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Identidad por descendencia

Un segmento de ADN es idéntico por descendencia ( IBD ) en dos o más individuos si: Lo han heredado de un ancestro común sin recombinación , es decir, el segmento tiene el mismo...

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Un segmento de ADN es idéntico por descendencia ( IBD ) en dos o más individuos si:

  • Lo han heredado de un ancestro común sin recombinación , es decir, el segmento tiene el mismo origen ancestral en estos individuos.
  • El segmento es máximo, es decir, está delimitado en ambos extremos por eventos de recombinación ancestrales. [ 1 ]
El origen de los segmentos de EII se representa mediante un árbol genealógico.
El origen de los segmentos de EII se representa mediante un árbol genealógico.
El origen de los segmentos de EII se representa mediante un árbol genealógico.
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Teoría

Todos los individuos de una población finita están emparentados si se rastrea su linaje lo suficientemente atrás y, por lo tanto, compartirán segmentos de sus genomas IBD (inherencia por descendencia). Durante la meiosis , los segmentos IBD se rompen por recombinación. Por consiguiente, la longitud esperada de un segmento IBD depende del número de generaciones desde el ancestro común más reciente en el locus del segmento. La longitud de los segmentos IBD que resultan de un ancestro común n generaciones atrás (lo que implica 2n meiosis ) se distribuye exponencialmente con una media de 1/(2n ) Morgans ( M). [ 2 ] El número esperado de segmentos IBD disminuye a medida que aumenta el número de generaciones desde el ancestro común en este locus. Para un segmento de ADN específico, la probabilidad de ser IBD disminuye como 2⁻²ⁿ ya que en cada meiosis la probabilidad de transmitir este segmento es 1/2. [ 3 ]

Aplicaciones

Los segmentos IBD identificados pueden utilizarse para una amplia gama de propósitos. Como se mencionó anteriormente, la cantidad (longitud y número) de segmentos IBD compartidos depende de las relaciones familiares entre los individuos analizados. Por lo tanto, una aplicación de la detección de segmentos IBD es cuantificar el parentesco. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] La medición del parentesco puede utilizarse en genética forense , [ 8 ] pero también puede aumentar la información en el mapeo de ligamiento genético [ 4 ] [ 9 ] y ayudar a disminuir el sesgo por relaciones no documentadas en estudios de asociación estándar . [ 7 ] [ 10 ] Otra aplicación de IBD es la imputación de genotipos y la inferencia de fase de haplotipos . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Los segmentos IBD compartidos largos, que están interrumpidos por regiones cortas, pueden ser indicativos de errores de fase. [ 6 ] [ 14 ] : SI

Mapeo de la EII

El mapeo IBD [ 4 ] es similar al análisis de ligamiento, pero puede realizarse sin un pedigrí conocido en una cohorte de individuos no emparentados. El mapeo IBD puede considerarse una nueva forma de análisis de asociación que aumenta la capacidad de mapear genes o regiones genómicas que contienen múltiples variantes de susceptibilidad a enfermedades raras. [ 7 ] [ 15 ]

Utilizando datos simulados, Browning y Thompson demostraron que el mapeo IBD tiene mayor poder que las pruebas de asociación cuando múltiples variantes raras dentro de un gen contribuyen a la susceptibilidad a la enfermedad. [ 15 ] Mediante el mapeo IBD, se encontraron regiones significativas en todo el genoma en poblaciones aisladas, así como en poblaciones no endogámicas, mientras que las pruebas de asociación estándar fallaron. [ 12 ] [ 16 ] Houwen et al. utilizaron el intercambio IBD para identificar la ubicación cromosómica de un gen responsable de la colestasis intrahepática recurrente benigna en una población pesquera aislada. [ 17 ] Kenny et al. también utilizaron una población aislada para mapear finamente una señal encontrada por un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) de los niveles de esteroles vegetales plasmáticos (PPS), una medida sustituta de la absorción de colesterol del intestino. [ 18 ] Francks et al. pudieron identificar un posible locus de susceptibilidad para la esquizofrenia y el trastorno bipolar con datos de genotipo de muestras de casos y controles. [ 19 ] Lin et al. Se encontró una señal de ligamiento significativa en todo el genoma en un conjunto de datos de pacientes con esclerosis múltiple . [ 20 ] Letouzé et al. utilizaron el mapeo de EII para buscar mutaciones fundadoras en muestras de cáncer . [ 21 ]

