Heredabilidad

Estimación del efecto de la variación genética sobre la variación fenotípica de un rasgo.

Los estudios de heredabilidad plantean preguntas como en qué medida los factores genéticos influyen en las diferencias de altura entre las personas. Esto no es lo mismo que preguntar hasta qué punto los factores genéticos influyen en la altura de una persona determinada.

La heredabilidad es una estadística utilizada en los campos de la reproducción y la genética que estima el grado de variación de un rasgo fenotípico en una población que se debe a la variación genética entre los individuos de esa población. ^[1] El concepto de heredabilidad se puede expresar en la 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 medio ambiente o el azar?" ^[2]

Otras causas de variación medida en un rasgo se caracterizan como factores ambientales , incluido el error de observación . En los estudios de heredabilidad en humanos, estos a menudo se dividen en factores de "entorno compartido" y "entorno no compartido" en función de si tienden a dar como resultado que las personas criadas en el mismo hogar sean más o menos similares a las personas que no lo fueron.

La heredabilidad se estima comparando la variación fenotípica individual entre individuos relacionados en una población, examinando la asociación entre los datos individuales de fenotipo y genotipo, ^{[3] [4]} o incluso modelando datos a nivel de resumen de estudios de asociación de todo el genoma (GWAS). ^[5] La heredabilidad es un concepto importante en genética cuantitativa , particularmente en reproducción selectiva y genética del comportamiento (por ejemplo, estudios de gemelos ). Es fuente de mucha confusión debido al hecho de que su definición técnica es diferente de su definición popular comúnmente entendida. Por lo tanto, su uso transmite la impresión incorrecta de que los rasgos de comportamiento se "heredan" o se transmiten 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 entornos contribuyen de manera separada y aditiva a los rasgos de comportamiento. ^[7]

Descripción general

La heredabilidad mide la fracción de la variabilidad del fenotipo que puede atribuirse a la variación genética . Esto no es lo mismo que decir que esta fracción de un fenotipo individual es causada por la genética. Por ejemplo, es incorrecto decir que, dado que la heredabilidad de los rasgos de personalidad es aproximadamente 0,6, eso significa que el 60% de tu personalidad se hereda de tus padres y el 40% proviene del entorno. Además, la heredabilidad puede cambiar sin que se produzca ningún cambio genético, como cuando el medio ambiente comienza a contribuir a una mayor variación. Como ejemplo, consideremos que tanto los genes como el entorno tienen el potencial de influir en la inteligencia. La heredabilidad podría aumentar si aumenta la variación genética, lo que provocaría que los individuos muestren más variación fenotípica, como mostrar diferentes niveles de inteligencia. Por otro lado, la heredabilidad también podría aumentar si la variación ambiental disminuye, lo que provocaría que los individuos muestren menos variación fenotípica, es decir, niveles de inteligencia más similares. La heredabilidad aumenta cuando la genética contribuye con más variación o porque factores no genéticos contribuyen con menos variación; lo que importa es la contribución relativa. La heredabilidad es específica de una población particular en un ambiente particular. En consecuencia, la alta heredabilidad de un rasgo no significa necesariamente que el rasgo no sea muy susceptible a las influencias ambientales. ^[8] La heredabilidad también puede cambiar como resultado de cambios en el medio ambiente, la migración, la endogamia o la forma en que se mide la heredabilidad misma en la población bajo estudio. ^[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 del entorno también puede ser función de los genes implicados. Las cuestiones de heredabilidad son complicadas porque los genes pueden canalizar un fenotipo, haciendo que su expresión sea casi inevitable en todos los entornos que se presenten. Los individuos con el mismo genotipo también pueden exhibir fenotipos diferentes a través de un mecanismo llamado plasticidad fenotípica , lo que hace que la heredabilidad sea difícil de medir en algunos casos. Conocimientos recientes en biología molecular han identificado cambios en la actividad transcripcional de genes individuales asociados con cambios ambientales. Sin embargo, existe una gran cantidad de genes cuya transcripción no se ve afectada por el medio ambiente. ^[12]

Las estimaciones de heredabilidad utilizan análisis estadísticos para ayudar a identificar las causas de las diferencias entre individuos. Dado que la heredabilidad tiene que ver con la varianza, es necesariamente una explicación de las diferencias entre los individuos de una población. La heredabilidad puede ser univariada (examinar un solo rasgo) o multivariada (examinar las asociaciones genéticas y ambientales entre múltiples rasgos a la vez). Esto permite probar la superposición genética entre diferentes fenotipos: por ejemplo, el color del cabello y el color de los ojos . El medio ambiente y la genética también pueden interactuar, y los análisis de heredabilidad pueden probar y examinar estas interacciones (modelos GxE).

