遗传缺失(Missing Heritability)是现代遗传学乃至行为基因学领域内备受关注却又颇具争议的一个课题。简单来说,它指的是传统双胞胎研究等家系研究方法估计的遗传贡献,与现代基因组研究(尤其是全基因组关联研究,GWAS)所得结果之间存在巨大的差距。科学家们试图从各种角度理解和解释这一现象,过程中引发了深入且复杂的讨论。本文将聚焦这一话题的精彩评论与观点,以期为读者还原遗传缺失背后的科学争论及其未来研究方向。 首先,Sasha Gusev作为双胞胎研究批评者中的领军人物,在回应遗传缺失相关讨论时提出了“基因-环境交互作用(GxE)”的重要性,并强调传统研究往往混淆了基因-基因(GxG)和基因-环境(GxE)效应。基因-环境交互影响,在于基因作用如何被所处的环境,特别是共享环境所调节,这一作用在教育成就、智商和体重指数等多重表型上都显示出显著影响。
Gusev以花生过敏为例阐释为何GWAS与双胞胎研究在遗传贡献估计上的差异:同卵双胞胎共享相同基因和环境,因此表现出高度相似性,而非亲属样本的个体则因环境差异降低相关度,从而使GWAS低估遗传效应。此观点巧妙揭示了传统遗传分析方法如何把部分环境影响计入遗传成分中,进而膨胀了遗传估计值。 针对Gusev对此理论的质疑,学界提出了一系列反驳。为何领养研究依然得出与双胞胎研究相近的高遗传率?为何多基因风险评分(Polygenic Scores)在家系内预测能力反而下降?家族内部遗传相似性的线性衰减又为何与GxE模型不符?这些疑问反映了遗传与环境交互作用的解释并非无懈可击,提示我们需要更加细致考察不同遗传测量方法的假设与局限。 此外,跨种族遗传评分应用的争论同样激烈。一些研究尝试将欧洲人口中培育的教育成就多基因评分,应用于其他族群,试图论证群体智力差异或许有遗传基础。
专家们警告,这类跨族群应用极易产生种群结构混淆(Population Stratification),导致混淆遗传信号与社会经济因素等环境影响,从而错误地支持种族智力差异的遗传假说。主要问题包括遗传分布差异、基因连锁不平衡效应不同以及社会环境对基因表达的深刻影响。学界普遍认为,未经充分校正的跨种群多基因评分分析结果需要谨慎对待,避免引发误导性结论和社会争议。 另外,遗传学解释的框架本身也受到挑战。Gusev等人呼吁避免过于二元的“遗传本质主义”或“反遗传主义”标签,强调科学研究应更多关注准确、无假设偏见的估计结果。有专家指出,双胞胎研究假设不可验真,可能高估遗传成分,然而遗传对行为以及精神疾病的影响仍然是显而易见的,并呼唤更多大规模严格分析来验证遗传率数字。
从另一方面看,一些行为遗传学家如Peter Gerdes提出,基因与表型之间的关系极为复杂,远超线性模型简单描述,可能具备高度非线性和多层次交互。这种复杂机制导致目前简单模型难以捕捉真实遗传贡献,解释了为何添加简单非线性参数无法明显提升预测效果。学者们以软件开发和进化算法为类比,唐突阐述遗传机制或许类似“图灵完备”的计算体系,单基因、基因对甚至更高阶组合的影响难以拆分与解码。 与此同时,测序技术的局限性也成为遗传缺失问题的一大盲区。大多数大规模遗传研究依赖的是主流Illumina短读长测序技术,虽然擅长识别单核苷酸多态性(SNP),但对结构变异、重复序列等复杂遗传变异则识别不足。长读长测序技术(如PacBio、Oxford Nanopore)可揭示更多基因组全貌,包括此前被忽视的大片段变异,而这部分可能蕴含丰富的遗传信息。
部分专家呼吁基因组学研究应加速向长读长测序转型,以解决遗漏重要遗传变异带来的难题,优化遗传效应估计。 此外,对于基因-环境相关和社会结构影响,学者们指出,父母与子女所处环境的相互作用、基因导致选择并塑造环境(遗传性环境相关性)等因素,对遗传率估计产生系统影响。例如,家庭教育资源分配、社会经济地位对孩子教育和心理行为的塑造作用可能被遗传分析误判为基因效应。这也解释了为何行为遗传学结果存在一定的表观遗传率过估计。 而在争议之外,对遗传缺失问题的研究继续增添新的视角和方法。从扩展家族系谱研究、基于基因相关矩阵的模型,到采用改进的遗传评分、多层次随机效应模型,科研人员努力统一不同估计方法结果,寻找统计功效更高、偏倚更少的分析框架。
遗传学、流行病学及社会科学等跨学科合作日益加强,试图拆解遗传与环境交织的复杂网络。 总的来说,遗传缺失问题不仅揭示了现代遗传学面临的测量挑战和理论缺口,也展示了科学进展过程中难以避免的观点碰撞和学术辩论。事实证明,遗传率估计受限于方法学假设和所用数据的完整性,且基因与环境间错综复杂的交互作用使得简单线性解释难以成立。未来,结合先进测序技术、大样本多族群数据及跨领域理论模型,将有望逐步填补遗传缺失的空白,更准确描绘基因对行为、疾病及复杂性状的真实贡献。 面对这些复杂讨论,我们应保持科学的开放态度,警惕过度简化与概括,坚守数据证据至上的原则。遗传缺失的探秘不仅是对人类基因组深度理解的考验,也将推动医学、心理学和社会科学领域的变革,深刻影响人类健康和社会政策的未来方向。
随着研究不断推进,更多令人期待的发现临近,我们有理由相信,未来遗传学的全景图将更加清晰和丰富。