estudios de mtDNA demuestran la unidad genética de los europeos

[Felix (POL)]

Articulo proveniente del libro

"Tendencias actuales de Investigación en la Antropología Física Española." (2000) pags 391-396. Editores: L. Caro Dobón, H. Rodríguez Otero, E. Sánchez Compadre, B. López Martínez, M. J. Blanco.

Aproximación a la génesis de las poblaciones europeas a través del estudio del DNA mitocondrial

R. Martínez-Arias, D. Comas, F. Calafell, A. Perez-Lezaun, E. Maten, E. Bosch, y J. Bertranpetit

Universidad de Barcelona

Correspondencia a: Unitat d'Antropologia, Departament de Biologia Animal, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Diagona 1645, 08028 Barcelona. Tlfno: 93-4021461. Fax: 93-4035740.E-mail: arias@porthos.bio.ub.es

Palabras clave: mtDNA, región de control, pairwise differences, distancias genéticas.

Resumen

En el presente estudio se han analizado 360 pb del segmento I de la región control del mtDNA, en poblaciones de Europa y Oriente Medio. Dichas secuencias indican la gran homogeneidad entre estas poblaciones. Es posible, no obstante, detectar un gradiente en diversos parámetros que miden la variabilidad genética intrapoblacional, que disminuye de Este a Oeste según un patrón compatible con una antigua migración y expansión de población desde Oriente Medio. Las estimas del tiempo de esta expansión indican que procesos demográficos en el Paleolítico Superior serían los responsables de este gradiente. La sustitución de los neandertales por los humanos anatómicamente modernos es compatible con estos resultados, aunque este proceso debió ser más lento y complejo de la que indican los cambios culturales.

INTRODUCCIÓN

El mtDNA es una molécula circular de doble cadena, de 16.569 pares de bases (Pb). El análisis de secuencias de la región control, no codificante, es muy adecuado para discernir el pasado de las poblaciones humanas (VIGILANT el al., 1991; WARO el al. 1991), dadas sUs características: I) El mtDNA se halla en un elevado número de copias en las células, cosa que facilita su amplificación. II) Es de herencia materna, y no se produce recombinación, permitiendo reconstruir genealogías. m) Presenta una alta tasa de mutalción, mucho mayor a la del DNA nuclear, especialmente en las regiones no codificantes, por lo que es extremadamente polimórfico.

En el presente trabajo se analizan secuencias de 360 pb del segmento I hipervariable de la región control en nueve poblaciones de Europa y Oriente Medio, a fin de reconstruir su origen y contrastar estas evidencias genéticas con las de otras disciplinas.



MATERIAL y MÉTODOS

Poblaciones: 45 vascos, 100 británicos, 69 sardt?S, 74 suizos, 49 toscanos, 30 búlgaros, dos muestras de turcos de 29 y 45 individuos, y 42 individuos de Oriente Medio (poblaciones ya publicadas). Todos los individuos poseían ancestros autóctonos. Poblaciones externas: Havik y Mukri de la India, Asiáticos, poblaciones de Papúa y Polinesia, Bantú, Hazda, Pigmeos y !Kung de África, y Nuu-Chah-Nulth y Huétar de América. En los 483 individuos analizados se encontraron 279 secuencias diferentes y 139 posiciones nucleotídicas variables.

Distancias y árboles genéticos: Distancias intermatch-mismatchd=dij-(di+dj)/2), donde dij es el número medio de diferencias nucleotídicas entre las poblaciones i y j, y di y dj son respectivamente el número medio de diferencias nucleotídicas en las poblaciones i y j (average pairwise differences). Los árboles de neighbor-joining fueron construidos con el programa PHYLIP 3.5c (FELSENSTEIN 1989). Su robustez fue probada mediante 1000 iteraciones bootstrap (EFRON 1982).