Un requisito previo para los análisis de heredabilidad es que haya alguna variación poblacional que tener en cuenta. Este último punto pone de relieve el hecho de que la heredabilidad no puede tener en cuenta el efecto de factores que son invariantes en la población. Los factores pueden ser invariantes si están ausentes y no existen en la población, como si nadie tuviera acceso a un antibiótico en particular , o porque estuvieran omnipresentes, como si todos bebieran café . En la práctica, todos los rasgos del comportamiento humano varían y casi todos los rasgos 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 en el 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 ) se puede controlar y mantener en 0. En este caso, la heredabilidad se define como ^[15] ${\displaystyle H^{2},}$

${\displaystyle H^{2}={\frac {\mathrm {Var} (G)}{\mathrm {Var} (P)}}}$

H ² es la heredabilidad en sentido amplio. Esto refleja todas las contribuciones genéticas a la variación fenotípica de una población, incluidas las interacciones 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 por ejemplo con la producción de leche en mamíferos.

Un componente particularmente importante de la varianza genética es la varianza aditiva, Var(A), que es la varianza debida a los efectos promedio (efectos aditivos) de los alelos . Dado que cada padre 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 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

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

Se utiliza una H ² mayúscula para denotar un sentido amplio y una h ² minúscula para un sentido estricto.

Para rasgos que no son continuos sino dicotómicos, como un dedo adicional del pie o ciertas enfermedades, la contribución de los diversos alelos puede considerarse como una suma que, más allá de un umbral, se manifiesta como el rasgo, dando el modelo de umbral de responsabilidad en el que se determina la heredabilidad. se puede estimar 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 está directamente relacionada con la heredabilidad en sentido estricto. La media del rasgo aumentará en la próxima generación en función de cuánto difiere la media de los padres seleccionados de la media de la población de la que se eligieron los padres seleccionados. La respuesta observada a la selección conduce a una estimación de la heredabilidad en sentido estricto (llamada heredabilidad realizada ). Éste es el principio que subyace a la selección o reproducción artificial .

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 (by 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 Bi _y B _j son 0 o 1, el fenotipo esperado se puede escribir como la suma de los alelos B. 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 ):

${\displaystyle {\begin{aligned}P_{ij}&=\mu +\alpha \,(B_{i}+B_{j})+\delta \,(B_{i}B_{j})\\&={\text{Population mean}}+{\text{Additive Effect }}(a_{ij}=\alpha (B_{i}+B_{j}))+{\text{Dominance Deviation }}(d_{ij}=\delta (B_{i}B_{j})).\\\end{aligned}}}$

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

${\displaystyle \mathrm {Var} (A)=f(bb)a_{bb}^{2}+f(Bb)a_{Bb}^{2}+f(BB)a_{BB}^{2},}$

dónde ${\displaystyle f(bb)a_{bb}+f(Bb)a_{Bb}+f(BB)a_{BB}=0.}$

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

${\displaystyle \mathrm {Var} (D)=f(bb)d_{bb}^{2}+f(Bb)d_{Bb}^{2}+f(BB)d_{BB}^{2},}$

dónde ${\displaystyle f(bb)d_{bb}+f(Bb)d_{Bb}+f(BB)d_{BB}=0.}$

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

Suposiciones

Las estimaciones de la heredabilidad total de los rasgos humanos suponen la ausencia de epistasis, lo que se ha denominado "suposición de aditividad". Aunque algunos investigadores han citado tales estimaciones en apoyo de la existencia de una " heredabilidad faltante " no contabilizada en loci genéticos conocidos, la suposición de aditividad puede invalidar estas estimaciones. ^[16] También existe cierta evidencia empírica de que el supuesto de aditividad se viola con frecuencia en los estudios genéticos del comportamiento de la inteligencia y el rendimiento académico de los adolescentes . ^[17]

