Tema 10. Herencia cuantitativa y caracteres multifactoriales

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1 Tema 10. Herencia cuantitativa y caracteres multifactoriales Variación discontinua versus variación continua Carácter de fácil clasificación en diferentes categorías fenotípicas Carácter que muestra un rango continuo de fenotipos por lo que resulta difícilmente clasificable. La variación es medible y expresada de forma cuantitativa. Muchos ejemplos como producción de leche, de carne, tamaño de las plantas, número de semillas, etc. Ejemplos en humanos: Peso, altura, presión arterial, circunferencia craneal, nivel colesterol sérico, susceptibilidad a enfermedades, etc. Galton, diámetros de guisantes Kolreuter, altura de la planta de tabaco.

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3 M. East (1920), tamaño de la corola en la planta del tabaco N. longiflora. La F3 de cruces seleccionados de la F2 ponen de manifiesto diversidad y segregación de fenotipos y genotipos en la F2.

4 Herencia poligénica o cuantitativa Bateson y Yule, proponen la hipótesis de mútiples factores o genes, para explicar este tipo de herencia, actualmente conocida como herencia poligénica o cuantitativa Puntos principales de la hipótesis de múltiples factores: 1. Carácter continuo es aquel que muestra una distribución continua de fenotipos entre dos valores extremos. En su caso hay que utilizar medidas para describirlos y la eficiencia de distinguir los fenotipos depende de la precisión del método. Peso, tamaño, tonalidad, etc. 2. Dos o más genes influyen sobre el fenotipo de manera aditiva. Herencia poligénica. 3. Cada locus podrá presentar alelos aditivos o no aditivos que contribuyan o no cuantitativamente al carácter. 4. El efecto aditivo de cada alelo es pequeño, pero equivalente al de los alelos aditivos de los otros genes. 5. Los factores ambientales condicionan el fenotipo, de forma que su interacción con el genotipo genera un rango de fenotipos. 6. El análisis de los caracteres poligénicos requiere el estudio de un gran número de individuos. Algunas características aún no siendo continuas, se les considera cuantitativas y se tratan como tal por estar determinadas por numerosos genes y factores ambientales. a) Características merísticas : Por ejemplo el número de individuos de una camada. b) Características umbrales: Susceptibilidad a una enfermedad compleja.

5 CARACTERES CUANTITATIVOS Experimento Herman Nilsson-Ehle (Color de grano del trigo) F 2 Alelos aditivos alelos aditivos 2 1 0

6 CARACTERES CUANTITATIVOS Experimento Herman Nilsson-Ehle (Color de grano del trigo) Recuentos: frecuencia alelos aditivos

7 Variación en el color de los ojos

8 Variación en el color de la piel AaBbCc X AaBbCc 1/64 6/64 15/64 20/64 15/64 6/64 1/64

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10 Generalización del modelo aditivo de Herencia Poligénica

11 Generalización del modelo aditivo de Herencia Poligénica Número de clases= 2n+1 (siendo n el nº de genes) La frecuencia de la clase con cero alelos aditivos es 1/4 n siendo n el número de genes. Las frecuencias de las otras clases de la F2 de un cruce de heterocigóticos para n genes, son los términos del binomio de Newton (p+q) 2n siendo n el número de genes, con p =q = 1/

12 La estadística, como herramienta para el análisis de este tipo de caracteres nos va a permitir 1. Los resultados pueden ser reducidos. 2. Datos de pequeñas muestras pueden ser utilizados para inferir resultados de grupos mayores. 3. Varios conjuntos de datos pueden ser comparados y determinar si representan diferentes poblaciones de medidas. Media X= ( X i )/n Varianza s 2 = ( X i X) 2 /(n 1) Desviación estándar S = s 2 Varianza s 2 = ( X 2 i nx 2 )/(n 1)

13 Cruce entre variedades puras de tomates para 6 gramos y 18 gramos Generación Filial 1 Generación Filial 2 Peso Frecuencia Peso Frecuencia Xi f f x Xi f x Xi 2 Xi f f x Xi f x Xi N = 52 Xi = 626 Xi 2 = 7602 N= 72 Xi = 872 Xi 2 = Media Varianza S 2 Media Varianza S / 52 ( x (12,04) 2 ) / / 72 ( x (12,11) 2 ) / 71 12,04 1,25 12,11 4,

14 Heredabilidad en sentido estricto: Fracción de la varianza total que es debida a varianza aditiva h 2 = V Modo de estimarla en A / V T 0 h 2 V 1 T = Varianza total V A = Varianza genética (aditiva) poblaciones: Media de la población original M Población original Media de los padres seleccionados M1 Padres seleccionados Respuesta a selección artificial Media de los descendientes M2 h 2 = (M2 M)/(M1 M) h 2 = (45 40)/(46 40) 45

