En Gentoo había 2 formas de hacerlo (que yo supiera):
Con el programa equery, que esta dentro del paquete gentoolkit:
equery b ruta-a-archivo
Con el programa epm (pretende ser un clon de rpm pero para ebuilds):
epm -qf ruta-a-archivo
Para Ubuntu y Debian, esta consulta se puede hacer con dpkg:
dpkg -S ruta-a-archivo
Por ejemplo:
$ dpkg -S /usr/share/dotnet/mono/gtk-sharp/gtk-sharp.dll
libgtk-cil: /usr/share/dotnet/mono/gtk-sharp/gtk-sharp.dll
Significa que el archivo /usr/share/dotnet/mono/gtk-sharp/gtk-sharp.dll pertenece al paquete libgtk-cil.
Actualización: YosWink me ha avisado de que qpkg (el que hacía servir yo para eso en Gentoo) ha quedado obsoleto y por lo tanto se desaconseja su utilización porque desaparecerá del Gentoolkit dentro de poco. En su lugar se utiliza equery, que también pertenece al Gentoolkit. Gracias por el aviso ;-)