Q & A : Dalam Gene Sequence Analysis, Apakah yang Dimaksud Dengan Gen Homolog, Gen Paralog, dan Gen Ortolog?

Paralogus vs. Ortologus

Gambar 1. Perbedaan antara Gen Paralog dan Gen Ortolog dalam analisis genetika molekuler organisme, termasuk tanaman. Paralog adalah perbandingan antara dua gen hasil duplikasi, sedangkan ortolog adalah perbandingan antara dua gen yang memisah karena spesiasi (setelah menjadi spesies yang berbeda).

Ketika kita banyak membaca jurnal-jurnal molekuler terbaru, menjumpai hasil penelitian yang berkaitan dengan analisis fungsi suatu gen tertentu tidaklah terlalu mengherankan. Isolasi, karakterisasi dan analisis fungsi gen tanaman merupakan topik penelitian yang banyak dilakukan oleh berbagai grup peneliti di sejumlah negara maju di berbagai belahan dunia.

Ketika membaca artikel-artikel tentang topik tersebut, kita seringkali ketemu dengan sejumlah istilah yang seringkali tidak jelas maksudnya, seperti Gen Homolog (Homologous Genes), Gen ortolog (Orthologous Genes), atau Gen Paralog (Paralogous Genes). Mungkin kita bisa mereka-reka apa yang dimaksud dengan ketiga istilah tersebut. Namun yang lebih sering, kalau kita mau jujur dengan diri sendiri, kita sebetulnya tidak tahu atau bahkan tidak jelas sama sekali apa yang dimaksud dengan Gen Homolog (Homologous Genes), Gen ortolog (Orthologous Genes), atau Gen Paralog (Paralogous Genes).

Untunglah beberapa tahun yang silam, istilah tersebut pernah terbaca dari buku “Ecological Genetics – Design, Analysis, and Application, terbitan tahun 2004. Pengarang : Andrew Lowe, Stephen Harris, and Paul Ashton (Blackwell Sci.Ltd., Oxford, UK). Dalam posting ini, informasi secara ringkas tentang tiga istilah tersebut akan disharing dengan rekan-rekan sejawat sekalian.

Apa yang dimaksud  tetua dengan HOMOLOG? Dua sequences (gen) dikatakan sebagai HOMOLOG jika keduanya diturunkan dari DNA Sequences yang sama (Common Ancestral Sequences). Sebagai contoh: Misalnya ada satu Gene Family dengan jumlah anggota famili sebanyak 50 gen. Maka ke 50 gen anggota dari satu Gene Family tersebut pada awalnya merupakan homolog, karena sebagai hasil duplikasi dari satu gen asal yang sama.

Dengan berjalannya waktu, maka antar anggota dari Gene Family yang dipelajari dapat mengakumulasikan mutasi dalam jumlah dan pada posisi nukleotida yang tidak sama. Akibatnya, akan terjadi perbedaan-perbedaan dalam hal runutan DNA antar anggota Gene Family. Ketika membandingkan antara dua anggota dari Gene Family tersebut maka keduanya dapat sebagai paralog atau ortolog. Untuk mempermudah pemahaman, silakan gunakan ilustrasi yang ada pada Gambar 1 di atas.

Karena Copy A dan Copy B merupakan dua sequences hasil duplikasi dari satu “Ancestral Sequence (GEN),” maka pada awalnya Copy A merupakan homolog dari Copy B. Dengan berjalannya waktu, sequence Copy A mengalami dan mengakumulasikan mutasi pada runutan DNA-nya. Demikian juga Copy B, mengalami mutasi juga. Akibatnya, terdapat perbedaan runutan DNA antara Copy A dan Copy B. Dalam hal ini, Copy A merupakan PARALOG dari Copy B. Dengan kata lain kedua gen tersebut dikatakan sebagai gen paralog.

Dengan berjalannya waktu, maka bisa terjadi proses spesiasi (speciation) – pemisahan organisme yang membawa duplikat gen tersebut menjadi dua spesies yang berbeda. Pada spesies yang I, duplikat copy (gen) tersebut menjadi Copy 1A dan Copy 1B dan pada spesies yang II, duplikat copy (gen) tersebut menjadi Copy 2A dan Copy 2B.

