importantes: mientras que los ortólogos a menudo cumplen el mismo rol, los parálogos tienden a divergir en su función, por lo que la paralogía es un peor indicador de analogía funcional que la ortología.

Esto, sin embargo, es solo la punta del iceberg, ya que la situación puede ser mucho más compleja (ver, por ejemplo, el problema de la paralogía oculta).

Hay un gran artículo de Fitch sobre ese tema.

Primero, la definición: dos genes son homólogos si derivan de un ancestro común. En términos generales, si dos secuencias de nucleótidos tienen al menos un 30 % (o más del 10 % de secuencia de aminoácidos) de identidad, es probable que tengan un ancestro común; sin embargo, es posible que no sean homólogos. Tenga en cuenta que lo contrario no se aplica: dos genes también pueden ser homólogos si no hay similitud; esto sucede cada vez que la deriva fue lo suficientemente larga (muchos genes ya no son similares, más allá de la identidad aleatoria, después de mil millones de años; solo los genes altamente conservados mantienen cierta similitud).

Además de las otras respuestas, otro diagrama y más términos:

(según WM Fitch, Trends in Genetics, 16, 5, mayo de 2000, p.228)

• B1 y C1 son ortólogos (1:1)
• B1, C2 y C3 son ortólogos (1:n)
• A1 y AB1 son xenólogos (transferencia de genes horiz.)

Creo que (1:n) ortholog es un sinónimo de outparalog .

Klaus D. Grasser: Revisiones anuales de plantas, Regulación de la transcripción en plantas (Volumen 29). Wiley-Blackwell, ISBN 1-4051-4528-5, pág. 37.