28.2: Encuesta Rápida de Variación Genética Humana

En el genoma humano, generalmente hay un polimorfismo cada 1000 bases, aunque hay regiones del genoma donde esta tasa puede cuadruplicar. Estos Polimorfismos de Nucleótidos Únicos (SNP) son una manifestación de la variación genética. Cuando ocurren los SNP, se segregan de acuerdo con las tasas de recombinación, ventajas o desventajas de la mutación, y la estructura poblacional que existe y continúa durante la vida útil del SNP. Después de un evento de mezcla genética, por ejemplo, uno ve inicialmente cromosomas enteros, o cerca de cromosomas enteros, provenientes de cada constituyente. A medida que pasan las generaciones, la recombinación divide los bloques de haplotipos SNP en pices más pequeños. La tasa de cambio de la longitud de estos bloques, entonces, depende de la velocidad de recombinación y la estabilidad del producto de recombinación. Por lo tanto, la longitud de los haplotipos conservados puede ser utilizada para inferir la edad de una mutación o su selección. Sin embargo, una consideración importante es que la tasa de recombinación no es uniforme en todo el genoma; más bien, hay puntos calientes de recombinación que pueden sesgar la medida de la edad o selectividad del haplotipo. Esto hace que los bloques de haplotipos sean más largos de lo esperado bajo un modelo uniforme.

Cada lugar del genoma se puede considerar como un árbol cuando se compara entre individuos. Dependiendo de dónde se mire dentro del genoma, un árbol será diferente a otro árbol que pueda obtener de un conjunto específico de SNP. El truco es usar los datos que tenemos disponibles sobre los SNP para inferir los árboles subyacentes, y luego las relaciones filogenéticas generales. Por ejemplo, el cromosoma Y experimenta poca o ninguna recombinación y, por lo tanto, puede producir un árbol de alta precisión a medida que pasa de padre a hijo. De igual manera, podemos observar el ADN mitocondrial transmitido de madre a hijo. Si bien estos árboles pueden tener alta precisión, otros árboles autosómicos se confunden con la recombinación y, por lo tanto, muestran una menor precisión para predecir las relaciones filogenéticas. Los árboles génicos se hacen mejor observando áreas de baja recombinación, ya que la recombinación mezcla árboles. En general, hay alrededor de 1 a 2 recombinaciones por generación.

Los humanos muestran alrededor de 10,000 pares de bases de unión, ya que retrocedemos alrededor de 10,000 generaciones. Los bloques de equilibrio de ligamiento de la mosca de la fruta, por otro lado, son solo unos pocos cientos de bases. La fijación de un alelo ocurrirá con el tiempo, proporcional al tamaño de la población. Para una población de alrededor de 10 mil, tardarán alrededor de 10 mil años en llegar a ese punto. Cuando una población crece, se reduce el efecto de la deriva génica. Curiosamente, la variación en humanos se parece a lo que se habría formado en un tamaño de población de 10,000.

Si se mapean haplotipos largos a árboles genéticos, aproximadamente la mitad de la profundidad está en la primera rama; la mayoría de los cambios de morfología son profundos en el árbol porque hubo más tiempo para mutar. Un modelo simple de mutación sin selección natural es el modelo neutro de Wright-Fisher que utiliza muestreo binomial. En este modelo, un SNP alcanzará la fijación (frecuencia 1) o morirá (frecuencia 0).

En el genoma humano, hay 10-20 millones de SNP comunes. Esto es menos diversidad que los chimpancés, lo que implica que los humanos están genéticamente más cerca unos de otros.

Con esta similitud genética en mente, la comparación de subpoblaciones humanas puede dar información sobre ancestros comunes y sugerir eventos históricos. La similitud entre dos subpoblaciones se puede medir comparando frecuencias alélicas en un diagrama de dispersión. Si trazamos las frecuencias de SNP a través de diferentes poblaciones en una parcela de dispersión, vemos más propagación entre poblaciones más distantes. La siguiente gráfica, por ejemplo, muestra la relativa disimilitud de las poblaciones de los indios europeos americanos y americanos junto con la mayor similitud de las poblaciones europeas americanas y chinas. Las parcelas indican que hubo una divergencia en el pasado entre chinos y nativos americanos, evidencia del cuello de botella de la migración norteamericana que han sido hipotetizados por los arqueólogos. La propagación entre diferentes poblaciones dentro de África es bastante grande. Podemos medir la propagación por el índice de fijación (Fst) que describe la varianza.

Figura 29.1: La similitud entre dos subpoblaciones se puede medir comparando frecuencias alélicas en una gráfica de dispersión. Las parcelas muestran la diferencia relativa de las poblaciones de los indios europeos americanos e indios americanos junto con una mayor similitud de las poblaciones europeas americanas y chinas.

Varios estudios actuales han demostrado que la agrupación no supervisada de datos genéticos puede recuperar etiquetas autoseleccionadas de identidad étnica. [3] El experimento de Rosenberg utilizó un algoritmo de agrupamiento bayesiano. Tomaron un tamaño de muestra de 1000 personas (50 poblaciones, 20 personas por población), y agruparon a esas personas por sus datos genéticos SNP, pero no etiquetaron a ninguna de las personas con su población, para que pudieran ver cómo se agruparía el algoritmo sin conocimiento de etnia. Intentaron muchos números diferentes de clusters para encontrar el número óptimo. Con 2 cúmulos, se separaron los asiáticos del Este y los no asiáticos del Este. Con 3 racimos, los africanos se separaron de todos los demás. Con 4, los Asiáticos Orientales y los Nativos Americanos fueron separados. Con 5, las subpoblaciones más pequeñas comenzaron a emerger.

Cuando oleadas de humanos abandonaron África, la diversidad genética disminuyó; el pequeño número de personas en los grupos que salieron de África permitió que ocurrieran eventos de fundadores en serie. Estos eventos seriales de fundadores conducen a la formación de subpoblaciones con menor diversidad genética. Este efecto fundador se demuestra por el hecho de que la diversidad genética disminuye al salir de África y que los africanos occidentales tienen la mayor diversidad de cualquier subpoblación humana.