Estimación de la heredabilidad

Dado que sólo P puede observarse o medirse directamente, la heredabilidad debe estimarse a partir de las similitudes observadas en sujetos que varían en su nivel 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 muy variables de relación genética, como gemelos , hermanos, padres e hijos, en lugar de datos de sujetos más distantes (y por lo tanto menos similares). El error estándar para 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, entre los animales de granja es fácil disponer que un toro produzca descendencia a partir de un gran número de vacas y controle el entorno. Este control experimental generalmente no es posible cuando se recopilan datos humanos, ya que se basan en relaciones y entornos que ocurren naturalmente.

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

Una escuela de pensamiento fue desarrollada por Sewall Wright en la Universidad de Chicago y popularizada aún más por CC Li ( Universidad de Chicago ) y JL Lush ( Universidad Estatal de Iowa ). Se basa en el análisis de correlaciones y, por extensión, de regresión. Sewall Wright desarrolló el análisis de ruta como una forma de estimar la heredabilidad.

El segundo fue desarrollado originalmente por RA 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 escuelas. Se basa en el análisis de varianza de estudios de reproducción, utilizando la correlación intraclase de parientes. En estos análisis se utilizan varios métodos para estimar los componentes de la varianza (y, por tanto, la heredabilidad) a partir de ANOVA .

Hoy en día, la heredabilidad se puede estimar a partir de genealogías generales utilizando modelos lineales mixtos y de la relación genómica estimada a partir de marcadores genéticos.

Los estudios de heredabilidad humana a menudo utilizan diseños de estudios de adopción, a menudo con gemelos idénticos que han sido separados temprano en la vida y criados en entornos diferentes. Estos individuos tienen genotipos idénticos y pueden utilizarse para separar los efectos del genotipo y el entorno. Un límite 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 de 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 dar lugar a 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 confundirse o no 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 familiares encontramos que en general,

${\displaystyle h^{2}={\frac {b}{r}}={\frac {t}{r}}}$

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

Regresión entre padres e hijos

Figura 2. Datos de Francis Galton (1889) que muestran la relación entre la altura de la descendencia (928 individuos) en función de la altura media de los padres (205 grupos de padres).

La heredabilidad se puede estimar comparando los rasgos de los padres y los de la descendencia (como en la Fig. 2). La pendiente de la línea (0,57) se aproxima a la heredabilidad del rasgo cuando los valores de la descendencia se comparan con el rasgo promedio de los padres. Si sólo se utiliza el valor de uno de los padres, entonces la heredabilidad es el doble de la pendiente. (Ésta es la fuente del término " regresión ", ya que los valores de la descendencia siempre tienden a regresar al valor medio de la población, es decir , la pendiente es siempre menor que uno). Este efecto de regresión también subyace al método DeFries-Fulker para analizar gemelos seleccionados para un miembro afectado. ^[19]

Comparación de hermanos

Se puede adoptar un enfoque básico de la heredabilidad utilizando diseños de hermanos completos: comparar la similitud entre hermanos que comparten una madre biológica y 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 entorno común. Por lo tanto, establece un límite superior a la heredabilidad aditiva del doble de la correlación fenotípica completa de Sib. Los diseños de medios hermanos comparan rasgos fenotípicos de hermanos que comparten un padre con otros grupos de hermanos.

estudios de gemelos

Figura 3. Concordancias de gemelos para siete rasgos psicológicos (el tamaño de la muestra se muestra dentro de las barras), siendo DZ fraternos y MZ gemelos idénticos.

La heredabilidad de los rasgos en humanos se estima con mayor frecuencia comparando semejanzas entre gemelos. "La ventaja de los estudios de gemelos es que la varianza total se puede dividir en componentes ambientales genéticos, 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 (asumiendo que no hay apareamiento selectivo para el rasgo), por lo que los gemelos idénticos o monocigóticos (MZ) en promedio son dos veces más similares genéticamente que los gemelos DZ. Una estimación aproximada de la heredabilidad, entonces, es 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 =DZ-1/2 h ² . La variación ambiental única, e ² , refleja el grado en que los gemelos idénticos criados juntos son diferentes, e ² =1-r(MZ).

