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Articulo de referencia

Heredabilidad

Los estudios sobre la heredabilidad plantean preguntas como, por ejemplo, en qué medida los factores genéticos influyen en las diferencias de estatura entre las personas. Esto n...

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Los estudios sobre la heredabilidad plantean preguntas como, por ejemplo, en qué medida los factores genéticos influyen en las diferencias de estatura entre las personas. Esto no es lo mismo que preguntar en qué medida los factores genéticos influyen en la estatura de una persona en particular.

La heredabilidad es una estadística utilizada en los campos de la cría y la genética que estima el grado de variación en un rasgo fenotípico en una población debido a la variación genética entre los individuos de esa población. [ 1 ] El concepto de heredabilidad puede expresarse en forma de la siguiente pregunta: "¿Cuál es la proporción de la variación en un rasgo dado dentro de una población que no se explica por el ambiente o el azar?" [ 2 ]

Otras causas de variación observada en un rasgo se caracterizan como factores ambientales , incluyendo el error de observación . En los estudios de heredabilidad en humanos, estos factores suelen dividirse en factores de "ambiente compartido" y "ambiente no compartido", según si tienden a generar que las personas criadas en el mismo hogar sean más o menos similares a las que no lo fueron.

La heredabilidad se estima comparando la variación fenotípica individual entre individuos emparentados en una población, examinando la asociación entre datos fenotípicos y genotípicos individuales, [ 3 ] [ 4 ] o incluso modelando datos resumidos de estudios de asociación de genoma completo (GWAS). [ 5 ] La heredabilidad es un concepto importante en genética cuantitativa , particularmente en la selección genética y la genética del comportamiento (por ejemplo, estudios de gemelos ). Es fuente de mucha confusión porque su definición técnica es diferente de su definición popular comúnmente aceptada. Por lo tanto, su uso transmite la impresión errónea de que los rasgos de comportamiento son "heredados" o transmitidos específicamente a través de los genes. [ 6 ] Los genetistas del comportamiento también realizan análisis de heredabilidad basados ​​en el supuesto de que los genes y los ambientes contribuyen de manera separada y aditiva a los rasgos de comportamiento. [ 7 ]

Descripción general

La heredabilidad mide la fracción de la variabilidad fenotípica que puede atribuirse a la variación genética . Esto no significa que dicha fracción del fenotipo individual esté determinada por la genética. Por ejemplo, es incorrecto afirmar que, dado que la heredabilidad de los rasgos de personalidad es de aproximadamente 0,6, el 60 % de la personalidad se hereda de los padres y el 40 % proviene del ambiente. Además, la heredabilidad puede cambiar sin que se produzca ningún cambio genético, como cuando el ambiente comienza a contribuir a una mayor variación. Un ejemplo de ello es que tanto los genes como el ambiente pueden influir en la inteligencia. La heredabilidad podría aumentar si la variación genética se incrementa, lo que provoca que los individuos muestren mayor variación fenotípica, como distintos niveles de inteligencia. Por otro lado, la heredabilidad también podría aumentar si la variación ambiental disminuye, lo que provoca que los individuos muestren menor variación fenotípica, como niveles de inteligencia más similares. La heredabilidad aumenta cuando la genética contribuye a una mayor variación o cuando los factores no genéticos contribuyen a una menor variación; lo que importa es la contribución relativa. La heredabilidad es específica de una población particular en un entorno particular. Por consiguiente, una alta heredabilidad de un rasgo no significa necesariamente que dicho rasgo no sea muy susceptible a las influencias ambientales. [ 8 ] La heredabilidad también puede cambiar como resultado de cambios en el entorno, migración, endogamia o la forma en que se mide en la población estudiada. [ 9 ] La heredabilidad de un rasgo no debe interpretarse como una medida del grado en que dicho rasgo está determinado genéticamente en un individuo. [ 10 ] [ 11 ]

