Heritabiliteetti
Transcription
Heritabiliteetti
Kvantitatiivinen genetiikka moniste s. 56 - määrällisten ominaisuuksien periytymisen hallinta - mendelismi oli aluksi vastatuulessa siksi että darwinistit, joilla oli paljon valtaa Britanniassa, olivat tottuneet määrällisen genetiikan piirteisiin: jatkuvat jakautumat, vähittäinen muutos jne - oli myös kehitetty BIOMETRIA (eli tilastotiede), jonka toimialaa määrällisten ominaisuuksien genetiikka on vieläkin (normaali- ym. jakautumat, korrelaatiot, regressiot ) PITUUDEN MUUNTELU JA HERITABILITEETTI IHMISPOPULAATIOSSA Sulkeisliike “normaalijakautumaan järjesty” Joitakin määrällisten ominaisuuksien hallinnan juttuja Keskiarvo Varianssi Keskihajonta Korrelaatio Regressio Nilsson-Ehle (ruotsalainen) esitti ensimmäisenä mendelistisen mallin määrälliselle ominaisuudelle 1908 Tutkittavana hällä oli vehnänjyvän punertava väri Kühn: Grundriss der Vererbungslehre, 1950 Kvantitatiivisen periytymisen malli aa Aa AA |---------------------------|------|---------------------| -a 0 +d +a q2 2pq p2 m = p2a - q2 a + 2pqd = a (p - q)(p + q) + 2pqd = a(p-q) +2pqd Jos d = 0, m = a (1 - 2q) jos d = 1, m = a (1 - 2 q2 ) Kahden alleeliparin vaikutuksen yhdistäminen BB Bb bb r2 2rs s2 AA p2 Aa 2pq aa q2 2a a+d 0 a+d 2d d-a 0 d-a -2a Pyyhitäänpä dominanssi pois: BB Bb bb r2 2rs s2 AA p2 2a a 0 AABb AABB AaBB p2 r2 2rsp2+2pqr2 2a a 1 4 Aa 2pq a 0 -a aa q2 0 -a -2a aaBB AAbb Aabb AaBb aaBb q2r2 +p2s2 +4pqrs 2rsq2+2pqs2 0 -a 6 4 aabb q2 s2 -2a 1 Pascalin kolmio eli binomijakautuma -taika 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 1 3 6 1 alleelipari 1 4 1 2 paria 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 3 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 4, &c 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 Tästä saa johdettua lukusuhteet 1, 2, 3, 4 tai vaikka kuinka monen alleeliparin jakautumille, helposti ja paljoakaan muistamatta. Lopulta jakautuma noudattaa normaalijakatumaa Esimerkki: vanha kunnon käärmelasku Risteytetään 200 cm pitkät käärmeet ABC dE AB c d E -------------- x -------------a b C de a b C d E Peruspituus 150 cm. Jokainen isolla kirjaimella merkitty alleeli lisää pituutta 10 cm. Ennusta jälkeläisen jakautuma pituusluokkiin. Ratkaisu: heterotsygoottisia lokuksia on kuusi, eli niistä voi tulla jälkeläiselle “pieni tai iso kirjain”. Jokainen jälkeläinen saa varmasti yhden C:n ja yhden E:n, joten pienin poikanen on 170 cm 170 1 180 6 190 15 200 20 210 15 220 6 230 1 Pituusluokka Pascal, rivi 7 Määrällisiin ominaisuuksiin vaikuttaa myös ympäristö, eikä suinkaan pelkästään 2 tai useampia +/- alleelipareja. Usein halutaankin tietää, kuinka iso osa varianssista eli yksilöiden välisistä eroista johtuu geneettisistä syistä, ja mikä osa ympäristöstä Geneettisen osuuden mitan nimi on heritabiliteetti Jos populaatiossa on sellaisia segregoituvia alleelipareja, jotka vaikuttavat tiettyyn mittaominaisuuteen, siitä koituu tietenkin geneettistä muuntelua Muuntelua aiheuttaa myös ympäristö Fenotyyppinen varianssi Vp aiheutuu eri osista: additiivisesta geneettisestä Va, dominanssin aiheuttamasta geneettisestä Vd, geeni-interaktioiden Vi aiheuttamasta geneettisestä ja vielä ympäristön Ve aiheuttamasta, sekä lopulta kaikkien näiden mahdollisista interaktioista eli vuorovaikutuksista. Vp = Va + Vd + Vi + Ve varianssi additiivinen aa / AA aa / (Aa+AA) dominanssi Aa /0 Heritabiliteetti Yksilöt antavat alleeleistaan näytteen gameettien kautta seuraavaan sukupolveen. Sellainen yksilö, jolla on monta plus-alleelia, antaa tietysti gameetteihinkin useampia plus-alleeleita kuin sellainen, jolla niitä on vähän. Tätä tosiasiaa käytetään hyväksi kvantitatiivisessa genetiikassa. Vanhempien ja jälkeläisten tai sisarusten välillä on tiettyä korrelaatiota näiden plus-alleelien määrässä. SUKULAISTEN VÄLINEN KORRELAATIO JOHTUU GEENEISTÄ Kurssityönä tutkitaan, onko kurssilaisten ja heidän isiensä ja/tai äitiensä välillä korrelaatiota pituuden suhteen, ja