Análisis de varianza métodos de estimación.

El segundo conjunto de métodos de estimación de la heredabilidad implica ANOVA y la estimación de los componentes de la varianza.

Modelo basica

Usamos la discusión básica de Kempthorne. ^[14] Considerando sólo el más básico de los modelos genéticos, podemos observar la contribución cuantitativa de un solo locus con genotipo G _i como

${\displaystyle y_{i}=\mu +g_{i}+e}$

donde es el efecto del genotipo G _i y es el efecto ambiental. ${\displaystyle g_{i}}$ ${\displaystyle e}$

Considere un experimento con un grupo de toros y su progenie de madres aleatorias. Dado que la progenie obtiene la mitad de sus genes del padre y la otra mitad de su madre (aleatoria), la ecuación de la progenie es

${\displaystyle z_{i}=\mu +{\frac {1}{2}}g_{i}+e}$

Correlaciones intraclase

Considere el experimento anterior. Tenemos dos grupos de progenie que podemos comparar. El primero es comparar las distintas progenies de un toro individual (llamado dentro del grupo de toros ). La variación incluirá términos de variación genética (ya que no todos obtuvieron el mismo genotipo) y variación ambiental. Esto se considera un término de error .

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

${\displaystyle \mathrm {corr} (z,z')=\mathrm {corr} (\mu +{\frac {1}{2}}g+e,\mu +{\frac {1}{2}}g+e')={\frac {1}{4}}V_{g}}$,

ya que los efectos ambientales son independientes entre sí.

El ANOVA

En un experimento con toros y descendencia por toro, podemos calcular el siguiente ANOVA, usando como varianza genética y como varianza ambiental: ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle V_{g}}$ ${\displaystyle V_{e}}$

El término es la correlación intraclase entre medios hermanos. Podemos calcular fácilmente . El cuadrado medio esperado se calcula a partir de la relación de los individuos (la descendencia dentro de un padre son todos medios hermanos, por ejemplo) y la comprensión de las correlaciones intraclase. ${\displaystyle {\frac {1}{4}}V_{g}}$ ${\displaystyle H^{2}={\frac {V_{g}}{V_{g}+V_{e}}}={\frac {4(S-W)}{S+(r-1)W}}}$

El uso de ANOVA para calcular la heredabilidad a menudo no tiene en cuenta la presencia de interacciones gen-ambiente , porque ANOVA tiene un poder estadístico 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 otros, la ecuación para un solo locus es

${\displaystyle y_{ij}=\mu +\alpha _{i}+\alpha _{j}+d_{ij}+e,}$

dónde

${\displaystyle \alpha _{i}}$es el efecto aditivo del alelo i ^, es el efecto aditivo del alelo j, ^es la desviación de dominancia para el genotipo i ^y es el entorno. ${\displaystyle \alpha _{j}}$ ${\displaystyle d_{ij}}$ ${\displaystyle e}$

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

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

donde y se encuentran como ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle \theta }$

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

${\displaystyle \theta =}$P [ los genotipos extraídos al azar del par de relaciones son idénticos por descendencia ].

Algunas relaciones comunes y sus coeficientes se dan en la Tabla 2.

Modelos lineales mixtos

En la literatura se ha informado de una amplia variedad de enfoques que utilizan modelos lineales mixtos. A través de estos métodos, la variación fenotípica se divide en variaciones genéticas, ambientales y de diseño experimental para estimar la heredabilidad. La variación ambiental se puede modelar explícitamente mediante el estudio de individuos en una amplia gama de entornos, aunque la inferencia de la variación genética a partir de la variación fenotípica y ambiental puede conducir a una subestimación de la heredabilidad debido al desafío de capturar toda la gama de influencias ambientales que afectan a un rasgo. Otros métodos para calcular la heredabilidad utilizan datos de estudios de asociación de todo el genoma para estimar la influencia de factores genéticos en un rasgo, lo que se refleja en la tasa y la influencia de loci genéticos supuestamente asociados (generalmente polimorfismos de un solo nucleótido ) en el rasgo. Sin embargo, esto puede llevar a una subestimación de la heredabilidad. Esta discrepancia se conoce como "heredabilidad faltante" y refleja el desafío de modelar con precisión la variación genética y ambiental en los modelos de heredabilidad. ^[23]