El grado de dependencia del fenotipo respecto del ambiente también puede depender de los genes implicados. Los temas de heredabilidad son complejos porque los genes pueden canalizar un fenotipo, haciendo que su expresión sea casi inevitable en todos los ambientes. Los individuos con el mismo genotipo también pueden presentar fenotipos diferentes mediante un mecanismo denominado plasticidad fenotípica , lo que dificulta la medición de la heredabilidad en algunos casos. Los avances recientes en biología molecular han identificado cambios en la actividad transcripcional de genes individuales asociados a cambios ambientales. Sin embargo, existe un gran número de genes cuya transcripción no se ve afectada por el ambiente. [ 12 ]

Las estimaciones de heredabilidad utilizan análisis estadísticos para identificar las causas de las diferencias entre individuos. Dado que la heredabilidad se relaciona con la varianza, necesariamente describe las diferencias entre individuos de una población. La heredabilidad puede ser univariada (analizando un solo rasgo) o multivariada (analizando las asociaciones genéticas y ambientales entre múltiples rasgos simultáneamente). Esto permite evaluar la superposición genética entre diferentes fenotipos, como el color del cabello y el color de los ojos . El ambiente y la genética también pueden interactuar, y los análisis de heredabilidad permiten detectar y examinar estas interacciones (modelos GxE).

Un requisito previo para los análisis de heredabilidad es que exista cierta variación poblacional que se pueda explicar. Este último punto subraya que la heredabilidad no puede tener en cuenta el efecto de factores que son invariables en la población. Los factores pueden ser invariables si están ausentes y no existen en la población, como por ejemplo, que nadie tenga acceso a un antibiótico en particular , o porque son omnipresentes, como si todo el mundo bebiera café . En la práctica, todos los rasgos de comportamiento humano varían y casi todos muestran cierta heredabilidad. [ 13 ]

Definición

Cualquier fenotipo particular puede modelarse como la suma de efectos genéticos y ambientales: [ 14 ]

Fenotipo ( P ) = Genotipo ( G ) + Ambiente ( E ).

Asimismo, la varianza fenotípica del rasgo – Var (P) – es la suma de los efectos de la siguiente manera:

Var( P ) = Var( G ) + Var( E ) + 2 Cov( G , E ).

En un experimento planificado, Cov( G , E ) puede controlarse y mantenerse en 0. En este caso, la heredabilidad en sentido amplio,H2,{\displaystyle H^{2},}se define como [ 15 ]

H2=Var(GRAMO)Var(PAG){\displaystyle H^{2}={\frac {\mathrm {Var} (G)}{\mathrm {Var} (P)}}}

Esto refleja todas las contribuciones genéticas a la varianza fenotípica de una población, incluidas las aditivas, dominantes y epistáticas (interacciones multigénicas), así como los efectos maternos y paternos , donde los individuos se ven directamente afectados por el fenotipo de sus padres, como ocurre con la producción de leche en los mamíferos.

Un componente particularmente importante de la varianza genética Var( G ) es la varianza aditiva, Var(A), que es la varianza debida a los efectos promedio (efectos aditivos) de los alelos . Por ejemplo, la altura de un hijo adulto tiende a dispersarse alrededor de la altura promedio de sus padres. Dado que cada progenitor transmite un solo alelo por locus a cada descendiente, el parecido entre padres e hijos depende del efecto promedio de los alelos individuales. La varianza aditiva representa, por lo tanto, el componente genético de la varianza responsable del parecido entre padres e hijos. La porción genética aditiva de la varianza fenotípica se conoce como heredabilidad en sentido estricto y se define como

h2=Var(A)Var(PAG){\displaystyle h^{2}={\frac {\mathrm {Var} (A)}{\mathrm {Var} (P)}}}

La letra H2 mayúscula se utiliza para denotar el sentido amplio, y la h2 minúscula para el sentido estricto.

Para rasgos que no son continuos sino dicotómicos, como un dedo adicional del pie o ciertas enfermedades, la contribución de los distintos alelos puede considerarse una suma que, superado un umbral, se manifiesta como el rasgo, dando lugar al modelo de umbral de susceptibilidad en el que se puede estimar la heredabilidad y modelar la selección.

