Type d'homologie dans lequel des gènes de différentes espèces sont apparentés par un événement de spéciation et (en général) dérivent du même gène ancestral, conservant souvent une fonction ancestrale apparentée ; utilisé ici au sens évolutif–génomique strict.

Principe

Les orthologues émergent lorsqu'un gène ancestral est transmis aux lignées descendantes séparées par spéciation ; distinguer orthologie et paralogie (liens issus de duplications) exige une reconstruction phylogénétique, la syntenie et parfois des preuves fonctionnelles et positionnelles car duplications et pertes compliquent les relations.

Démonstration

Un gène humain et son homologue chez la souris qui s'associent comme séquences sœurs dans un arbre généalogique, partagent une structure génique conservée et un voisinage génomique (syntenie), et exercent des rôles biochimiques comparables sont des orthologues ; cette orthologie soutient un transfert prudent d'annotations fonctionnelles entre espèces.

Mauvaise application

Inférer l'orthologie uniquement à partir d'un meilleur hit BLAST réciproque ou d'une similarité de séquence superficielle sans contexte phylogénétique ou de syntenie ; supposer que l'orthologie garantit une fonction identique alors que des sub- ou néo-functionalisation spécifiques à une lignée ont pu se produire.

Conséquence

Une attribution correcte de l'orthologie permet des inférences fonctionnelles comparatives plus fiables, des analyses de taux évolutifs et la reconstruction des histoires de familles géniques ; des appels d'orthologie incorrects entraînent des mésannotations et des conclusions évolutives erronées.

Inversion

La paralogie désigne des gènes apparentés par duplication au sein d'une lignée plutôt que par spéciation ; les paralogues peuvent diverger fonctionnellement et compliquent l'inférence d'orthologie lorsque la duplication précède ou suit la spéciation.

Limite

S'applique aux relations évolutives au niveau des gènes traçables via des événements de spéciation ; exclut les relations altérées par transfert horizontal de gènes, fusion/fission génique qui obscurcissent l'ascendance, et les analogues fonctionnels qui ne sont pas orthologues phylogénétiquement.

Tension sémantique

Il existe une tension entre les définitions opérationnelles basées sur la similarité de séquence utilisées dans les pipelines automatisés et l'orthologie phylogénétiquement stricte ; tension aussi entre « orthologue » comme étiquette évolutive et « orthologue fonctionnel » impliquant activité conservée.

Synthèse

L'orthologie identifie des gènes d'espèces différentes descendant du même gène ancestral via la spéciation ; une assignation robuste dépend d'une analyse phylogénétique et du contexte génomique, et bien que l'orthologie prédise souvent une fonction conservée, des exceptions liées à la duplication, la perte ou la divergence fonctionnelle imposent de valider les inférences.