DNA Mitocondrial (mtDNA) y Evolución Humana

1. DNA Mitocondrial (mtDNA) y Evolución Humana Rebecca Cann Mark Stoneking Allan Wilson Nature - volumen 325 - 1 de enero de 1987

2. Antecedentes • La evolución genética es confusa, porque se basa generalmente en la comparación de genes nucleares. • Ventajas de mtDNA en estos estudios: • -Proporciona una amplia visión de la diversidad en el pool genético. • -Se hereda maternamente y no se recombina. • -Hay ~1016 moléculas en un humano y son idénticas entre sí. • Debido a su herencia materna y a que es haploide, es más sensible a la reducción severa de organismos en una población.

3. 98 de hospitales EEUU 47 de Australia – Nueva Guinea 145 placentas 147 mtDNA HeLa (negro americano) GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung) Mapas de Restricción 20 africanos 34 asiáticos 46 caucásicos 21 ab. australianos 26 ab. guineanos

4. 98 de hospitales EEUU 47 de Australia – Nueva Guinea 145 placentas 147 mtDNA HeLa (negro americano) GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung) Mapas de Restricción 20 africanos 34 asiáticos 46 caucásicos 21 ab. australianos 26 ab. guineanos 2 nacidos en África subSahárica 18 negros americanos 12 fuente confiable de mtDNA africano

5. 98 de hospitales EEUU 47 de Australia – Nueva Guinea 145 placentas 147 mtDNA HeLa (negro americano) GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung) Mapas de Restricción Cada uno fue sometido a 12 enzimas de restricción Para encontrar los sitios se comparó con mtDNA patrón Se obtuvieron 467 sitios independientes; 195 polimórficos Se investigaron ~370 sitios (9% del genoma mtDNA) en cada muestra

6. Comparación de los Mapas 147 muestras 133 tipos de mtDNA Diferencias de sitios de restricción entre pares de individuos

7. Comparación de los Mapas De las diferencias de los sitios de restricción, se estimaron las divergencias de las secuencias nucleotídicas. x = divergencia dentro de X y = divergencia dentro de Y xy = divergencia entre X e Y  = divergencia CORREGIDA entre X e Y • Rango: 0 – 1.3 sustituciones por cada 100 bp (0.32 % promedio). • Los africanos divergen entre sí más que cualquier grupo. • Las divergencias mayores son entre africanos y los otros grupos.

8. Diferencias Funcionales

9. Árbol Filogenético • Se construyó por el método de Parsimonia, un árbol que relaciona los 133 tipos de mtDNA. Software PAUP • Los supuestos para su interpretación son: (1) Transmisión de mtDNA estrictamente maternal. (2) Cada individuo es homogéneo para sus múltiples mtDNAs.

10. Árbol Filogenético • Muchos árboles de longitud mínima pueden ser construidos con los datos; todos los examinados compartían con el mostrado: • 2 ramas principales: una de sólo africanos y la otra con las 5 regiones. • (2) Cada población proviene de múltiples linajes, conectados al árbol en posiciones ampliamente dispersas.

11. Origen Africano África: posible fuente del pool genético mitocondrial humano. El ancestro común (a) de mtDNA fue africano, lo cual minimiza el número de migraciones intercontinentales b es el ancestro común de todos los tipos no africanos y de varios africanos.

12. Múltiples linajes por raza “Cada población no africana tiene múltiples orígenes” Tipo mtDNA Nueva Guinea 1

13. 4% 1 millón 0.57% X Escala de tiempo tentativa X = 285 mil años “La divergencia en las secuencias de mtDNA se acumula en una tasa constante en humanos” Considerar la magnitud de diferenciación dentro de grupos específicos (Stoneking, M. et al., 1986), para obtener las edades de colonización. Tasa de divergencia: 2-4% por millón de años.

14. Otros estudios con mtDNA Johnson et al. 40 sitios de restricción en mtDNAs de África, Asia, Europa y América (35 tipos). Origen asiático, sin embargo reconocen alta variabilidad mtDNA africano. Greenberg et al. Secuenciación de región no codificante del mtDNA (4caucásicos y 3 negros americanos). Alta tasa evolutiva de loop D. Alta diversidad en loop D de negros americanos. Ancestro común africano.

15. Recombinación, deriva genética, selección y migración • Estudios en grupos sanguíneos, enzimas de glóbulos rojos, proteínas séricas, sugieren un origen africano para el pool genético nuclear. Estudios con DNA nuclear • DNA nuclear: confían en diferencias en las frecuencias de variantes moleculares medidas entre y dentro de las poblaciones. mtDNA: basados en el actual número de diferencias mutacionales entre genomas de mtDNA.

16. Difícil de compatibilizar con los resultados de mtDNA. Relación con el registro fósil La transformación de las formas arcaicas a las modernas de Homo sapiens ocurrió primero en África (100-140 miles de años atrás) Las herramientas más sofisticadas fueron usadas primero en África (80-90 mil años atrás) que en Asia y Europa. Una visión alternativa: Homo ha estado presente en Asia y África por un millón de años. Transformación morfológica ocurrió en paralelo es distintas partes de Europa.

17. Relación con el registro fósil Homo asiáticos primitivos (Java y Peking) no contribuyeron con el pool genético de mtDNA actual. Poco probable que erectus asiáticos sea ancestro de Homo sapiens. Homo erectus en Asia fue reemplazado, sin mucha mezcla, por H. sapiens provenientes de África.

18. Conclusiones y perspectivas Cómo, dónde y cuándo los humanos modernos surgieron y se adaptaron, de acuerdo a las evidencias de huesos y herramientas. Para obtener una mejor escala de tiempo es necesario realizar comparaciones moleculares más extensivas. Completar la interacción entre paleoantropología, arqueología y biología molecular permitirá un análisis más profundo de cómo surgió nuestra especie.

19. ¿Preguntas? ¿Comentarios? ¿Reflexiones? ¿Debate?...