La varianza aditiva es importante para la selección . Si se ejerce una presión selectiva, como la mejora del ganado, la respuesta del rasgo (fenotipo) está directamente relacionada con la heredabilidad en sentido estricto. La media del rasgo aumentará en la siguiente generación en función de cuánto difiera la media de los progenitores seleccionados de la media de la población de la que se seleccionaron. La respuesta observada a la selección permite estimar la heredabilidad en sentido estricto (denominada heredabilidad realizada ). Este es el principio que subyace a la selección artificial o al mejoramiento genético.

Ejemplo

Figura 1. Relación de los valores fenotípicos con los efectos aditivos y de dominancia utilizando un locus completamente dominante.

El modelo genético más simple implica un único locus con dos alelos (b y B) que afectan a un fenotipo cuantitativo.

El número de alelos B puede ser 0, 1 o 2. Para cualquier genotipo, ( B i , B j ), donde B i y B j son 0 o 1, el fenotipo esperado se puede escribir como la suma de la media general, un efecto lineal y una desviación de dominancia (se puede pensar en el término de dominancia como una interacción entre B i y B j ):

PAGij=μ+α(Bi+Bj)+δ(BiBj)=Media poblacional+Efecto aditivo (aij=α(Bi+Bj))+Desviación de Dominancia (dij=δ(BiBj)).{\displaystyle {\begin{aligned}P_{ij}&=\mu +\alpha \,(B_{i}+B_{j})+\delta \,(B_{i}B_{j})\\&={\text{Media poblacional}}+{\text{Efecto aditivo }}(a_{ij}=\alpha (B_{i}+B_{j}))+{\text{Desviación de dominancia }}(d_{ij}=\delta (B_{i}B_{j})).\\\end{aligned}}}

La varianza genética aditiva en este locus es el promedio ponderado de los cuadrados de los efectos aditivos:

Var(A)=F(bb)abb2+F(Bb)aBb2+F(BB)aBB2,{\displaystyle \mathrm {Var} (A)=f(bb)a_{bb}^{2}+f(Bb)a_{Bb}^{2}+f(BB)a_{BB}^{2},}

dóndeF(bb)abb+F(Bb)aBb+F(BB)aBB=0.{\displaystyle f(bb)a_{bb}+f(Bb)a_{Bb}+f(BB)a_{BB}=0.}

Existe una relación similar para la varianza de las desviaciones de dominancia:

Var(D)=F(bb)dbb2+F(Bb)dBb2+F(BB)dBB2,{\displaystyle \mathrm {Var} (D)=f(bb)d_{bb}^{2}+f(Bb)d_{Bb}^{2}+f(BB)d_{BB}^{2},}

dóndeF(bb)dbb+F(Bb)dBb+F(BB)dBB=0.{\displaystyle f(bb)d_{bb}+f(Bb)d_{Bb}+f(BB)d_{BB}=0.}

La regresión lineal del fenotipo sobre el genotipo se muestra en la Figura 1.

Supuestos

Las estimaciones de la heredabilidad total de los rasgos humanos presuponen la ausencia de epistasis, lo que se ha denominado la «suposición de aditividad». Si bien algunos investigadores han citado dichas estimaciones para respaldar la existencia de una « heredabilidad faltante » no explicada por los loci genéticos conocidos, la suposición de aditividad puede invalidar estas estimaciones. [ 16 ] También existe evidencia empírica de que la suposición de aditividad se incumple con frecuencia en estudios de genética del comportamiento sobre la inteligencia y el rendimiento académico en adolescentes . [ 17 ]

Estimación de la heredabilidad

Dado que solo P puede observarse o medirse directamente, la heredabilidad debe estimarse a partir de las similitudes observadas en sujetos con distintos grados de similitud genética o ambiental. Los análisis estadísticos necesarios para estimar los componentes genéticos y ambientales de la varianza dependen de las características de la muestra. En resumen, se obtienen mejores estimaciones utilizando datos de individuos con niveles de parentesco genético muy variables, como gemelos , hermanos, padres e hijos, en lugar de sujetos con un parentesco más distante (y, por lo tanto, menos similares). El error estándar de las estimaciones de heredabilidad mejora con tamaños de muestra grandes.

