Наследуемость и взаимодействие «ген-среда»

Наследуемость — это популяционная статистика, которая выражает долю вариации признака в конкретной популяции и среде, которая может быть приписана генетическим различиям между индивидуумами. Взаимодействие «ген-среда» относится к тому, как эффект генетического варианта на признак может зависеть от среды, и наоборот. Вместе они определяют, как генетика распределяет вариации признака, одновременно предостерегая от чрезмерной интерпретации того, что это распределение означает для любого отдельного человека.

Definition

Наследуемость — это доля фенотипической дисперсии в определенной популяции, обусловленная генетической дисперсией; наследуемость в узком смысле учитывает только аддитивную генетическую дисперсию, тогда как наследуемость в широком смысле учитывает всю генетическую дисперсию. Взаимодействие «ген-среда» происходит, когда влияние генотипа на фенотип различается в разных средах.

Scope

Статья охватывает определение и оценку наследуемости (включая наследуемость в узком и широком смысле), значение и распространенные неверные интерпретации этой статистики, взаимодействие и корреляцию «ген-среда», а также то, как геномные методы оценивают наследуемость по генетическим данным. Это концептуальная и методологическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Что именно измеряет оценка наследуемости и к какой популяции она применима?
• Почему наследуемость ничего не говорит напрямую об индивиде или о том, можно ли изменить признак?
• Как взаимодействие «ген-среда» и корреляция «ген-среда» усложняют разделение дисперсии?
• Как оценивается наследуемость по семейным данным по сравнению с полногеномными генетическими данными?

Key concepts

• Наследуемость в узком смысле (аддитивная)
• Наследуемость в широком смысле
• Разделение фенотипической дисперсии
• Наследуемость, основанная на SNP
• Взаимодействие «ген-среда»
• Корреляция «ген-среда»
• Оценка, специфичная для популяции и среды

Key theories

Разделение дисперсии

Концепция Фишера разлагает фенотипическую дисперсию на генетические и средовые компоненты, обеспечивая формальную основу для определения наследуемости как отношения генетической к общей фенотипической дисперсии и для разделения аддитивных от неаддитивных генетических эффектов.

Mechanisms

Наследуемость рассчитывается путем разделения дисперсии признака между индивидуумами на генетические и средовые компоненты; генетическая доля, относительно общей, определяет наследуемость. Семейные и близнецовые исследования выводят это из сходства родственников, в то время как геномные методы оценивают это по измеренному генетическому сходству по многим вариантам. Поскольку это отношение дисперсий, наследуемость зависит от частот аллелей и диапазона сред, присутствующих в изучаемой популяции, и может изменяться, если что-либо из этого меняется. Взаимодействие «ген-среда» означает, что кажущийся эффект варианта может различаться в разных средах, а корреляция «ген-среда» означает, что генотипы могут быть неслучайно распределены по средам; оба фактора должны учитываться при интерпретации компонент дисперсии.

Clinical relevance

Наследуемость и взаимодействие «ген-среда» определяют, как интерпретируются генетические данные об общих признаках и заболеваниях, включая то, почему высокая наследуемость не означает, что средовые или поведенческие факторы неважны или фиксированы. Материал представлен для поддержки критического прочтения генетических данных на популяционном уровне и не является основой для индивидуального прогнозирования или ухода.

Epidemiology

Оценки наследуемости были получены для очень широкого круга человеческих признаков и распространенных заболеваний, как правило, с помощью исследований близнецов и семей, а в последнее время — с помощью полногеномных генетических данных; оценки варьируются в зависимости от признака, популяции и среды, что само по себе является важным интерпретационным моментом.

History

Концепция вытекает из разработанной Фишером в 1918 году системы разделения дисперсии и была развита для практической оценки количественными генетиками, такими как Фальконер. В эпоху геномики методы, которые оценивают наследуемость непосредственно по полногеномным вариантам — впервые примененные к таким признакам, как рост человека — как количественно определили генетическую долю, захватываемую общими вариантами, так и обострили дебаты о разрыве между этой и семейной наследуемостью.

Debates

Что говорит нам наследуемость, а что нет?

Наследуемость часто неверно интерпретируется как мера того, насколько «генетическим» является признак у индивидуума или как фиксированная величина в различных условиях; на самом деле это специфическое для популяции и среды отношение дисперсий, и ее ограничения являются повторяющейся темой в литературе.

Почему наследуемость, основанная на семейных данных, часто выше, чем наследуемость, захватываемая измеренными вариантами?

Геномные оценки по общим вариантам часто не достигают наследуемости, основанной на семейных данных, при этом предлагаемые причины включают необнаруженные варианты, редкие вариации, взаимодействия и возможную переоценку семейными исследованиями.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Douglas Falconer
• Peter Visscher
• Jian Yang

Seminal works

• fisher-1918
• visscher-2008
• yang-2010

Frequently asked questions

Означает ли наследуемость в 80%, что признак на 80% генетический во мне?

Нет. Наследуемость описывает долю вариации среди людей в популяции, которая отслеживает генетические различия в данной среде; она не разделяет причину внутри какого-либо отдельного индивидуума.

Что такое взаимодействие «ген-среда»?

Это когда влияние генетического варианта на признак зависит от среды — например, вариант может повышать риск только при определенном воздействии — поэтому генотип и среду не всегда можно рассматривать как просто аддитивные.