जीन परिवार

एक जीन परिवार कई समान जीनों का समूह है, जो ही मूल जीन के दोहराव से बनता है, और आम तौर पर समान जैव रासायनिक कार्यों के साथ होता है। ऐसा ही परिवार मानव हीमोग्लोबिन सबयूनिट के जीन हैं; दस जीन अलग-अलग गुणसूत्रों पर दो समूहों में होते हैं, जिन्हें हीमोग्लोबिन, अल्फा 1|α-ग्लोबिन और मानव β-ग्लोबिन लोकस|β-ग्लोबिन लोकी कहा जाता है। ऐसा माना जाता है कि ये दो जीन समूह लगभग 500 मिलियन वर्ष पहले पूर्ववर्ती जीन के दोहराए जाने के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुए थे। साझा न्यूक्लियोटाइड या [[प्रोटीन अनुक्रम]]ों के आधार पर जीनों को परिवारों में वर्गीकृत किया जाता है। फिलोजेनी तकनीकों का उपयोग अधिक कठोर परीक्षण के रूप में किया जा सकता है। कोडिंग अनुक्रम के भीतर एक्सॉन की स्थिति का उपयोग सामान्य वंश का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। जीन द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन के अनुक्रम को जानने से शोधकर्ताओं को उन तरीकों को लागू करने की अनुमति मिल सकती है जो प्रोटीन अनुक्रमों के बीच समानताएं ढूंढते हैं जो डीएनए अनुक्रमों के बीच समानता या अंतर की तुलना में अधिक जानकारी प्रदान करते हैं।

यदि जीन परिवार के जीन प्रोटीन को एनकोड करते हैं, तो प्रोटीन परिवार शब्द का प्रयोग अक्सर जीन परिवार के समान तरीके से किया जाता है।

किसी विशिष्ट वंश के साथ जीन परिवारों का विस्तार या संकुचन संयोग के कारण हो सकता है, या इसका परिणाम हो सकता है प्राकृतिक चयन। व्यवहार में इन दोनों मामलों के बीच अंतर करना अक्सर कठिन होता है। हालिया कार्य संयोजन का उपयोग करता है प्राकृतिक चयन के प्रभाव में आने वाले जीन परिवारों का पता लगाने के लिए सांख्यिकीय मॉडल और एल्गोरिथम तकनीकें। ह्यूगो जीन नामकरण समिति (एचजीएनसी) व्यक्तिगत सदस्यों को अलग करने के लिए पदानुक्रमित संख्या प्रणाली के साथ, जीन परिवार के सदस्यों (होमोलॉजी (जीवविज्ञान) या फ़ंक्शन द्वारा) के लिए स्टेम (या रूट) प्रतीक का उपयोग करके नामकरण योजनाएं बनाती है। उदाहरण के लिए, पेरोक्सीरेडॉक्सिन परिवार के लिए, PRDX मूल प्रतीक है, और परिवार के सदस्य PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5 और PRDX6 हैं।

बुनियादी संरचना
जीनोम संगठन का स्तर जीनों को कई जीन परिवारों में समूहित करना है। जीन परिवार संबंधित जीनों के समूह हैं जो ही पूर्वज साझा करते हैं। जीन परिवारों के सदस्य पैरालॉग्स या ऑर्थोलॉग्स हो सकते हैं। जीन पैरालॉग ही प्रजाति के भीतर समान अनुक्रम वाले जीन होते हैं जबकि जीन ऑर्थोलॉग विभिन्न प्रजातियों में समान अनुक्रम वाले जीन होते हैं। जीन परिवार आकार, अनुक्रम विविधता और व्यवस्था में अत्यधिक परिवर्तनशील होते हैं। परिवार के भीतर जीन की विविधता और कार्यों के आधार पर, परिवारों को मल्टीजीन परिवार या सुपरफैमिली के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। मल्टीजीन परिवारों में आम तौर पर समान अनुक्रम और कार्यों वाले सदस्य शामिल होते हैं, हालांकि उच्च स्तर का विचलन (अनुक्रम और/या कार्यात्मक स्तर पर) जीन परिवार से जीन को हटाने का कारण नहीं बनता है। परिवार में अलग-अलग जीन ही गुणसूत्र पर साथ व्यवस्थित हो सकते हैं या विभिन्न गुणसूत्रों पर पूरे जीनोम में फैले हुए हो सकते हैं। उनके अनुक्रमों और उनके अतिव्यापी कार्यों की समानता के कारण, परिवार में व्यक्तिगत जीन अक्सर नियामक नियंत्रण तत्वों को साझा करते हैं। कुछ उदाहरणों में, जीन सदस्यों के अनुक्रम समान (या लगभग समान) होते हैं। ऐसे परिवार आवश्यकतानुसार कम समय में भारी मात्रा में जीन उत्पाद को व्यक्त करने की अनुमति देते हैं। अन्य परिवार समान लेकिन विशिष्ट उत्पादों को विभिन्न कोशिका प्रकारों में या किसी जीव के विकास के विभिन्न चरणों में व्यक्त करने की अनुमति देते हैं।