En poblaciones no humanas, a menudo es posible recopilar información de forma controlada. Por ejemplo, en animales de granja es fácil lograr que un toro produzca crías de un gran número de vacas y controlar el entorno. Este control experimental generalmente no es posible al recopilar datos humanos, ya que dependemos de relaciones y entornos naturales.

En la genética cuantitativa clásica, existían dos escuelas de pensamiento con respecto a la estimación de la heredabilidad.

Una corriente de pensamiento fue desarrollada por Sewall Wright en la Universidad de Chicago y popularizada posteriormente por CC Li ( Universidad de Chicago ) y JL Lush ( Universidad Estatal de Iowa ). Se basa en el análisis de correlaciones y, por extensión, en la regresión. El análisis de trayectorias fue desarrollado por Sewall Wright como un método para estimar la heredabilidad.

El segundo método fue desarrollado originalmente por R. A. Fisher y ampliado en la Universidad de Edimburgo , la Universidad Estatal de Iowa y la Universidad Estatal de Carolina del Norte , así como en otras instituciones. Se basa en el análisis de varianza de estudios de mejoramiento genético, utilizando la correlación intraclase entre parientes. En estos análisis se emplean diversos métodos para estimar los componentes de la varianza (y, por lo tanto, la heredabilidad) a partir del ANOVA .

Actualmente, la heredabilidad se puede estimar a partir de pedigríes generales utilizando modelos lineales mixtos y a partir del parentesco genómico estimado a partir de marcadores genéticos.

Los estudios de heredabilidad humana suelen utilizar diseños de estudios de adopción, a menudo con gemelos idénticos separados al nacer y criados en entornos diferentes. Estos individuos tienen genotipos idénticos y pueden utilizarse para separar los efectos del genotipo y el ambiente. Una limitación de este diseño es el entorno prenatal común y el número relativamente bajo de gemelos criados por separado. Un segundo diseño, más común, es el estudio de gemelos, en el que se utiliza la similitud entre gemelos idénticos y fraternos para estimar la heredabilidad. Estos estudios pueden verse limitados por el hecho de que los gemelos idénticos no son completamente idénticos genéticamente , lo que podría resultar en una subestimación de la heredabilidad.

En estudios observacionales , o debido a efectos evocadores (donde un genoma evoca entornos por su efecto sobre ellos), G y E pueden covariar: correlación gen-ambiente . Dependiendo de los métodos utilizados para estimar la heredabilidad, las correlaciones entre factores genéticos y entornos compartidos o no compartidos pueden o no estar confundidas con la heredabilidad. [ 18 ]

Métodos de estimación de regresión/correlación

La primera escuela de estimación utiliza la regresión y la correlación para estimar la heredabilidad.

Comparación de parientes cercanos

En la comparación de parientes, encontramos que, en general,

h2=br=tr{\displaystyle h^{2}={\frac {b}{r}}={\frac {t}{r}}}

donde r puede considerarse como el coeficiente de parentesco , b es el coeficiente de regresión y t es el coeficiente de correlación.

regresión entre padres e hijos
Figura 2. Datos que muestran la relación entre la altura de la descendencia (928 individuos) y la altura media de los padres (205 parejas de padres). Este diagrama es bastante similar al conjunto de datos de Francis Galton (1889).