Sepasang DNA (Copy 1A dan Copy 1B) tersebut dapat mengalami dan mengakumulasikan mutasi pada runutan DNA-nya. Demikian juga sepasang DNA yang lain (Copy 2A dan Copy 2B), dapat mengalami dan mengakumulasikan mutasi juga. Akibatnya, terdapat perbedaan runutan DNA antara Copy 1A dan Copy 1B serta antara Copy 2A dan Copy 2B .

Selanjutnya, Copy 1A merupakan PARALOG dari Copy 1B. Demikian juga Copy 2A merupakan paralog dari Copy 2B. Dengan kata lain kedua pasang sequences tersebut dikatakan sebagai gen paralog.

Sequence DNA Copy 1A (dari spesies I) dan Copy 2A (dari spesies II) merupakan gen ORTOLOG. Demikian pula antara DNA copy 1B (dari spesies I) dan Copy 2B (dari spesies II) juga merupakan gen ORTOLOG.

Di dalam genom tanaman seringkali dijumpai adanya kelompok gen yang sequence DNA-nya mirip satu dengan yang lain yang dikenal sebagai “Gene Family.” Salah satu sequence (SEQ 1) dari anggota Gene Family tertentu dengan sequence yang lain (SEQ 2) dari Gene Family yang sama, pada umumnya berasal dari proses duplikasi gen. Dengan berjalannya waktu, maka masing-masing anggota dari Gene Family akan mengalami mutasi sehingga sequence DNA-nya tidak lagi 100% sama. Walaupun runutan nukleotidanya tidak lagi 100% sama, anggota dari Gene Family merupakan paralog antara satu dengan yang lain.

Ketika kita membandingkan antara dua spesies yang berbeda, sebelum dapat menyimpulkan bahwa dua gen yang dianalisis merupakan Gen Ortolog maka harus dilihat beberapa penjelasan berikut:

  • Berhasil membuktikan adanya kesamaan fungsi antara dua sequences (satu dari spesies A dan satu dari spesies B), yang keduanya merupakan anggota dari Gene Family yang sama pada masing-masing spesies
  • Berhasil membuktikan bahwa dua sequences yang berasal dari dua spesies yang berbeda, ternyata secara filogenetik tergolong ke dalam satu Gene Family yang sama
  • Berhasil membuktikan bahwa dua sequences dalam dua spesies yang dianalisis mempunyai posisi di dalam kromosom dan hubungan keterkaitan (linkage relationship) yang sama pada masing-masing genomnya. Sebagai contoh, di spesies I – sequence yang dianalisis lokasinya ada di kromosom I-short arm dan pada spesies II juga demikian. Pada genom spesies I, sequence yang dianalisis mempunyai urutan linkage M1-M2 – Sequence – M3. Urutan linkage yang sama juga ditemukan pada spesies II, yaitu M1-M2 – Sequence – M3.

Ketika tiga persyaratan tersebut dipenuhi, maka dua sequences dari dua spesies yang diilustrasikan di atas merupakan gen ortolog.

Demikianlah sedikit penjelasan tentang istilah Homologi, Paralogi atau Ortologi dalam genetika molekuler. Semoga sedikit penjelasan yang diuraikan diatas dapat membantu menambah pemahaman bagi kolega yang membacanya. Semoga juga dapat menjadi sepotong kecil ‘gading atau belang yang dapat ditinggalkan bagi kolega yang membacanya. Feedback dan masukan dari teman-teman sangat diharapkan untuk meningkatkan pemahaman bersama, silakan berikan feedback dan masukan di kolom komentar.

Related articles

 

About PMB Lab: Prof. Sudarsono

This blog is dedicated as a communication media among alumni associated with PMB Lab, Dept. of Agronomy and Horticulture, Fac. of Agriculture, IPB, Bogor – Indonesia. It contains various information related to alumni activities, PMB Lab’s on going activities and other related matters.
This entry was posted in Kuliah (Courses), Q & A, Serbaneka Info and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

One Response to Q & A : Dalam Gene Sequence Analysis, Apakah yang Dimaksud Dengan Gen Homolog, Gen Paralog, dan Gen Ortolog?

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s