Métodos de Inferência de Admixão e Ancestralidade

Os métodos de inferência de admixão e ancestralidade estimam, a partir dos genótipos de um indivíduo, as proporções do seu genoma derivadas de diferentes populações ancestrais de origem, e testam se as populações trocaram genes no passado. Eles transformam padrões de partilha de alelos em declarações quantitativas sobre ancestralidade e mistura populacional.

Definition

A inferência de ancestralidade é a estimativa da(s) fonte(s) ancestral(is) do genoma de um indivíduo a partir de dados genéticos; a inferência de admixão estima especificamente as proporções contribuídas por populações ancestrais distintas e testa o fluxo gênico histórico entre elas.

Scope

A entrada abrange agrupamento baseado em modelos e estimativa de proporções de ancestralidade, abordagens de redução de dimensionalidade e testes formais de admixão, juntamente com as suposições em que esses métodos se baseiam. É um tópico metodológico; descreve a inferência estatística da ancestralidade genética e não faz afirmações clínicas ou sociais sobre categorias de ancestralidade.

Core questions

• Como as proporções de ancestralidade são estimadas a partir de dados de genótipos?
• Como diferem as abordagens de agrupamento baseadas em modelos e de componentes principais?
• Como o fluxo gênico passado entre populações é formalmente testado?
• Que suposições e limitações afetam as estimativas de ancestralidade?

Key concepts

• Proporções de ancestralidade
• Agrupamento baseado em modelos (STRUCTURE/ADMIXTURE)
• Número de populações de origem (K)
• Análise de componentes principais
• f-estatísticas e testes de admixão
• Painéis de referência para ancestralidade

Key theories

Mistura de ancestralidade baseada em modelos

O genoma de cada indivíduo é modelado como uma mistura derivada de K populações ancestrais com frequências alélicas distintas; métodos baseados em verossimilhança ou Bayesianos estimam conjuntamente as frequências alélicas ancestrais e as proporções de ancestralidade de cada indivíduo, fornecendo uma decomposição probabilística da estrutura.

Mechanisms

Os métodos baseados em modelos tratam cada genoma como uma mistura de K populações ancestrais e estimam, por verossimilhança ou inferência Bayesiana, tanto as frequências alélicas ancestrais quanto as proporções de mistura de cada indivíduo; uma implementação eficiente de máxima verossimilhança tornou isso viável em escala genômica. Abordagens complementares usam análise de componentes principais para posicionar indivíduos em um espaço de ancestralidade de baixa dimensão sem especificar populações antecipadamente. Testes formais de admixão construídos sobre f-estatísticas comparam padrões de partilha de alelos entre populações para detectar e quantificar o fluxo gênico histórico. Todos estes dependem de populações de referência apropriadas e da escolha do número de populações de origem.

Clinical relevance

A inferência de ancestralidade apoia o tratamento correto da estrutura populacional em estudos genéticos e o uso apropriado de dados de referência com ancestralidade correspondente ao interpretar resultados genômicos. Esta entrada descreve os métodos estatísticos usados para estimar a ancestralidade genética e não é uma base para decisões individuais de diagnóstico ou tratamento, nem para equiparar ancestralidade genética com identidade social.

Evidence & guidelines

A estimativa de ancestralidade baseada em modelos foi estabelecida pela estrutura STRUCTURE e tornada escalável por implementações de máxima verossimilhança, enquanto os métodos de componentes principais e os testes de admixão de f-estatísticas fornecem abordagens complementares e amplamente utilizadas; levantamentos genômicos da variação humana mundial demonstram sua aplicação em diversas populações.

History

O agrupamento baseado em modelos de genótipos multilocus foi introduzido por volta de 2000 e rapidamente se tornou padrão para descrever a estrutura populacional; implementações mais rápidas de máxima verossimilhança seguiram à medida que os dados genômicos cresceram. Os métodos de componentes principais foram adaptados para a inferência de ancestralidade em meados dos anos 2000, e as estruturas de f-estatísticas formalizaram testes para admixão antiga, tornando a inferência de ancestralidade e admixão ferramentas centrais da genômica populacional.

Debates

Como o número de populações de origem (K) deve ser escolhido e interpretado?

Os métodos baseados em modelos exigem a especificação ou seleção de K, mas os clusters inferidos são construtos estatísticos cuja interpretação depende da amostragem e de K; tratá-los como populações naturais e discretas pode ser enganoso.

Key figures

• Jonathan Pritchard
• John Novembre
• David Reich
• Nick Patterson

Seminal works

• pritchard-2000
• alexander-2009
• patterson-2012

Frequently asked questions

O que significa uma proporção de ancestralidade de, digamos, 30% de uma população?

É uma estimativa baseada em modelo de que aproximadamente 30% do genoma do indivíduo é melhor explicado pelas frequências alélicas dessa fonte ancestral inferida; é uma decomposição estatística relativa às populações de referência escolhidas, não um rótulo biológico fixo.

Como a admixão entre populações é detectada?

Testes formais baseados em f-estatísticas comparam padrões de variação compartilhada entre várias populações; desvios do que seria esperado sem fluxo gênico fornecem evidências de que a admixão ocorreu.