एकल बहुजीन परिवारों की तुलना में सुपरफ़ैमिली बहुत बड़ी होती हैं। सुपरफ़ैमिली में सैकड़ों जीन होते हैं, जिनमें कई मल्टीजीन परिवार के साथ-साथ एकल, व्यक्तिगत जीन सदस्य भी शामिल होते हैं। सदस्यों की बड़ी संख्या सुपरफ़ैमिली को व्यापक रूप से फैलाने की अनुमति देती है, जिसमें कुछ जीन क्लस्टर होते हैं और कुछ दूर तक फैलते हैं। जीन अनुक्रम और कार्य में विविध हैं जो अभिव्यक्ति के विभिन्न स्तरों और अलग-अलग विनियमन नियंत्रणों को प्रदर्शित करते हैं।

कुछ जीन परिवारों में स्यूडोजीन, डीएनए के अनुक्रम भी होते हैं जो स्थापित जीन अनुक्रमों से काफी मिलते-जुलते हैं लेकिन गैर-कार्यात्मक होते हैं। विभिन्न प्रकार के स्यूडोजेन मौजूद हैं। गैर-संसाधित स्यूडोजेन वे जीन हैं जो समय के साथ उत्परिवर्तन प्राप्त कर निष्क्रिय हो जाते हैं। प्रसंस्कृत स्यूडोजेन वे जीन हैं जो रेट्रोट्रांसपोज़िशन द्वारा जीनोम के चारों ओर स्थानांतरित होने के बाद अपना कार्य खो देते हैं। स्यूडोजेन जो अपने मूल जीन परिवार से अलग हो गए हैं, उन्हें अनाथ कहा जाता है।

गठन
जीन परिवार पैतृक जीन के एकाधिक दोहराव, उसके बाद उत्परिवर्तन और विचलन से उत्पन्न हुए। दोहराव वंश के भीतर हो सकता है (उदाहरण के लिए, मनुष्यों में जीन की दो प्रतियां हो सकती हैं जो चिंपांज़ी में केवल बार पाई जाती हैं) या वे प्रजातिकरण का परिणाम हैं। उदाहरण के लिए, मनुष्यों और चिंपांज़ी के पूर्वजों में ही जीन अब दोनों प्रजातियों में पाया जाता है और इसे प्रजाति-प्रजाति के माध्यम से 'दोहराया गया' माना जा सकता है। प्रजाति-प्रजाति द्वारा दोहराव के परिणामस्वरूप, जीन परिवार में 15 जीन शामिल हो सकते हैं, प्रत्येक 15 विभिन्न प्रजातियों में से प्रति।

दोहराव
जीन परिवारों के निर्माण में, दोहराव के चार स्तर मौजूद हैं: 1) एक्सॉन दोहराव और एक्सॉन फेरबदल, 2) संपूर्ण जीन दोहराव, 3) मल्टीजीन परिवार दोहराव, और 4) संपूर्ण जीनोम दोहराव। एक्सॉन दोहराव और फेरबदल भिन्नता और नए जीन को जन्म देता है। फिर जीनों को बहुजीन परिवार बनाने के लिए दोहराया जाता है जो कई गुणसूत्रों को फैलाते हुए सुपरफैमिली बनाने के लिए दोहराए जाते हैं। संपूर्ण जीनोम दोहराव प्रत्येक जीन और जीन परिवार की प्रतियों की संख्या को दोगुना कर देता है। संपूर्ण जीनोम दोहराव या पॉलीप्लोइडाइजेशन या तो ऑटोपोलाइडाइजेशन या एलोप्लोइडाइजेशन हो सकता है। ऑटोपॉलीप्लोइडाइज़ेशन ही जीनोम का दोहराव है और एलोपॉलीप्लोइडाइज़ेशन दो निकट से संबंधित जीनोम या विभिन्न प्रजातियों के संकरित जीनोम का दोहराव है।

दोहराव मुख्य रूप से रोगाणु कोशिकाओं के अर्धसूत्रीविभाजन में असमान क्रॉसिंग घटनाओं के माध्यम से होता है। (1,2) जब दो गुणसूत्र गलत संरेखित होते हैं, तो क्रॉसिंग - जीन एलील्स का आदान-प्रदान - परिणामस्वरूप गुणसूत्र का जीन संख्या में विस्तार या वृद्धि होती है और दूसरे की जीन संख्या में संकुचन या कमी होती है। जीन क्लस्टर का विस्तार जीन का दोहराव है जो बड़े जीन परिवारों की ओर ले जाता है।