Un segmento de EII identificado por HapFABIA en el proyecto 1000 Genomas.
Un segmento IBD identificado por HapFABIA en genomas asiáticos. Las variantes de un solo nucleótido (SNV) raras que marcan el segmento IBD están coloreadas de púrpura. Debajo de la barra turquesa, se muestra el segmento IBD en genomas antiguos.

La EII en genética de poblaciones

La detección de la selección natural en el genoma humano también es posible mediante la detección de segmentos IBD. La selección generalmente tiende a aumentar el número de segmentos IBD entre los individuos de una población. Al buscar regiones con exceso de compartición IBD, se pueden identificar regiones del genoma humano que han estado bajo una selección fuerte y muy reciente. [ 22 ] [ 23 ]

In addition to that, IBD segments can be useful for measuring and identifying other influences on population structure.[7][24][25][26][27] Gusev et al. showed that IBD segments can be used with additional modeling to estimate demographic history including bottlenecks and admixture.[25] Using similar models Palamara et al. and Carmi et al. reconstructed the demographic history of Ashkenazi Jewish and Kenyan Maasai individuals.[26][27][28] Botigué et al. investigated differences in African ancestry among European populations.[29] Ralph and Coop used IBD detection to quantify the common ancestry of different European populations[30] and Gravel et al. similarly tried to draw conclusions of the genetic history of populations in the Americas.[31] Ringbauer et al. utilized geographic structure of IBD segments to estimate dispersal within Eastern Europe during the last centuries.[32] Using the 1000 Genomes data Hochreiter found differences in IBD sharing between African, Asian and European populations as well as IBD segments that are shared with ancient genomes like the Neanderthal or Denisova.[14]

Methods and software

Programs for the detection of IBD segments in unrelated individuals:

  • RAPID: Ultra-fast Identity by Descent Detection in Biobank-Scale Cohorts using Positional Burrows–Wheeler Transform [33]
  • Parente: identifies IBD segments between pairs of individuals in unphased genotype data[34]
  • BEAGLE/fastIBD: finds segments of IBD between pairs of individuals in genome-wide SNP data[35]
  • BEAGLE/RefinedIBD: finds IBD segments in pairs of individuals using a hashing method and evaluates their significance via a likelihood ratio[36]
  • IBDseq: detects pairwise IBD segments in sequencing data[37]
  • GERMLINE: discovers in linear-time IBD segments in pairs of individuals[6]
  • DASH : se basa en segmentos IBD por pares para inferir grupos de individuos que probablemente compartan un único haplotipo [ 16 ].
  • PLINK : es un conjunto de herramientas para análisis de asociación de genoma completo y análisis de ligamiento basados ​​en poblaciones que incluye un método para la detección de segmentos IBD por pares [ 7 ].
  • Relacionar : estima la probabilidad de IBD entre pares de individuos en un locus específico utilizando SNP [ 4 ]
  • MCMC_IBDfinder : se basa en la cadena de Markov Monte Carlo (MCMC) para encontrar segmentos IBD en múltiples individuos [ 38 ].
  • IBD-Groupon : detecta segmentos de EII por grupos basados ​​en relaciones de EII por pares [ 39 ]
  • HapFABIA : identifica segmentos IBD muy cortos caracterizados por variantes raras en grandes datos de secuenciación simultáneamente en múltiples individuos [ 14 ].

Véase también

Referencias

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