Cuando se dispone de un pedigrí grande y complejo u otro tipo de datos antes mencionado, la heredabilidad y otros parámetros genéticos cuantitativos se pueden estimar mediante métodos de máxima verosimilitud restringida (REML) o bayesianos . Los datos brutos normalmente tendrán tres o más puntos de datos para cada individuo: un código para el padre, un código para la madre y uno o varios valores de rasgos. Diferentes valores de rasgos pueden ser para diferentes rasgos o para diferentes momentos de medición.

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

Los pedigríes pueden visualizarse utilizando programas como Pedigree Viewer [1], y analizarse con programas como ASReml , VCE [2], WOMBAT [3], MCMCglmm dentro del entorno R [4] o la familia de programas BLUPF90 [5]. .

Los modelos genealógicos son útiles para desenmarañar confusiones como la causalidad inversa , los efectos maternos como el entorno prenatal y la confusión de la dominancia genética , el entorno compartido y los efectos de los genes maternos. ^{[24] [9]}

Heredabilidad genómica

Cuando se dispone de datos de genotipo de todo el genoma y fenotipos de grandes muestras de población, se pueden estimar las relaciones entre individuos en función de 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 de los alelos y el desequilibrio de vinculación . En particular, el método llamado Probabilidad de alta definición (HDL) puede estimar la heredabilidad genómica utilizando únicamente estadísticas resumidas de GWAS, ^[5] lo que facilita la incorporación de grandes tamaños de muestra disponibles en varios metanálisis 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 el mejoramiento selectivo de plantas y animales, la respuesta esperada a la selección de un rasgo con heredabilidad conocida en sentido estricto se puede estimar utilizando la ecuación del obtentor : ^[25] ${\displaystyle (h^{2})}$

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

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

Por ejemplo, imaginemos que un fitomejorador participa en un proyecto de mejoramiento selectivo con el objetivo de aumentar el número de granos por mazorca de maíz. A efectos de argumentación, supongamos que la mazorca de maíz promedio de la generación original tiene 100 granos. Supongamos también que los padres seleccionados producen maíz con un promedio de 120 granos por mazorca. Si h ² es igual a 0,5, entonces la próxima 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 de maíz será, en promedio, 110.

La observación de 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 relación sólo si el genotipo y el ruido ambiental siguen distribuciones gaussianas . ${\displaystyle \mathrm {Var} (A)/\mathrm {Var} (P)}$

Controversias

Los críticos destacados de las estimaciones de heredabilidad, como Steven Rose , ^[27] Jay Joseph , ^[28] y Richard Bentall , se centran en gran medida en las estimaciones de heredabilidad en las ciencias del comportamiento y las ciencias sociales . Bentall ha afirmado que tales puntuaciones de heredabilidad generalmente se calculan de manera contraria a la intuición para obtener puntuaciones numéricamente altas, que la heredabilidad se malinterpreta como determinación genética y que este supuesto sesgo distrae la atención de otros factores que las investigaciones han encontrado más importantes desde el punto de vista causal, 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 medio ambiente desempeñan 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 sostienen 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 medio ambiente, ya que dichos rasgos son el resultado de múltiples causas que interactúan. ^[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 sostienen que es posible desenredar los dos. ^[34]

La controversia sobre las estimaciones de heredabilidad se debe en gran medida a su base en estudios de gemelos . El escaso éxito de los estudios de genética molecular para corroborar las conclusiones de dichos estudios de genética poblacional es el problema de heredabilidad que falta . ^[35] Eric Turkheimer ha argumentado que los métodos moleculares más nuevos han reivindicado la interpretación convencional de los estudios de gemelos, ^[35] aunque sigue sin estar claro cómo explicar las relaciones entre genes y comportamientos. ^[36] Según Turkheimer, tanto los genes como el medio ambiente son hereditarios, la contribución genética varía según el medio ambiente y centrarse en la heredabilidad distrae la atención de otros factores importantes. ^[37] Sin embargo, en general, la heredabilidad es un concepto ampliamente aplicable. ^[9]