स्थानांतरण
पैतृक जीन के दोहराव के बाद उन जीनों के स्थानांतरण के कारण मल्टीजीन परिवार या सुपरफैमिली के भीतर मल्टीजीन परिवारों के जीन सदस्य विभिन्न गुणसूत्रों पर मौजूद होते हैं। ट्रांसपोज़ेबल तत्व जीन की गति में भूमिका निभाते हैं। ट्रांसपोज़ेबल तत्वों को उनके 5' और 3' सिरों पर उल्टे दोहराव द्वारा पहचाना जाता है। जब दो ट्रांसपोज़ेबल तत्व गुणसूत्र पर ही क्षेत्र में काफी करीब होते हैं, तो वे मिश्रित ट्रांसपोज़न बना सकते हैं। प्रोटीन ट्रांसपोज़ेज़ डीएनए खंड को काटते हुए सबसे बाहरी उल्टे दोहराव को पहचानता है। दो ट्रांसपोज़ेबल तत्वों के बीच किसी भी जीन को स्थानांतरित कर दिया जाता है क्योंकि समग्र ट्रांसपोज़न जीनोम के नए क्षेत्र में कूद जाता है।

रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन जीन संचलन की और विधि है। किसी जीन के एमआरएनए प्रतिलेख को उल्टा प्रतिलेखित किया जाता है, या कॉपी किया जाता है, वापस डीएनए में। एमआरएनए की यह नई डीएनए प्रति जीनोम के दूसरे भाग में एकीकृत हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप जीन परिवार के सदस्य बिखर जाते हैं।

जीन परिवारों और जीन परिवार के सदस्यों के संचलन में विशेष प्रकार का बहुजीन परिवार शामिल होता है। लाइन (लंबे इंटरस्पर्स्ड तत्व) और साइन (लघु इंटरस्पर्स्ड तत्व) परिवार अत्यधिक दोहराव वाले डीएनए अनुक्रम हैं जो पूरे जीनोम में फैले हुए हैं। LINEs में अनुक्रम होता है जो रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस प्रोटीन को एनकोड करता है। यह प्रोटीन LINEs और SINEs के RNA प्रतिलेखों को वापस DNA में कॉपी करने में सहायता करता है, और उन्हें जीनोम के विभिन्न क्षेत्रों में एकीकृत करता है। यह LINE और SINE परिवारों के विकास को स्वत: कायम रखता है। इन तत्वों की अत्यधिक दोहरावदार प्रकृति के कारण, LINEs और SINEs जब साथ करीब आते हैं तो असमान क्रॉसिंग घटनाओं को भी ट्रिगर करते हैं जिसके परिणामस्वरूप एकल-जीन दोहराव और जीन परिवारों का निर्माण होता है।

विचलन
गैर-पर्यायवाची उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप अमीनो एसिड का प्रतिस्थापन होता है, डुप्लिकेट जीन प्रतियों में वृद्धि होती है। दोहराव ही जीन की कई प्रतियों को जन्म देता है, जिससे अतिरेक का स्तर मिलता है जहां उत्परिवर्तन को सहन किया जाता है। जीन की कार्यशील प्रति के साथ, अन्य प्रतियाँ जीवों के लिए अत्यधिक हानिकारक हुए बिना उत्परिवर्तन प्राप्त करने में सक्षम होती हैं। उत्परिवर्तन डुप्लिकेट जीन को नए या अलग-अलग कार्य प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।

सम्मिलित विकास
कुछ बहुजीन परिवार अत्यंत समरूप होते हैं, जिनमें व्यक्तिगत जीन सदस्य समान या लगभग समान अनुक्रम साझा करते हैं। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा जीन परिवार उच्च समरूपता बनाए रखते हैं, ठोस विकास है। घटनाओं पर असमान क्रॉसिंग के बार-बार चक्र और जीन स्थानांतरण और रूपांतरण के बार-बार चक्र के माध्यम से ठोस विकास होता है। असमान क्रॉसिंग ओवर से जीन परिवारों का विस्तार और संकुचन होता है। जीन परिवारों की इष्टतम आकार सीमा होती है जिस पर प्राकृतिक चयन कार्य करता है। संकुचन भिन्न जीन प्रतियों को हटा देता है और जीन परिवारों को बहुत बड़ा होने से बचाता है। विस्तार खोई हुई जीन प्रतियों को प्रतिस्थापित करता है और जीन परिवारों को बहुत छोटा होने से रोकता है। जीन स्थानांतरण और रूपांतरण के दोहराए जाने वाले चक्र तेजी से जीन परिवार के सदस्यों को अधिक समान बनाते हैं।