La heredabilidad puede estimarse comparando los rasgos de los padres y la descendencia (como en la Fig. 2). La pendiente de la línea (0,713) se aproxima a la heredabilidad del rasgo cuando los valores de la descendencia se regresan con respecto al rasgo promedio en los padres. Si solo se utiliza el valor de un padre, la heredabilidad es el doble de la pendiente. (Este es el origen del término " regresión ", ya que los valores de la descendencia siempre tienden a regresar al valor medio de la población, es decir , la pendiente siempre es menor que uno). Este efecto de regresión también subyace al método de DeFries-Fulker para analizar gemelos seleccionados cuando uno de los miembros está afectado. [ 19 ]

Comparación entre hermanos

Un enfoque básico para la heredabilidad se puede adoptar utilizando diseños de hermanos completos: comparando la similitud entre hermanos que comparten tanto una madre biológica como un padre. [ 20 ] Cuando solo hay acción genética aditiva, esta correlación fenotípica entre hermanos es un índice de familiaridad : la suma de la mitad de la varianza genética aditiva más el efecto completo del ambiente común. Por lo tanto, establece un límite superior para la heredabilidad aditiva del doble de la correlación fenotípica de hermanos completos. Los diseños de medios hermanos comparan rasgos fenotípicos de hermanos que comparten un progenitor con otros grupos de hermanos.

Estudios de gemelos
Figura 3. Concordancias entre gemelos para siete rasgos psicológicos (el tamaño de la muestra se muestra dentro de las barras), donde DZ representa a los gemelos fraternos y MZ a los gemelos idénticos.

La heredabilidad de los rasgos en humanos se estima con mayor frecuencia comparando las semejanzas entre gemelos. "La ventaja de los estudios de gemelos es que la varianza total se puede dividir en componentes genéticos, ambientales compartidos o comunes y ambientales únicos, lo que permite una estimación precisa de la heredabilidad". [ 21 ] Los gemelos fraternos o dicigóticos (DZ) comparten en promedio la mitad de sus genes (suponiendo que no haya apareamiento selectivo para el rasgo), por lo que los gemelos idénticos o monocigóticos (MZ) son en promedio el doble de similares genéticamente que los gemelos DZ. Una estimación aproximada de la heredabilidad es, entonces, aproximadamente el doble de la diferencia en la correlación entre gemelos MZ y DZ, es decir, la fórmula de Falconer H 2 =2(r(MZ)-r(DZ)).

El efecto del entorno compartido, c 2 , contribuye a la similitud entre hermanos debido a la similitud del entorno en el que se crían. El entorno compartido se aproxima mediante la correlación DZ menos la mitad de la heredabilidad, que es el grado en que los gemelos DZ comparten los mismos genes, c 2 = r(DZ) - 1/2 h 2 . La varianza ambiental única, e 2 , refleja el grado en que los gemelos idénticos criados juntos son diferentes, e 2 =1-r(MZ).

Métodos de estimación de análisis de varianza

El segundo conjunto de métodos para estimar la heredabilidad incluye el análisis de varianza (ANOVA) y la estimación de los componentes de la varianza.

Modelo básico

Utilizamos la discusión básica de Kempthorne. [ 14 ] Considerando solo los modelos genéticos más básicos, podemos observar la contribución cuantitativa de un solo locus con genotipo G i como

yi=μ+gramoi+mi{\displaystyle y_{i}=\mu +g_{i}+e}

dóndegramoi{\displaystyle g_{i}}es el efecto del genotipo G i ymi{\displaystyle e}es el efecto ambiental.

Consideremos un experimento con un grupo de sementales y su descendencia de madres elegidas al azar. Dado que la descendencia recibe la mitad de sus genes del padre y la otra mitad de su madre (elegida al azar), la ecuación de la descendencia es:

zi=μ+12gramoi+mi{\displaystyle z_{i}=\mu +{\frac {1}{2}}g_{i}+e}
Correlaciones intraclase

Consideremos el experimento anterior. Tenemos dos grupos de descendientes que podemos comparar. El primero consiste en comparar los distintos descendientes de un mismo progenitor (denominado grupo dentro del progenitor ). La varianza incluirá términos de varianza genética (ya que no todos obtuvieron el mismo genotipo) y varianza ambiental. Esto último se considera un término de error .