Ver también

• Genética conductual
• Herencia
• Heredabilidad del coeficiente intelectual

Referencias

1. Wray N, Visscher P (2008). "Estimación de la heredabilidad de los rasgos". Educación en la Naturaleza . 1 (1): 29. Archivado desde el original el 2 de agosto de 2015 . Consultado el 24 de julio de 2015 .
2. Gazzaniga MS, Heatherton TF, Halpern DF (febrero de 2015). Ciencia psicológica (5ª ed.). Nueva York. ISBN 978-0-393-26313-8. OCLC  908409996.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
3. Yang J, Lee SH, Goddard ME, Visscher PM (enero de 2011). "GCTA: una herramienta para el análisis de rasgos complejos de todo el genoma". Revista Estadounidense de Genética Humana . 88 (1): 76–82. doi :10.1016/j.ajhg.2010.11.011. PMC 3014363 . PMID  21167468. 
4. Yang J, Zeng J, Goddard ME, Wray NR, Visscher PM (agosto de 2017). "Conceptos, estimación e interpretación de la heredabilidad basada en SNP" (PDF) . Genética de la Naturaleza . 49 (9): 1304-1310. doi :10.1038/ng.3941. PMID  28854176. S2CID  8790524. Archivado (PDF) desde el original el 5 de octubre de 2020 . Consultado el 6 de septiembre de 2020 .
5. Ning Z, Pawitan Y, Shen X (junio de 2020). "Inferencia de probabilidad de alta definición de correlaciones genéticas entre rasgos humanos complejos" (PDF) . Genética de la Naturaleza . 52 (8): 859–864. doi :10.1038/s41588-020-0653-y. hdl : 10616/47311 . PMID  32601477. S2CID  220260262. Archivado (PDF) desde el original el 15 de abril de 2021 . Consultado el 8 de febrero de 2021 .
6. Stoltenberg SF (junio de 1997). "Asumir la heredabilidad". Genética . 99 (2–3): 89–96. doi :10.1007/BF02259512. hdl : 2027.42/42804 . PMID  9463077. S2CID  18212219. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2020 . Consultado el 24 de diciembre de 2020 .
7. Wahlsten D (1994). "La inteligencia de la heredabilidad" (PDF) . Psicología canadiense . 35 (3): 244–260. doi :10.1037/0708-5591.35.3.244. ISSN  1878-7304. Archivado (PDF) desde el original el 24 de octubre de 2018 . Consultado el 5 de diciembre de 2019 .
8. Maccoby EE (febrero de 2000). "La crianza de los hijos y sus efectos en los niños: sobre la lectura y la mala interpretación de la genética del comportamiento". Revista Anual de Psicología . 51 (1): 1–27. doi :10.1146/annurev.psych.51.1.1. PMID  10751963. S2CID  43435035.
9. Visscher PM, Hill WG , Wray NR (abril de 2008). "Heredabilidad en la era de la genómica: conceptos y conceptos erróneos" (PDF) . Reseñas de la naturaleza. Genética . 9 (4): 255–66. doi :10.1038/nrg2322. PMID  18319743. S2CID  690431. Archivado (PDF) desde el original el 24 de marzo de 2016 . Consultado el 28 de agosto de 2015 .
10. Salsa B, Matzel LD (enero de 2018). "La paradoja de la inteligencia: la heredabilidad y la maleabilidad coexisten en una interacción oculta entre genes y entorno". Boletín Psicológico . 144 (1): 26–47. doi :10.1037/bul0000131. PMC 5754247 . PMID  29083200. 
11. Bloque N (agosto de 1995). "Cómo la heredabilidad engaña sobre la raza". Cognición . 56 (2): 99-128. doi :10.1016/0010-0277(95)00678-r. PMID  7554794. S2CID  204981536.
12. Testamentos C (2007). "Principios de genética de poblaciones, cuarta edición". Revista de herencia (reseña del libro). 98 (4): 382. doi : 10.1093/jhered/esm035 .
    • revisión de : Hartl DL, Clark AG (2007). Principios de genética de poblaciones . Sunderland, MA: Sinauer y asociados. págs.xv + 652. ISBN 978-0-87893-308-2.