जीन स्थानांतरण की प्रक्रिया में, एलीलिक जीन रूपांतरण पक्षपातपूर्ण होता है। जीन परिवार में समरूपता की ओर फैलने वाले उत्परिवर्ती एलील, निर्धारण की ओर आबादी में फैलने वाले लाभप्रद एलील की ही प्रक्रिया है। जीन रूपांतरण कुछ मामलों में आनुवंशिक भिन्नता पैदा करने में भी सहायता करता है।

विकास
जीन परिवार, जीनोम में सूचना भंडारण के पदानुक्रम का हिस्सा, बहुकोशिकीय जीवों के विकास और विविधता में बड़ी भूमिका निभाते हैं। जीन परिवार सूचना और आनुवंशिक परिवर्तनशीलता की बड़ी इकाइयाँ हैं। विकासवादी समय में, जीन परिवारों का विस्तार और संकुचन हुआ है, नए जीन परिवारों का गठन हुआ है और कुछ जीन परिवार नष्ट हो गए हैं। कई विकासवादी वंशों में, जीन अपेक्षाकृत समान दरों पर प्राप्त और नष्ट होते हैं। जीन परिवारों का अनुकूली विस्तार तब होता है जब प्राकृतिक चयन अतिरिक्त जीन प्रतियों का पक्ष लेता है। यह वह स्थिति है जब कोई पर्यावरणीय तनाव किसी प्रजाति पर कार्य करता है। बैक्टीरिया में जीन प्रवर्धन अधिक सामान्य है और यह प्रतिवर्ती प्रक्रिया है। जीन परिवारों का अनुकूली संकुचन आमतौर पर फ़ंक्शन उत्परिवर्तन के नुकसान के संचय के परिणामस्वरूप होता है। निरर्थक उत्परिवर्तन जो समय से पहले जीन प्रतिलेखन को रोक देता है, जनसंख्या में स्थिर हो जाता है, जिससे जीन की हानि होती है। यह प्रक्रिया तब होती है जब पर्यावरण में परिवर्तन किसी जीन को निरर्थक बना देता है।

नए जीन परिवार अनाथ जीन (पृथक स्यूडोजेन) से उत्पन्न होते हैं। ये पृथक जीन अलग-अलग माध्यम से होते हैं। जीन डुप्लिकेट पर्याप्त रूप से भिन्न होने के लिए पर्याप्त उत्परिवर्तन जमा करता है जिसे अब मूल जीन परिवार के हिस्से के रूप में पहचाना नहीं जा सकता है, जीनोम में नए जीन का क्षैतिज स्थानांतरण, या नया जीन गैर-कोडिंग अनुक्रमों से डे नोवो उत्पन्न होता है। फिर ये अनाथ जीन परिवार बनाने के लिए दोहराव, स्थानांतरण और विचलन की प्रक्रियाओं से गुजरेंगे। जीन परिवार की मृत्यु तब होती है जब जीन के नष्ट होने से पूरा जीन परिवार नष्ट हो जाता है। जीन की निरंतर हानि अंततः जीन परिवार के विलुप्त होने की ओर ले जाती है। जीन हानि जीन का विलोपन या कार्य का पूर्ण नुकसान हो सकता है, स्यूडोजेन बन सकता है।

कार्यात्मक परिवार
विकास (संरचनात्मक जीन परिवार) द्वारा वर्गीकरण के अलावा, एचजीएनसी उनके स्टेम नामकरण में कार्य के आधार पर जीन परिवार भी बनाता है। परिणामस्वरूप, स्टेम उन जीनों को भी संदर्भित कर सकता है जिनका बार्का समान होता है, जो अक्सर ही प्रोटीन कॉम्प्लेक्स का हिस्सा होते हैं। उदाहरण के लिए, बीआरसीए 1 और बीआरसीए2 असंबंधित जीन हैं जिन्हें स्तन कैंसर में उनकी भूमिका के लिए नामित किया गया है और Squared और आरपीएस3 ही छोटे सबयूनिट में पाए जाने वाले असंबंधित राइबोसोमल प्रोटीन हैं।

एचजीएनसी जीन समूह (पूर्व में जीन परिवार) वर्गीकरण भी बनाए रखता है। जीन कई समूहों का सदस्य हो सकता है, और सभी समूह पदानुक्रम बनाते हैं। स्टेम वर्गीकरण की तरह, संरचनात्मक और कार्यात्मक दोनों समूह मौजूद हैं।

यह भी देखें

 * जीन परिवारों की सूची
 * प्रोटीन परिवार