同源有两种不同的情况即垂直方向的(orthology)与水平方向的(paralogy)。
【直系同源】
直系同源(orthology)是比较基因组学中最重要的定义。直系同源的定义是：
(1)在进化上起源于一个始祖基因并垂直传递(vertical descent)的同源基因；
(2)分布于两种或两种以上物种的基因组；
(3)功能高度保守乃至于近乎相同，甚至于其在近缘物种可以相互替换；
(4)结构相似；
(5)组织特异性与亚细胞分布相似。
在这些条件中，垂直传递和功能相同是最重要的。如多种抗药性基因，在细菌、果蝇、河豚鱼、小鼠、人类的基因组中都存在，其结构相似，功能都与多种药物的抗性有关。直系同源基因的鉴定是比较基因组的研究线索和内容，直系同源的存在是基因组进化的重要证据，因此对直系同源的定义与条件的掌握甚为严格。鉴定直系同源的实际操作标准(practical criteria)为：
如基因组Ⅰ中的A基因与基因组Ⅱ中的A‘基因被认为是直系同源，则要求：
(1)A‘的产物比任何在基因组Ⅱ中所发现的其它基因产物都更相似于A产物；
(2)A‘与A的相似程度比在任何一个亲缘关系较远的基因组中的任一基因都要高；
(3)A编码的蛋白与A‘编码的蛋白要从头到尾都能并排比较，即含有相似以至于相同的模序(motif)。
【旁系同源】
旁系同源(paralogy)基因是指同一基因组(或同系物种的基因组)中，由于始祖基因的加倍而横向(horizontal)产生的几个同源基因。
直系与旁系的共性是同源，都源于各自的始祖基因。其区别在于：在进化起源上，直系同源是强调在不同基因组中的垂直传递，旁系同源则是在同一基因组中的横向加倍；在功能上，直系同源要求功能高度相似，而旁系同源在定义上对功能上没有严格要求，可能相似，但也可能并不相似(尽管结构上具一定程度的相似)，甚至于没有功能(如基因家族中的假基因)。旁系同源的功能变异可能是横向加倍后的重排变异或进化上获得了另一功能，其功能相似也许只是机械式的相关(mechanistically related)，或非直系同源基因取代新产生的非亲缘或远缘蛋白在不同物种具有相似的功能。在真细菌与古细菌的基因组中，30%～50%的基因属旁系同源，在真核基因组的比例更高(Koonin EV and Galperin MY,1997)。
相似与同源，直系与旁系需要在定义上加以明确，但实际应用中很难截然分开。 与别的常用术语也很难明确界定。但基因家族或多基因家族(gene family, multigene family)的原来的定义较侧重于结构，因而一个直系基因可以与几个旁系基因同属于一个基因家族。在这一定义上，旁系同源可以说是一个基因家族中的其他成员(Huynen et al, 1997)。
随着不同物种全基因组序列的阐明，上述概念愈见重要并更明确。从已知的 7 个物种的全基因组序列比较，如所有的保守基因都据同源关系而加以分类(Tatusov RL et al.,1997)，可归纳出 720 个直系同源簇(clusters of orthologous groups,COG)，每一 COG 由一个直系同源蛋白或存在于至少 3 个种系(lineage)的直系的旁系同源组(orthologous sets of paralogs)组成。而基因家族又因大批基因及产物序列而赋予新的内容，这对于扩大对生物过程的认识与操作基因的能力有很大的意义(Henikoff et al.,1997)。

摘自樊龙江《生物信息学札记》