13. Turkheimer E (octubre de 2000). "Tres leyes de la genética del comportamiento y su significado" (PDF) . Direcciones actuales de la ciencia psicológica . 9 (5): 160–164. doi :10.1111/1467-8721.00084. ISSN  0963-7214. S2CID  2861437. Archivado (PDF) desde el original el 19 de octubre de 2013 . Consultado el 29 de octubre de 2013 .
14. Kempthorne O (1957). Una introducción a la estadística genética (1ª ed.). Ames, Iowa: Universidad Estatal de Iowa. Prensa. OCLC  422371269.
15. Stephen Downes y Lucas Matthews. "Heredabilidad". Enciclopedia de Filosofía de Stanford . Universidad Stanford. Archivado desde el original el 25 de febrero de 2020 . Consultado el 20 de febrero de 2020 .
16. Zuk O, Hechter E, Sunyaev SR, Lander ES (enero de 2012). "El misterio de la heredabilidad perdida: las interacciones genéticas crean una heredabilidad fantasma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 (4): 1193–8. Código bibliográfico : 2012PNAS..109.1193Z. doi : 10.1073/pnas.1119675109 . PMC 3268279 . PMID  22223662. 
17. Daw J, Guo G, Harris KM (julio de 2015). "Red nutritiva de la naturaleza: reevaluación del papel de los entornos compartidos en el rendimiento académico y la inteligencia verbal". Investigación en Ciencias Sociales . 52 : 422–39. doi : 10.1016/j.ssresearch.2015.02.011. PMC 4888873 . PMID  26004471. 
18. Cattell RB (noviembre de 1960). "Las ecuaciones y soluciones de análisis de varianza abstracta múltiple: para la investigación de la naturaleza y la crianza sobre variables continuas". Revisión psicológica . 67 (6): 353–72. doi :10.1037/h0043487. PMID  13691636.
19. DeFries JC, Fulker DW (septiembre de 1985). "Análisis de regresión múltiple de datos de gemelos". Genética del comportamiento . 15 (5): 467–73. doi :10.1007/BF01066239. PMID  4074272. S2CID  1172312.
20. Falconer DS, Mackay TF (diciembre de 1995). Introducción a la genética cuantitativa (4ª ed.). Longman . ISBN 978-0582243026.
21. Gielen M, Lindsey PJ, Derom C, Smeets HJ, Souren NY, Paulussen AD, Derom R, Nijhuis JG (enero de 2008). "Modelado de factores genéticos y ambientales para aumentar la heredabilidad y facilitar la identificación de genes candidatos para el peso al nacer: un estudio de gemelos". Genética del comportamiento . 38 (1): 44–54. doi :10.1007/s10519-007-9170-3. PMC 2226023 . PMID  18157630. 
22. Wahlsten, Douglas (marzo de 1990). "Insensibilidad del análisis de varianza a la interacción herencia-ambiente" (PDF) . Ciencias del comportamiento y del cerebro . 13 (1): 109–120. doi :10.1017/S0140525X00077797. ISSN  1469-1825. S2CID  143217984. Archivado (PDF) desde el original el 5 de octubre de 2020 . Consultado el 6 de septiembre de 2020 .
23. Heckerman D, Gurdasani D, Kadie C, Pomilla C, Carstensen T, Martin H, Ekoru K, Nsubuga RN, Ssenyomo G, Kamali A, Kaleebu P, Widmer C, Sandhu MS (julio de 2016). "Modelo lineal mixto para la estimación de heredabilidad que aborda explícitamente la variación ambiental". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 113 (27): 7377–82. Código Bib : 2016PNAS..113.7377H. doi : 10.1073/pnas.1510497113 . PMC 4941438 . PMID  27382152. 
24. Hill WG, Goddard ME, Visscher PM (febrero de 2008). MacKay TF, Goddard ME (eds.). "Los datos y la teoría apuntan a una variación genética principalmente aditiva para rasgos complejos". PLOS Genética . 4 (2): e1000008. doi : 10.1371/journal.pgen.1000008 . PMC 2265475 . PMID  18454194. 
25. Plomin R, DeFries JC, McClearn GE, McGuffin P (2017). Genética del comportamiento: introducción (2ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-2056-0.
26. Falconer DS, Mackay TF (1998). Introducción a la genética cuantitativa (4ª ed.). Essex: Longman. ISBN 978-0-582-24302-6.
