Tema 10.- Herencia cuantitativa y caracteres multifactoriales

Tema 10.‐ Herencia cuantitativa y caracteres multifactoriales
Variación discontinua Carácter de fácil clasificación en diferentes
categorías fenotípicas
versus variación continua 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.
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.
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.
CARACTERES CUANTITATIVOS
Experimento Herman Nilsson-Ehle (Color de grano del trigo)
F2
Alelos aditivos
4
3
2
3
2
1
2
4
3 2 1 0 alelos
aditivos
1
0
CARACTERES CUANTITATIVOS
Experimento Herman Nilsson-Ehle (Color de grano del trigo)
Recuentos:
7
6
5
4
frecuencia
3
2
1
0
01
12
23
34
5
4
alelos aditivos
Variación en el color de los ojos
Variación en el color de la piel
X
AaBbCc
1/64 AaBbCc
6/64 15/64 20/64 15/64 6/64 1/64
Generalización del modelo aditivo de Herencia Poligénica
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 1/4n
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 = 1/2.
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 1
1 5 10 10 5 1
1 6 15 20 15 6 1
1 7 21 35 35 21 7 1
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= (∑ Xi)/n
Varianza s2= (∑ Xi‐X)2/(n‐1)
Desviación estándar S = √s2
Varianza s2= (∑ X2i‐nX2)/(n‐1)
Generación Filial 1
Peso
Xi
6
7
8
Frecuencia
f
0
0
0
9
10
11
12
13
14
15
16
0
4
14
16
12
6
0
0
17
18
0
0
f x Xi
Cruce entre variedades puras de tomates para 6 gramos y
18 gramos
Generación Filial 2
fx
Xi2
Peso Frecuencia
Xi
f
6
1
7
1
8
2
f x Xi
6
7
16
f x Xi2
36
49
128
9
10
11
12
13
14
15
16
0
9
13
17
14
7
4
3
90
143
204
182
98
60
48
900
1573
2448
2366
1372
900
768
17
18
0
1
18
324
∑Xi2 = 7602
N= 72
∑Xi = 872
∑Xi2 = 10864
Media
Varianza S2
Media
Varianza S2
626 / 52
(7602 - 52 x (12,04)2) / 51
872 / 72
(10864 - 72 x (12,11)2) / 71
12,04
1,25
12,11
4,27
N = 52
40
154
192
156
84
∑Xi = 626
400
1694
2304
2028
1176
20
20
15
15
10
10
5
5
0
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
0
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Heredabilidad en sentido estricto: Fracción de la varianza total que es debida a varianza aditiva
VT = Varianza total
0 ≤ h2 ≤ 1
h2 = VA / VT
VA = Varianza genética (aditiva)
Modo de estimarla en poblaciones:
Media de la población original
“M”
Población original
Media de los padres seleccionados
“M1”
Padres seleccionados
40
46
Media de los descendientes
“M2”
Respuesta a selección artificial
h2 = (M2‐M)/(M1‐M)
h2 = (45‐40)/(46‐40)
45
VT = Varianza total
VG = Varianza genética
VE = Varianza ambiental
VT = VG + VE + VGE
HEREDABILIDAD EN SENTIDO AMPLIO (H2): Fracción de la varianza total que se debe a diferencias genéticas entre los individuos de una población.
H2 = VG/VT 0 ≤ h2 ≤ H2 ≤ 1
En nuestro caso, la varianza de la F1 es VE (genotípicamente todas las plantas son idénticas, luego sólo hay varianza ambiental).
VE = 1,25
La varianza de la F2 es VT (las plantas son de genotipos distintos y el ambiente genera más variación, luego hay varianza genética y varianza ambiental).
VT = 4,27
VT = VG + VE  VG = VT – VE = 4,27 ‐ 1,25 = 3,02
H2 = VG/VT = 3,02 / 4,27 = 0,707
VT = VF = VP distintas formas de designar a la varianza total
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
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
53
15
Artritis reumatoide
12,3
3,5
Psoriasis
72
15
Lupus eritematoso sistémico 22
0
Labio leporino
5
30
Estima de la heredabilidad basada en estudios de gemelos
H2
=
Vparejas dicigóticos‐Vparejas monocigóticos
Vparejas de dicigóticos
H2 = 0,8 estatura
H2= 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
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):
H2 = Vg / Vt
Vt = Vg + Ve
Vg= Vt ‐ Ve
VDZ = Vg + Ve = Vt
VMZ = Ve
Vg= VDZ ‐ VMZ
H2 = (VDZ‐ VMZ) / VDZ
2.‐ A partir de datos de correlación entre MZ y DZ
r = correlación genética= probablidad de que los dos hermanos lleven el mismo alelo
rMZ = 1 ; rDZ = 1/2 rMZ ‐ rDZ = 1/2 ; si la H2 = 1 2 X (rMZ ‐ rDZ) = H2
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
de 156 y una varianza de 6,78. Posteriormente a esta misma muestra de población se le permite seguir
sus costumbres de alimentación y ejercicio y tras dos meses se vuelven a tomar datos de los niveles de
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?
VG = 6,78
VT = 17,8
H2 = VG/VT = 6,78/17,8 = 0.38
H2 = 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
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.