El segundo grupo de descendencia son comparaciones de medias de medios hermanos entre sí (llamadas entre grupos de padres ). Además del término de error como en los grupos dentro de los padres, tenemos un término adicional debido a las diferencias entre las diferentes medias de los medios hermanos. La correlación intraclase es

doorr(z,z′)=doorr(μ+12gramo+mi,μ+12gramo+mi′)=14Vgramo{\displaystyle \mathrm {corr} (z,z')=\mathrm {corr} (\mu +{\frac {1}{2}}g+e,\mu +{\frac {1}{2}}g+e')={\frac {1}{4}}V_{g}},

ya que los efectos ambientales son independientes entre sí.

El ANOVA

En un experimento connorte{\displaystyle n}padres yr{\displaystyle r}progenie por padre, podemos calcular el siguiente ANOVA, utilizandoVgramo{\displaystyle V_{g}}como la varianza genética yVmi{\displaystyle V_{e}}como la variación ambiental:

El14Vgramo{\displaystyle {\frac {1}{4}}V_{g}}El término es la correlación intraclase entre medios hermanos. Podemos calcularlo fácilmente.H2=VgramoVgramo+Vmi=4(S−W)S+(r−1)W{\displaystyle H^{2}={\frac {V_{g}}{V_{g}+V_{e}}}={\frac {4(SW)}{S+(r-1)W}}}El valor cuadrático medio esperado se calcula a partir del parentesco entre los individuos (por ejemplo, la descendencia de un mismo progenitor son todos medios hermanos) y de la comprensión de las correlaciones intraclase.

El uso de ANOVA para calcular la heredabilidad a menudo no tiene en cuenta la presencia de interacciones gen-ambiente , porque ANOVA tiene una potencia estadística mucho menor para probar los efectos de interacción que para los efectos directos. [ 22 ]

Modelo con términos aditivos y de dominancia

Para un modelo con términos aditivos y de dominancia, pero no con otros, la ecuación para un solo locus es

yij=μ+αi+αj+dij+mi,{\displaystyle y_{ij}=\mu +\alpha _{i}+\alpha _{j}+d_{ij}+e,}

dónde

αi{\displaystyle \alpha _{i}}es el efecto aditivo del i- ésimo alelo,αj{\displaystyle \alpha _{j}}es el efecto aditivo del j -ésimo alelo,dij{\displaystyle d_{ij}}es la desviación de dominancia para el genotipo ij , ymi{\displaystyle e}es el medio ambiente.

Los experimentos pueden realizarse con una configuración similar a la que se muestra en la Tabla 1. Utilizando diferentes grupos de relaciones, podemos evaluar diferentes correlaciones intraclase.Va{\displaystyle V_{a}}como la varianza genética aditiva yVd{\displaystyle V_{d}}como varianza de desviación de dominancia, las correlaciones intraclase se convierten en funciones lineales de estos parámetros. En general,

Correlación intraclase=rVa+θVd,{\displaystyle =rV_{a}+\theta V_{d},}

dónder{\displaystyle r}yθ{\displaystyle \theta }se encuentran como

r={\displaystyle r=}P[ los alelos extraídos al azar del par de parentesco son idénticos por descendencia ], y

θ={\displaystyle \theta =}P[ Los genotipos extraídos al azar del par de parentesco son idénticos por descendencia ].

En la Tabla 2 se muestran algunas relaciones comunes y sus coeficientes.