Diversidad genética interna: Diferentes parárnetros fueron utilizados: a) índice de Shannon: H=-S Pi log2 Pi , donde Pi es la frecuencia en la muestra de la secuencia iésima. Su dependencia del tamaño muestral recomienda el uso de la versión estandarizada H', que es el cociente entre H y su valor máximo, -log2( l/n), siendo n el tamaño muestral. H'= 1 implicaría que todos los individuos de la muestra presentan secuencias distintas. b) número medio de diferencias nucleotídicas entre pares de secuencias. c) cociente entre el número medio de pasos en un árbol de máxima parsimonia y el número de secuencias incluidas en él.

Datación de la expansión: Se utilizaron las distribuciones de Pairwise según el modelo de ROGERS y HARPENDING (1992). El parámetro t fue utilizado para estimar el tiempo de expansión de acuerdo a la ecuación: t=2¡.11t, donde ¡.1 es la tasa de mutación por nucleótido y generación, 1 es la longitud de secuencia (360 pb en nuestro caso), y t el tiempo en generaciones (se consideraron 20 años).



RESULTADOS y DISCUSIÓN

Los marcadores genéticos clásicos muestran que Europa es un continente homogéneo genéticamente, con pocos grupos destacados (vascos, sardos, saami...). El presente análisis muestra que para el mtDNA tarnbién existe una alta homogeneidad (pero sin outliers): (I) se comparten secuencias entre individuos de la misma población, e incluso de poblaciones diferentes. Esto no se da en otros continentes. (2) las distancias genéticas entre poblaciones son pequeñas. Si representarnos a las poblaciones europeas con otras del resto del mundo en un árbol de neighbor-joining, aparecen reunidas en un compacto grupo (-1- en la Fig.l), cercanas a las poblaciones de Turquía y Oriente Medio, mientras que entre el resto de poblaciones se observan largas ramas, signo de su mayor heterogeneidad. A pesar de esta homogeneidad, un árbol genético construido para las poblaciones en estudio muestra un acusado gradiente este-oeste, con la población de Oriente Medio en un extremo, seguida por las de Turquía, y el grueso de las poblaciones europeas, quedando en el extremo opuesto la población vasca, la más occidental de la muestra (Fig. 2). La robustez de las ramas fue validada por bootstrap (indicados con los porcentajes sobre el árbol), que dan fiabilidad a la topología presentada. Se ha hallado por tanto una dirección en el patrón espacial del gradiente genético. No obstante, sólo con las distancias gen éticas no es posible conocer el sentido geométrico de este gradiente (Este a Oeste, o viceversa), por lo que recurrimos a distintos parámetros que muestran la variación gen ética y complejidad dentro de las poblaciones (Tabla 1). En conjunto, se observa que la complejidad y la diversidad genética decrecen de Este a Oeste. La explicación más plausible es una ola de migraciones secuenciales hacia occidente, con reducción del tamaño poblacional en cada país.



Tabla 1. Muestras utilizadas en el estudio
N k a b d H'
Vascos 45 27 32 3,15 1,481 0,912
Británicos 100 72 68 4,35 1,528 0,930
Sardos 69 46 52 4,22 1,826 0,899
Toscanos 49 40 55 5,03 2,025 0,938
Suizos 74 43 42 3,63 1,465 0,908
Búlgaros 30 24 38 4,55 1,875 0,978
Turcos-1 45 40 56 5,38 1,900 0,987
Turcos-2 29 27 55 6,59 2,704 0,993
Oriente Medio 42 38 59 7,08 2,211 0,991

N: número de individuos en la muestra, k: número de secuencias distintas encontradas, a: número de nucleótidos variables, b: media de pairwise, d: número medio de pasos por secuencia en un árbol de máxima parsimonia, H': cociente entre H (índice de Shannon), y Hmax (máximo H para un tamaño muestral dado).



Las distribuciones de pairwise reflejan la existencia o ausencia de expansiones y el momento en que se produjeron. Una distribución acampanada es señal de una expansión de la población; el valor máximo de esta distribución se desplaza hacia la derecha (mayores diferencias nucleotídicas) con el paso del tiempo. Una distribución irregular indica una población que ha mantenido su tamaño constante a lo largo del tiempo. Todas las poblaciones de este estudio presentan una distribución en forma de campana, y su posición relativa en la gráfica apunta al mismo patrón de expansiones secuenciales de Este a Oeste (Fig.3).



