3.10: Un breve apartado sobre la relación genotipo-fenotipo
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Cuando pensamos en polimorfismos y alelos, es tentador asumir relaciones simples. De alguna manera, esto es un residuo de la forma en que pudo haber sido introducido a la genética en el pasado. 79 Quizás ya conoces a Mendel y sus chícharos. Identificó alelos distintos de genes particulares que fueron responsables de distintos fenotipos: guisantes amarillos versus verdes, arrugados versus lisos, plantas altas versus plantas cortas, etc. Otros ejemplos comunes podrían ser los alelos asociados con la anemia falciforme (y mayor resistencia a la infección por paludismo), fibrosis quística y los principales tipos de sangre. Qué alelos del gen ABO heredaste determina si tienes el tipo de sangre O, A, B o AB. Recuerda que eres diploide, así que tienes dos copias de cada gen, incluido el gen ABO, en tu genoma, una heredada de tu mamá y otra de tu papá. Hay una serie de alelos comunes del gen ABO presentes en la población humana, los más comunes (con diferencia) son los alelos A, B y O. Los dos alelos ABO que heredaste de tus padres pueden ser iguales o diferentes. Si son A y B, tienes el tipo de sangre AB; si A y O o A y A, tienes el tipo de sangre A, si B y O o B y B, tienes el tipo de sangre B, o si tienes O y O, tienes el tipo de sangre O. Estos son ejemplos de rasgos discretos; usted es de tipo sanguíneo A, B, AB u O; no hay intermedios. No se puede ser 90% A y 10% B. 80 Como veremos, esta situación ocurre cuando un gen en particular determina el rasgo; en el caso del gen ABO, la naturaleza del producto génico determina la modificación de las proteínas superficiales en los glóbulos rojos. El alelo O no conduce a ninguna modificación, el alelo A conduce a una modificación de tipo A, mientras que el alelo B conduce a una modificación de tipo B. Cuando los alelos A y B están presentes, se producen ambos tipos de modificaciones. Sin embargo, la mayoría de los rasgos no se comportan de una manera tan sencilla.
La gran mayoría de los rasgos son continuos en lugar de discretos. Por ejemplo, las personas vienen en un rango continuo de alturas, en lugar de en tamaños discretos. Si miramos los valores del rasgo dentro de una población, es decir, si podemos asociar un número discreto al rasgo (lo cual no siempre es posible), encontramos que cada población puede caracterizarse gráficamente por una distribución. Por ejemplo, consideremos las distribuciones de pesos en un grupo de 8440 adultos en EEUU (ver →). El panel superior (A) presenta una gráfica de los pesos (a lo largo del eje horizontal o X) versus el número de personas con ese peso (a lo largo del eje vertical o Y). Podemos definir la “media” o promedio de la población (x) como la suma de los valores individuales de un rasgo (en este caso el peso de cada persona) dividido por el número de individuos medidos, tal como lo define la ecuación:
En este caso, el peso medio de la población es de 180 libras. Es común reconocer otra característica de la población, la mediana. La mediana es el punto en el que la mitad de los individuos tienen un valor menor del rasgo y la mitad tienen un valor mayor. En este caso, la mediana es de 176. Debido a que la media no es igual a la mediana, decimos que la distribución es asimétrica, es decir, hay más personas que son más pesadas que el valor medio en comparación con las que son más ligeras. Por el momento ignoraremos esta asimetría, sobre todo porque no es dramática. Otra forma de caracterizar la forma de la distribución es por lo que se conoce como su desviación estándar (σ). Existen diferentes versiones de la desviación estándar que reflejan la forma de la distribución poblacional, pero para nuestros fines tomaremos una simple, la llamada desviación estándar muestral no corregida. 81 Para calcular este valor, restas el valor medio para la población (x) del valor para cada individuo (x i); dado que x i puede ser mayor o menor que la media, esta diferencia puede ser un número positivo o negativo. Luego tomamos el cuadrado de la diferencia, lo que hace que todos los valores sean positivos (ojalá esto tenga sentido para ti). Resumimos estas diferencias cuadradas juntas, dividimos esa suma por el número de individuos en la población (N), y tomamos la raíz cuadrada (que invierte los efectos de nuestra cuadratura x i) para llegar a la desviación estándar de la población. Cuanto menor es la desviación estándar, más estrecha es la distribución, más organismos en la población tienen un valor similar a la media. Cuanto mayor es σ, mayor es la extensión de la variación en el rasgo.
Entonces, ¿cómo determinamos si un rasgo particularmente complejo como el peso (o cualquier otro rasgo no discreto y que varía continuamente) está determinado genéticamente? Podríamos imaginar, por ejemplo, que el peso de un organismo es simplemente una cuestión de lo fácil que fue para él obtener comida. El enfoque estándar es preguntar si existe una correlación entre los fenotipos de los padres y los fenotipos de la descendencia. Esta gráfica sugiere que tal correlación entre los padres y la descendencia existe para la altura. Tal correlación sirve como evidencia de que la altura (o cualquier otro rasgo cuantificable) está al menos en cierta medida determinada genéticamente. Lo que no podemos determinar a partir de tal relación, sin embargo, es cuántos genes están involucrados en la determinación genética de la altura o cómo sus efectos son influenciados por el ambiente y la historia ambiental que experimenta la descendencia. Por ejemplo, “la altura humana ha ido en aumento durante el siglo XIX cuando comenzaron a mantenerse registros integrales. La estatura media de los holandinos, por ejemplo, aumentó de 165cm en 1860 a un actual 184cm, un incremento espectacular que probablemente refleje mejoras en el cuidado de la salud y la dieta”, más que cambios en los genes. 82 Los genetistas estiman actualmente que las diferencias alélicas a más de ~50 genes hacen contribuciones significativas a la determinación de la altura, mientras que las diferencias alélicas en otros cientos de genes tienen efectos menores que contribuyen a las diferencias en la altura. 83 Al mismo tiempo, los alelos específicos de ciertos genes pueden llevar a una extrema brevedad o altura. Por ejemplo, las mutaciones que inactivan o sobreactivan genes que codifican factores requeridos para el crecimiento pueden conducir al enanismo o al gigantismo.
En una nota didaskalogénica relacionada, tal vez recuerdes haber aprendido que los alelos a menudo se describen como dominantes o recesivos. Pero el grado en que un alelo es dominante o recesivo no es necesariamente absoluto, depende de lo bien que definamos un rasgo particular y de si puede ser influenciado por otros factores y otros genes. Estos efectos se revelan a través del hecho de que las personas portadoras de los mismos alelos de un gen en particular pueden mostrar (o no mostrar) el rasgo asociado, lo que se conoce como penetrancia, y pueden variar en la fuerza del rasgo, lo que se conoce como su expresividad. Tanto la penetrancia como la expresividad de un rasgo pueden estar influenciadas por el resto del genoma (es decir, la presencia o ausencia de alelos particulares de otros genes). Los factores ambientales también pueden tener efectos significativos sobre el fenotipo asociado a un alelo o genotipo particular.