Modelos lineales mixtos

En la literatura se han descrito diversos enfoques que utilizan modelos lineales mixtos. Mediante estos métodos, la varianza fenotípica se divide en varianza genética, ambiental y de diseño experimental para estimar la heredabilidad. La varianza ambiental puede modelarse explícitamente estudiando individuos en una amplia gama de entornos, aunque la inferencia de la varianza genética a partir de la varianza fenotípica y ambiental puede llevar a una subestimación de la heredabilidad debido a la dificultad de capturar la gama completa de influencia ambiental que afecta a un rasgo. Otros métodos para calcular la heredabilidad utilizan datos de estudios de asociación de genoma completo para estimar la influencia de factores genéticos sobre un rasgo, lo cual se refleja en la tasa y la influencia de loci genéticos supuestamente asociados (generalmente polimorfismos de un solo nucleótido ) sobre el rasgo. Sin embargo, esto puede llevar a una subestimación de la heredabilidad. Esta discrepancia se denomina "heredabilidad faltante" y refleja la dificultad de modelar con precisión tanto la varianza genética como la ambiental en los modelos de heredabilidad. [ 23 ]

Cuando se dispone de un pedigrí extenso y complejo u otro tipo de datos mencionados anteriormente, la heredabilidad y otros parámetros genéticos cuantitativos pueden estimarse mediante métodos de máxima verosimilitud restringida (REML) o bayesianos . Los datos brutos suelen contener tres o más puntos de datos por individuo: un código para el padre, un código para la madre y uno o varios valores de rasgos. Estos valores pueden corresponder a diferentes rasgos o a diferentes momentos de medición.

La metodología actualmente popular se basa en un alto grado de certeza sobre la identidad del padre y la madre; no es común tratar la identidad del padre de forma probabilística. Esto no suele ser un problema, ya que la metodología rara vez se aplica a poblaciones silvestres (aunque se ha utilizado en varias poblaciones de ungulados y aves silvestres), y en los programas de cría, los padres se conocen invariablemente con un alto grado de certeza. También existen algoritmos que tienen en cuenta la paternidad incierta.

Los pedigríes se pueden ver utilizando programas como Pedigree Viewer.y analizados con programas como ASReml , VCE, WOMBAT, MCMCglmm dentro del entorno Ro la familia de programas BLUPF90.

Los modelos de pedigrí son útiles para desentrañar factores de confusión como la causalidad inversa , los efectos maternos como el entorno prenatal y la confusión entre la dominancia genética , el entorno compartido y los efectos de los genes maternos. [ 24 ] [ 9 ]

Heredabilidad genómica

Cuando se dispone de datos de genotipos y fenotipos de todo el genoma de grandes muestras poblacionales, se pueden estimar las relaciones entre individuos basándose en sus genotipos y utilizar un modelo lineal mixto para estimar la varianza explicada por los marcadores genéticos. Esto proporciona una estimación de la heredabilidad genómica basada en la varianza capturada por variantes genéticas comunes. [ 4 ] Existen múltiples métodos que realizan diferentes ajustes para la frecuencia alélica y el desequilibrio de ligamiento . En particular, el método denominado High-Definition Likelihood (HDL) puede estimar la heredabilidad genómica utilizando únicamente estadísticas resumidas de GWAS, [ 5 ] lo que facilita la incorporación del gran tamaño de muestra disponible en varios metaanálisis de GWAS.

Respuesta a la selección

Figura 4. Fuerza de selección (S) y respuesta a la selección (R) en un experimento de selección artificial, h 2 =R/S.

En la selección de plantas y animales, la respuesta esperada a la selección de un rasgo con heredabilidad en sentido estricto conocida(h2){\displaystyle (h^{2})}puede estimarse utilizando la ecuación del criador : [ 25 ]

R=h2S{\displaystyle R=h^{2}S}

En esta ecuación, la Respuesta a la Selección (R) se define como la diferencia promedio realizada entre la generación parental y la siguiente generación, y el Diferencial de Selección (S) se define como la diferencia promedio entre la generación parental y los padres seleccionados. [ 14 ] : 1957 [ 26 ]

Por ejemplo, imaginemos que un fitomejorador participa en un proyecto de selección genética con el objetivo de aumentar el número de granos por mazorca de maíz. Supongamos, a modo de ejemplo, que la mazorca promedio de la generación parental tiene 100 granos. Supongamos también que los progenitores seleccionados producen maíz con un promedio de 120 granos por mazorca. Si h₂ es igual a 0,5, la siguiente generación producirá maíz con un promedio de 0,5(120−100) = 10 granos adicionales por mazorca. Por lo tanto, el número total de granos por mazorca será, en promedio, de 110.

