1．直系同源基因
直系同源基因（orthologous gene）又译为“垂直同源基因”、“正同源基因” 或“定向进化同源基因”，是指从同一祖先垂直进化而来的基因。或者说，一个祖先物种分化产生两种新物种，那么这两种新物种共同具有的由这个祖先物种继承下来的基因就称为直系同源基因。直系同源基因通常是编码生命必需的酶、辅酶或关键性的调控蛋白的基因，具有功能保守，进化缓慢，变化速度可覆盖整个进化历史，且序列变化速度与进化距离相当等特征。大多数直系同源基因功能相同或相近，调控途径也相似， 因此在基因组序列的注释中，是最可靠的选择，例如人α一珠蛋白基因与小鼠α一珠蛋白基因。
2．旁系同源基因
旁系同源基因（paralogous gene）又译为“横向同源基因”、“并系同源基因”或“平行进化同源基因”，是指由于基因复制而产生的同源基因，例如人γ一珠蛋白基因和β一珠蛋白基因。基因复制后，进化选择压力变小，其中一条基因丢失或发生沉默，都能促使旁系同源基因分化，产生新特性或新功能的原因。然而，虽然某些旁系同源基因转录区序列相似度不高，但它们的操纵子却仍然具有较高的保守度。值得注意的是，旁系同源基因并不局限于同一物种内，不同物种中由于始祖基因的复制而分化的基因也称旁系同源基因，如鼠α一珠蛋白和鸡β一珠蛋白基因。随着时间的推移，它们在序列组成和功能上可能会变得不同。
3．异源同源基因
异源同源基因（xenologous gene）是由于基因在不同物种间的横向转移（horizontal transfer）而产生的。异源同源基因在原核生物中研究比较多。最近研究表明，异源同源基因的原位取代xenolo—gous gene displacement in situ)是细菌进化的强大推动力。另外，在比较真核基因组和原核生物基因组时发现，小部分脊椎动物基因在细菌中有同源序列，而在其他真核生物中却没有发现同源序列。一种解释认为，这些基因从细菌直接水平地转移到脊椎动物的祖先，也是异源同源基因；另外一种解释则认为，是由于其他的真核生物丢失了这些基因。
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