Figura 1. Árbol de neighbor-joining para 20 poblaciones mundiales. Las distancias genéticas son distancias intermatch-mismatch

Figura 2. Árbol de Neighbor-joining para las poblaciones europeas y de Oriente Medio del estudio. Los números en los nodos son los porcentajes de boopstrap de.5pués de 1000 remuestreos de Frecuencia.



Figura 3. Distribuciones de Pairwise en poblaciones de Europa y Oriente Medio (para mayor claridad sólo se han representado cinco poblaciones. el resto puede verse en *)

La datación de estas expansiones depende del conocimiento preciso de la tasa de mutación, para la que se han propuesto varias estimas que han sido tenidas en cuenta, a pesar de que los valores más consistentes parecen ser los medios (Tabla 2). La población con una expansión más antigua es Oriente Medio, entre 50.000 y 135.000 años atrás. La población cuyos ancestros se habrían expandido más recientemente sería la vasca, entre 15.000 y 42.000 años atrás (BERTRANPETIT el al.,1995). Los tiempos de expansión muestran también un gradiente significativo hacia occidente, mucho más gradual de la que sería de esperar si estuviera ligado a los cambios culturales.



Tabla 2. parámetro t del modelo de ROGERS y HARPENDING (1992), y tiempo de expansión de las poblaciones según tres estimaciones diferentes de la tasa de mutación nucleotídica para la región de control del mtDNA

Se valoró mediante un test de Kolmogorov-Smirnov que no existía ninguna secuencia de antigüedad superior al resto dentro de nuestra muestra, ya que ninguna diferencia de nucleótidos era significativamente diferente del resto. Además, recientemente se ha publicado por primera vez una secuencia de DNA neandertal que apoya estos resultados, ya que presenta un número de diferencias significativo respecto a las secuencias de mtDNA en poblaciones europeas actuales.

Los presentes resultados apoyarían la hipótesis de la sustitución demográfica para el origen de los humanos anatómicamente modernos ,en Europa, ya que ponen un límite superior para el tiempo del ancestro común más reciente, mucho menor al tiempo de la migración de Homo erectus fuera de África. Nuestros análisis indican que la dinámica de la sustitución debió ser lenta, y por tanto no ligada estrictamente a los cambios culturales del Paleolítico Superior. La composición de los rasgos genéticos básicos de las poblaciones europeas actuales sería el resultado de un proceso de sustitución relativamente reciente, lento, y total.

*(Una versión completa de este trabajo se encuentra publicada en: COMAS et al., Human Genelics (1997) 99:443-449)



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERTRANPETIT, J., SALA, J., CALAFELL, F., UNDERHILL, P., MORAL, P., COMAS, D. (1995): Human mitochondrial DNA variation and the origin of the Basques. Ann. Hum Genet, 59: 63-81.

EFRON, B. (1982): The jack knife, the bootstrap and other resampling plans, Society for Industrijal and Appied Mathematjcs .

FELSENSTEIN, J., (1989): PHYLIP-phylogeny inference package (version 3.2). Cladistics 5: 164-166.

ROGERS, AR., HARPENDING, H., (1992): Population growth makes waves in the distribution of pairwise genetic differences, Mol Bjol Evo19: 552-569.

VIGlLANT, L., STONEKING, M., HARPENDING, H., HAWKES, K., WILSON AC., (1991): African populations and the evolution of mitochondrial DNA. Scjence, 253: 1503-1507.

WARD, RH., FRAZIER, BL., DEW-JAGER, K., PAABo, S., (1991): Extensive mitochondrial diversitywithin a single Amerindian tribe. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8720-8724.

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[annascan]

poerqué tu escribes esto articulo?

[Felix (POL)]

los autores son: R. Martínez-Arias, D. Comas, F. Calafell, A. Perez-Lezaun, E. Maten, E. Bosch, y J. Bertranpetit

el artículo es interesante porque nos dice que todos los europeos compartimos un mismo patrimonio genético. Debería de gustar a los europeistas fanáticos...