Оценка наследуемости признаков в генетике. Принципы
Понятие наследуемости (обозначаемое h2) введено для определения роли генетических различий в изменчивости количественных признаков. Наследуемость — доля общей фенотипической изменчивости количественного признака, вызванная генами, и, следовательно, мера влияния различных аллелей в разных локусах на изменчивость данного количественного признака, наблюдаемую в популяции.
Чем выше наследуемость, тем больше вклад генетических различий среди людей в причины изменчивости признака. Величина h2 изменяется от 0, если гены никак не влияют на общую фенотипическую изменчивость, до 1, если ее полностью определяют гены.
Наследуемость признака — отчасти теоретическое понятие; она оценивается по корреляции между размерами этого признака среди родственников известной степени родства, например родителей и детей, сибсов или, как описывается далее, однояйцовых и разнояйцовых близнецов.
Тем не менее существует множество практических трудностей в оценке и интерпретации h2.
Во-первых, то, что родственников объединяют не только их гены; у них общие факторы окружающей среды, и корреляция между родственниками может не отражать чисто генетические отношения в семье.
Во-вторых, даже когда наследуемость признака высокая, она не показывает основной механизм наследования признака, например, количество задействованных локусов или характер взаимодействия различных аллелей в локусах. Наконец, как ни заманчиво рассматривать показатель наследуемости как существенное качество конкретного количественного признака, его нельзя оценивать в отрыве от популяционной группы и условий жизни, в которых сделана такая оценка.
Оценка наследуемости при близнецовых исследованиях
Подобно тому, как близнецовые данные можно использовать для оценки роли генов и среды в развитии качественных признаков болезни, их также можно применять для оценки наследуемости количественных признаков. Наследуемость рассчитывают при изучении изменчивости в величинах физиологических показателей у однояйцовых близнецов (со 100% общих генов) по сравнению с изменчивостью у разнояйцовых (с 50% общих генов в среднем).
Формула для расчета h2 такова: h2 = Изменчивость у дизиготных пар - изменчивость у монозиготных пар/Изменчивость у дизиготных пар.
Если изменчивость признака определяется в основном средой, изменчивость в парах разнояйцовых близнецов будет аналогичной наблюдаемой в парах однояйцовых, и числитель, а следовательно и сам показатель h2, равен нулю. Если изменчивость определяется исключительно генетическими факторами, изменчивость у однояйцовых близнецов равна нулю, a h2 — единице.
Генетики в течение десятилетий изучали рост во взрослом возрасте как модель распределения между генетическими и средовыми влияниями на количественный признак. Собрано множество измерений (например, при призыве в армию). График частоты различного роста в популяции демонстрирует колоколообразную кривую, соответствующую нормальному распределению. При использовании близнецового метода в выборках Северной Европы рассчитан h2 для роста.
Он равен приблизительно 0,8, доказывая, что вариабельность роста — следствие генотипических различий, а не влияния окружающей среды. Таким образом, гены играют гораздо большую роль в определении роста у взрослых, чем среда.
Другой пример — сравнение однояйцовых близнецов, росших вместе или отдельно, с такими же разнояйцовыми — классический способ измерения наследуемости сложных признаков. Исследования индекса массы тела близнецов показали высокую величину наследуемости (h20,70-0,80), что демонстрирует сильное влияние наследственности на данный признак.
При использовании близнецов для оценки наследуемости приходится делать множество упрощающих предположений. Во-первых, что однояйцовые и однополые разнояйцовые близнецы, растущие вместе, отличаются только дозой общих генов (всех для однояйцовых и около половины у разнояйцовых), а их развитие и влияние окружающей среды идентичны.
При анализе наследуемости роста или индекса массы тела такие предположения могут быть не слишком далеки от истины, но они менее вероятны при оценке наследуемости более сложных количественных показателей, например, при анализе психологического профиля личности или тестах IQ. Другое важное предостережение — не всегда можно экстраполировать оценку наследуемости, полученную при близнецовом методе, на популяцию в целом, в другие этнические группы или даже в ту же группу, если социоэкономические условия со временем изменились.