27. Rose SP (junio de 2006). "Comentario: estimaciones de heredabilidad: mucho después de su fecha de caducidad". Revista Internacional de Epidemiología . 35 (3): 525–7. doi : 10.1093/ije/dyl064 . PMID  16645027.
28. José J (2004). "Capítulo 5". La ilusión genética . Nueva York: Algora . pag. 141.ISBN​ 978-1-898059-47-9. Archivado desde el original el 19 de julio de 2017 . Consultado el 2 de abril de 2016 .
29. Bentall RP (2009). Doctorando la mente: ¿Es realmente bueno nuestro tratamiento actual de las enfermedades mentales? Nueva York: Prensa de la Universidad de Nueva York . págs. 123-127. ISBN 978-0-8147-8723-6. Archivado desde el original el 5 de octubre de 2020 . Consultado el 2 de abril de 2016 .
30. McGrath M (5 de julio de 2009). "Doctorando la mente: revisión". El Telégrafo . Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
31. Moore DS, Shenk D (enero de 2017). "La falacia de la heredabilidad". Reseñas interdisciplinarias de Wiley: ciencia cognitiva . 8 (1-2): e1400. doi :10.1002/wcs.1400. PMID  27906501.
32. Feldman MW, Ramachandran S (abril de 2018). "¿Desaparecido en comparación con qué? Revisando la heredabilidad, los genes y la cultura". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres. Serie B, Ciencias Biológicas . 373 (1743): 20170064. doi :10.1098/rstb.2017.0064. PMC 5812976 . PMID  29440529. ... todos los rasgos humanos complejos resultan de una combinación de causas. Si estas causas interactúan, es imposible asignar valores cuantitativos a la fracción de un rasgo debida a cada una, del mismo modo que no podemos decir qué parte del área de un rectángulo se debe, por separado, a cada una de sus dos dimensiones. Así, en los análisis de fenotipos humanos complejos... en realidad no podemos encontrar "la importancia relativa de los genes y el medio ambiente en la determinación del fenotipo". 
33. Marcus W. Feldman; Richard C. Lewontin (1975). "El problema de la heredabilidad". Ciencia . 190 (4220): 1163–1168. Código bibliográfico : 1975 Ciencia... 190.1163F. doi : 10.1126/ciencia.1198102. PMID  1198102. S2CID  6797128. Archivado desde el original el 20 de mayo de 2021 . Consultado el 20 de mayo de 2021 .
34. Tredoux, Gavan. "La naturaleza y crianza de los rectángulos". (2019).
35. Turkheimer E (2011). "Sigue desaparecido". Investigación en Desarrollo Humano . 8 (3–4): 227–241. doi :10.1080/15427609.2011.625321. S2CID  14737438.
36. Türkheimer E (2015). "Predicción genética". Informe del Centro Hastings . 45 (5 suplementos): S32–8. doi :10.1002/hast.496. PMID  26413946.
37. José J (2014). El problema de los estudios sobre gemelos: una reevaluación de la investigación sobre gemelos en las ciencias sociales y del comportamiento (PDF) . Nueva York: Routledge. pag. 81.ISBN​ 978-1-317-60590-4. Archivado (PDF) desde el original el 4 de abril de 2016 . Consultado el 2 de abril de 2016 .

Otras lecturas

• Lynch M, Walsh B (1998). Genética y análisis de rasgos cuantitativos . Sunderland, Massachusetts: Sinauer Assoc. ISBN 978-0-87893-481-2.
• Johnson W, Penke L, Spinath FM (2011). "Comprensión de la heredabilidad: qué es y qué no es". Revista europea de personalidad . 25 (4): 287–294. doi :10.1002/per.835. ISSN  0890-2070. S2CID  41842465.

enlaces externos

• Entrada de la Enciclopedia de Filosofía de Stanford sobre herencia y heredabilidad
• Sitio web de Quantitative Genetics Resources, que incluye el libro de dos volúmenes de Lynch y Walsh. Acceso gratuito Archivado el 6 de febrero de 2006 en Wayback Machine.