15 V T = Varianza total V G = Varianza genética V E = Varianza ambiental V T = V G + V E + V GE HEREDABILIDAD EN SENTIDO AMPLIO (H 2 ): Fracción de la varianza total que se debe a diferencias genéticas entre los individuos de una población. H 2 = V G /V T 0 h 2 H 2 1 En nuestro caso, la varianza de la F1 es V E (genotípicamente todas las plantas son idénticas, luego sólo hay varianza ambiental). V E = 1,25 La varianza de la F2 es V T (las plantas son de genotipos distintos y el ambiente genera más variación, luego hay varianza genética y varianza ambiental). V T = 4,27 V T = V G + V E V G = V T V E = 4,27 1,25 = 3,02 H 2 = V G /V T = 3,02 / 4,27 = 0,707 V T = V F = V P distintas formas de designar a la varianza total

16 Importancia de los factores genéticos y ambientales en los caracteres multifactoriales Estudio de Gemelos: Concordancia: presencia del mismo rasgo fenotípico en una pareja de individuos que se comparan. Porcentaje de hermanos que comparten el mismo rasgo. concordantes discordantes Estudios de adopción: Gemelos monocigóticos criados por separado. Esto es, genotipos idénticos en ambientes separados. Alcoholismo: 5/6 parejas gemelos monocigóticos criados separadamente mostraban concordancia, la misma encontrada en gemelos monocigóticos que crecen juntos Factores gené cos son importantes en esta patología

17 Estima del componente genético en humanos: Estudio de Gemelos Concordantes ambos presentan la enfermedad Discordantes sólo uno presenta la enfermedad Mayor concordancia en gemelos monocigóticos (MZ) que en dicigóticos (DZ) es una sólida evidencia de la existencia de un componente genético en la enfermedad. Concordancia (%) Trastorno Monocigóticos Dicigóticos Epilepsia no traumática 70 6 Esclerosis múltiple 17,8 2 Diabetes tipo I 40 4,8 Esquizofrenia Artritis reumatoide 12,3 3,5 Psoriasis Lupus eritematoso sistémico 22 0 Labio leporino 30 5

18 Estima de la heredabilidad basada en estudios de gemelos H 2 = V parejas dicigóticos V parejas monocigóticos V parejas de dicigóticos H 2 = 0,8 estatura H 2 = 0,7 0,8 índice de masa corporal Gemelos monocigóticos criados por separado Genotipos idénticos en ambientes separados si el componente genético es importante. Ej. Alcoholismo: 5/6 parejas gemelos monocigóticos en ambientes distintos mostraban concordancia Factores genéticos son importantes en esta patología

19 Métodos para estimar la heredabilidad en humanos: 1. A partir de datos de la varianza del carácter en gemelos idénticos (MZ) y no idénticos (DZ): H 2 = Vg / Vt Vt = Vg + Ve Vg= Vt Ve V DZ = Vg + Ve = Vt V MZ = Ve Vg= V DZ V MZ H 2 = (V DZ V MZ ) / V DZ 2. A partir de datos de correlación entre MZ y DZ r = correlación genética= probablidad de que los dos hermanos lleven el mismo alelo r MZ = 1 ; r DZ = 1/2 r MZ r DZ = 1/2 ; si la H 2 = 1 2 X (r MZ r DZ ) = H 2

20 3. A partir de comparación de varianzas entre poblaciones bajo condiciones ambientales homogéneas y heterogéneas Se decide realizar un estudio para determinar la heredabilidad del carácter niveles de colesterol. Para ello, durante dos meses se somete a una muestra importante de la población a una severa dieta alimenticia y a un mismo ejercicio físico. Los valores de colesterol en esta muestra presenta una media de156yunavarianzade6,78.posteriormenteaestamismamuestradepoblaciónselepermiteseguir suscostumbresdealimentaciónyejercicioytrasdosmesessevuelvenatomardatosdelosnivelesde colesterol. En este caso, la media es sólo ligeramente superior 158, pero su varianza ahora presenta un valor de 17,8. Cuál es la heredabilidad en sentido amplio del carácter? V G = 6,78 V T = 17,8 H 2 = V G /V T = 6,78/17,8 = 0.38 H 2 = 38% Si los individuos de la muestra fueran representativos de la población y éstos fueran pudieran ser clasificados en 7 clases más o menos claramente diferenciadas Cuántos genes cree usted que contribuyen al carácter? Fenotipos = 2n+1 = 2x3 +1 = 7

21 Lo que no significa la heredabilidad: 1. No indica el grado de determinación genética de una característica. 2. Un individuo no tiene heredabilidad. 3. La heredabilidad no es universal, es una característica general de una población. 4. Aún siendo alta la heredabilidad, ello no descarta que los factores ambientales puedan influir en la característica. 5. La heredabilidad no da información sobre la naturaleza de las diferencias entre poblaciones.