Observar la respuesta a la selección en un experimento de selección artificial permitirá calcular la heredabilidad realizada como en la Fig. 4.

La heredabilidad en la ecuación anterior es igual a la razónVar(A)/Var(PAG){\displaystyle \mathrm {Var} (A)/\mathrm {Var} (P)}solo si el genotipo y el ruido ambiental siguen distribuciones gaussianas .

Controversias

Los críticos más destacados de las estimaciones de heredabilidad, como Steven Rose , [ 27 ] Jay Joseph , [ 28 ] y Richard Bentall , se centran principalmente en las estimaciones de heredabilidad en las ciencias del comportamiento y las ciencias sociales . Bentall ha afirmado que dichas puntuaciones de heredabilidad se calculan típicamente de forma contraintuitiva para obtener puntuaciones numéricamente altas, que la heredabilidad se malinterpreta como determinación genética , y que este supuesto sesgo desvía la atención de otros factores que las investigaciones han encontrado más importantes causalmente, como el abuso infantil que causa psicosis posterior. [ 29 ] [ 30 ] Las estimaciones de heredabilidad también son inherentemente limitadas porque no transmiten ninguna información sobre si los genes o el ambiente juegan un papel más importante en el desarrollo del rasgo en estudio. Por esta razón, David Moore y David Shenk describen el término "heredabilidad" en el contexto de la genética del comportamiento como "...uno de los más engañosos en la historia de la ciencia" y argumentan que no tiene valor excepto en casos muy raros. [ 31 ] Al estudiar rasgos humanos complejos, es imposible utilizar el análisis de heredabilidad para determinar las contribuciones relativas de los genes y el ambiente, ya que dichos rasgos resultan de la interacción de múltiples causas. [ 32 ] En particular, Feldman y Lewontin enfatizan que la heredabilidad es en sí misma una función de la variación ambiental. [ 33 ] Sin embargo, algunos investigadores argumentan que es posible separar ambas. [ 34 ]

La controversia sobre las estimaciones de heredabilidad se basa principalmente en estudios de gemelos . El escaso éxito de los estudios de genética molecular para corroborar las conclusiones de dichos estudios de genética de poblaciones constituye el problema de la heredabilidad faltante . [ 35 ] Eric Turkheimer ha argumentado que los métodos moleculares más recientes han reivindicado la interpretación convencional de los estudios de gemelos, [ 35 ] aunque aún no está del todo claro cómo explicar las relaciones entre genes y comportamientos. [ 36 ] Según Turkheimer, tanto los genes como el ambiente son heredables, la contribución genética varía según el ambiente y centrarse en la heredabilidad desvía la atención de otros factores importantes. [ 37 ] En general, sin embargo, la heredabilidad es un concepto ampliamente aplicable. [ 9 ]

Véase también

Referencias

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  2. ↑ Gazzaniga MS, Heatherton TF, Halpern DF (febrero de 2015). Ciencia psicológica (5.ª ed.). Nueva York. ISBN  978-0-393-26313-8OCLC 908409996​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  3. ↑ Yang J, Lee SH, Goddard ME, Visscher PM (enero de 2011). "GCTA: una herramienta para el análisis de rasgos complejos en todo el genoma" . American Journal of Human Genetics . 88 (1): 76– 82. doi : 10.1016/j.ajhg.2010.11.011 . PMC 3014363. PMID 21167468 .  
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Lecturas adicionales

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  • Entrada de la Enciclopedia de Filosofía de Stanford sobre herencia y heredabilidad.
  • Sitio web de Recursos de Genética Cuantitativa, incluyendo el libro de dos volúmenes de Lynch y Walsh. Acceso gratuito. Archivado el 6 de febrero de 2006 en Wayback Machine.