esitetään, kuinka tästä kovarianssista voidaan laskea heritabiliteetti. Heritabiliteetti ahtaassa mielessä h² määritellään additiivisen geneettisen varianssin Va osuudeksi koko fenotyyppisestä varianssista Vp : h² = Va /Vp Tämä on tärkeä estimaatti koska jalostugenetiikka hyötyy vain ahtaasta heritabiliteetista Heritabiliteettiestimaatteja Jalostushyödyn ja heritabiliteetin välillä on seuraava helppo yhteys: G = h²I G on jalostushyöty (Gain), h² on additiivinen heritabiliteetti ja I on valinnan intensiteetti, so. se osuus populaatiosta joka karsitaan pois. Tämä johtuu hyvin yksinkertaisesti siitä, että jos "suuruus" johtuu tietyistä alleeleista, on niitä alleeleita "suurten" jälkeläisissä sitten enemmän kuin keskinkertaisten jälkeläisissä. Aina kun ihminen tarvitsee tämän alan kertausta, sen pitää etsiä käsiinsä Falconer, vanha tai uusi Descriptives Descriptive Statistics N TYTÄR ÄITI(T) ISÄ(T) POIKA ÄITI(P) ISÄ(P) Valid N (listwise) 44 43 43 14 14 14 13 Minimum 156 150 166 174 155 168 Maximum 183 178 194 189 174 190 Mean 165.34 163.37 176.14 180.57 163.79 178.71 Std. Deviation 5.519 6.055 5.998 5.185 5.366 6.510 Correlations between parents in female (N=43) and male (N=14) populations Correlations Correlations ÄITI(T) ÄITI(T) ISÄ(T) Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N 1 . 43 .391** .009 43 **. Correlation is significant at the 0.01 level (2 il d) ISÄ(T) .391** .009 43 1 . 43 ÄITI(P) ÄITI(P) ISÄ(P) Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N 1 . 14 .579* .030 14 ISÄ(P) .579* .030 14 1 . 14 *. Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). Genetiikan peruskurssi 2003 Variables Entered/Removedb Model 1 Variables Entered ÄITI(T)a Variables Removed 190 Method Enter . 180 a. All requested variables entered. b. Dependent Variable: TYTÄR 170 Model Summary 160 R R Square .545a .297 Std. Error of the Estimate 4.703 TYTÄR Model 1 Adjusted R Square .280 150 140 a. Predictors: (Constant), ÄITI(T) 150 160 170 180 ÄITI(T) ANOVAb Model 1 Regression Residual Total Sum of Squares 383.919 906.685 1290.605 df 1 41 42 Mean Square 383.919 22.114 F 17.361 Sig. .000a a. Predictors: (Constant), ÄITI(T) b. Dependent Variable: TYTÄR Coefficientsa Model 1 (Constant) ÄITI(T) Unstandardized Coefficients B Std. Error 83.872 19.590 .499 .120 Standardi zed Coefficien ts Beta .545 t 4.281 4.167 Sig. .000 .000 95% Confidence Interval for B Lower Bound Upper Bound 44.309 123.435 .257 .741 a. Dependent Variable: TYTÄR Genetiikan peruskurssi 2003 190 Variables Model 1 Entered/Removedb Variables Entered ISÄ(P)a 188 186 Variables Removed Method Enter . 184 182 a. All requested variables entered. 180 b. Dependent Variable: POIKA 178 Model Summary R R Square .612a .374 Adjusted R Square .322 POIKA Model 1 176 Std. Error of the Estimate 4.270 174 172 160 170 180 190 200 ISÄ(P) a. Predictors: (Constant), ISÄ(P) ANOVAb Model 1 Regression Residual Total Sum of Squares 130.664 218.765 349.429 df 1 12 13 Mean Square 130.664 18.230 F 7.167 Sig. .020a a. Predictors: (Constant), ISÄ(P) b. Dependent Variable: POIKA Coefficientsa Model 1 (Constant) ISÄ(P) Unstandardized Coefficients B Std. Error 93.532 32.532 .487 .182 a. Dependent Variable: POIKA Standardi zed Coefficien ts Beta .612 t 2.875 2.677 Sig. .014 .020 95% Confidence Interval for B Lower Bound Upper Bound 22.651 164.412 .091 .883 Genetiikan peruskurssi 2003 Regression 190 Variables Entered/Removedb Model 1 Variables Entered KESKIVANa Variables Removed 180 Method Enter . a. All requested variables entered. b. Dependent Variable: LAPSI 170 160 Model 1 R R Square .580a .336 Adjusted R Square .324 LAPSI Model Summary Std. Error of the Estimate 6.99892 150 160 a. Predictors: (Constant), KESKIVAN 170 180 190 KESKIVAN ANOVAb Model 1 Regression Residual Total Sum of Squares 1363.411 2694.168 4057.579 df 1 55 56 Mean Square 1363.411 48.985 F 27.833 Sig. .000a a. Predictors: (Constant), KESKIVAN b. Dependent Variable: LAPSI Coefficientsa Model 1 (Constant) KESKIVAN Unstandardized Coefficients B Std. Error 4.058 31.308 .970 .184 a. Dependent Variable: LAPSI Standardi zed Coefficien ts Beta .580 t .130 5.276 Sig. .897 .000 95% Confidence Interval for B Lower Bound Upper Bound -58.684 66.801 .602 1.339 Genetiikan peruskurssi 2003 Tulokset vuoden 2001 syksyn peruskurssin oppilaista: pituuden heritabiliteetti Genetiikan peruskurssi 2001 syksy 180 175 idin pituus 170 165 160 155 150 145 160 165 170 175 180 185 190 195 Isän pituus Isien ja äitien pituus ei ole merkitsevästi korreloitunut (P = 0.08), korrelaatiokerroin on .273 ja sen neliö eli “selityskerroin” vain 7.4 % Genetiikan peruskurssi 2001 syksy Correlations ISÄ ISÄ ÄITI Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N Pearson Correlation Sig. (2-tailed) N ÄITI .273 .080 42 Genetiikan peruskurssi 2001 syksy 185 Tyttären pituus 180 Jälkeläisen ja samaa sukupuolta olevan vanhemman regressiot 175 170 165 160 Huomaa, että asteikot eivät ole identtiset 155 150 145 150 155 160 165 170 175 180 Äidin pituus Testitulokset seuraavassa slidessä 190 Pojan pituus 185 180 175 170 165 160 165 170 175 180 185 190 Isän pituus Genetiikan peruskurssi 2001 syksy Coefficientsa Model Summary Model 1 R .662a R Square .438 Adjusted R Square .420 Std. Error of the Estimate 4.6983 Model 1 a. Predictors: (Constant), ÄITI (Constant) ÄITI Standardi zed Coefficien ts Beta Unstandardized Coefficients B Std. Error 52.153 22.815 .691 .141 .662 t 2.286 4.915 Sig. .029 .000 a. Dependent Variable: HENKILÖ Tyttäret vs. äidit Model Summaryb Model 1 R R Square .692a .479 Adjusted R Square .404 a. Predictors: (Constant), ISÄ b. Dependent Variable: HENKILÖ Coefficientsa Std. Error of the Estimate 4.9889 Model 1 (Constant) ISÄ Unstandardized Coefficients B Std. Error 59.103 46.353 .665 .262 Standardi zed Coefficien ts Beta .692 t 1.275 2.535 Sig. .243 .039 a. Dependent Variable: HENKILÖ Pojat vs. isät Genetiikan peruskurssi 2001 syksy 185 Jälkeläisen ja vanhempien keskiarvon regressio Tyttären pituus 180 175 170 165 Vain Y-akselit ovat erilaiset 160 155 Analyysi seuraavalla sivulla 150 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 176 178 180 Vanhempien keskipituus 190 Pojan pituus 185 180 175 170 165 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Vanhempien keskipituus Genetiikan peruskurssi 2001 syksy Coefficientsa Model Summary Model 1 R .706a R Square .498 Adjusted R Square .482 Std. Error of the Estimate 4.4381 a. Predictors: (Constant), MLENGTH Model 1 (Constant) MLENGTH Unstandardized Coefficients B Std. Error 2.803 29.088 .956 .172 Standardi zed Coefficien ts Beta .706 t .096 5.551 Sig. .924 .000 a. Dependent Variable: HENKILÖ Tytöt vs. vanhempien keskiarvo Coefficientsa Model Summary Model 1 R .768a R Square .590 Adjusted R Square .532 Std. Error of the Estimate 4.4220 a. Predictors: (Constant), MLENGTH Model 1 (Constant) MLENGTH Unstandardized Coefficients B Std. Error 19.352 49.506 .930 .293 Standardi zed Coefficien ts Beta .768 t .391 3.177 Sig. .707 .016 a. Dependent Variable: HENKILÖ Pojat vs. vanhempien keskiarvo Genetiikan peruskurssi 2001 syksy 185 180 180 175 175 Tyttären pituus Tyttären pituus 185 170 165 160 155 170 165 160 155 150 150 145 150 155 160 165 170 175 180 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 176 178 180 Vanhempien keskipituus 190 190 185 185 Pojan pituus Pojan pituus Äidin pituus 180 175 180 175 170 170 165 165 160 165 170 175 Isän pituus 180 185 190 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Vanhempien keskipituus Genetiikan peruskurssi 2001 syksy Heritabiliteettiestimaatit olivat aika korkeita! Yhteisen ympäristön vaikutus on vaikea kitkeä pois Genetiikan peruskurssi 2001 syksy 190 180 170 TYTÄR 160 150 140 150 160 170 180 ÄITI(T) Genetiikan peruskurssi 2003 Graph 190 188 186 184 182 180 178 POIKA 176 174 172 160 170 180 190 200 ISÄ(P) Genetiikan peruskurssi 2003 Graph 190 180 170 LAPSI 160 150 160 170 180 190 KESKIVAN Genetiikan peruskurssi 2003