DNA Mitocondrial (mtDNA) yDNA Mitocondrial (mtDNA) y Evolución HumanaEvolución Humana

Rebecca CannRebecca Cann Mark StonekingMark Stoneking Allan WilsonAllan Wilson

NatureNature - volumen 325 - 1 de enero de 1987 - volumen 325 - 1 de enero de 1987

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.

Mapas de Restricción

147 mtDNA HeLa (negro americano)

GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung)

98 de hospitales EEUU

47 de Australia – Nueva Guinea145 placentas

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

147 mtDNA HeLa (negro americano)

GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung)

98 de hospitales EEUU

47 de Australia – Nueva Guinea145 placentas

Mapas de Restricción

20 africanos

34 asiáticos

46 caucásicos

21 ab. australianos

26 ab. guineanos

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

147 mtDNA HeLa (negro americano)

GM 3093 (aborigen sudafricano, !kung)

98 de hospitales EEUU

47 de Australia – Nueva Guinea145 placentas

Mapas de Restricción

Comparación de los MapasComparación de los Mapas147 muestras 133 tipos de mtDNA

Diferencias de sitios de restricción entre pares de individuos

Comparación de los MapasComparación de los MapasDe 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.

Diferencias FuncionalesDiferencias Funcionales

Árbol FilogenéticoÁrbol Filogenético• Se construyó por el método de Parsimonia, un árbol que relaciona los 133 Se construyó por el método de Parsimonia, un árbol que relaciona los 133 tipos de mtDNA.tipos de mtDNA.

(1) Transmisión de mtDNA estrictamente maternal.(1) Transmisión de mtDNA estrictamente maternal.

(2) Cada individuo es homogéneo para sus múltiples mtDNAs.(2) Cada individuo es homogéneo para sus múltiples mtDNAs.

•Los supuestos para su interpretación son:Los supuestos para su interpretación son:

Software PAUPSoftware PAUP

Árbol FilogenéticoÁrbol Filogenético• Muchos árboles de longitud mínima pueden ser construidos con los datos; Muchos árboles de longitud mínima pueden ser construidos con los datos; todos los examinados compartían con el mostrado:todos los examinados compartían con el mostrado:

(1)(1) 2 ramas principales: una de 2 ramas principales: una de sólo africanos y la otra con las sólo africanos y la otra con las 5 regiones.5 regiones.

(2) Cada población proviene de (2) Cada población proviene de múltiples linajes, conectados al múltiples linajes, conectados al árbol en posiciones árbol en posiciones ampliamente dispersas.ampliamente dispersas.

Origen AfricanoOrigen Africano

• África: posible fuente del África: posible fuente del pool genético mitocondrial pool genético mitocondrial humano.humano.

• El ancestro común (a) de El ancestro común (a) de mtDNA fue africano, lo cual mtDNA fue africano, lo cual minimiza el minimiza el número de migraciones número de migraciones intercontinentalesintercontinentales

• b es el ancestro común de b es el ancestro común de todos los tipos no africanos y todos los tipos no africanos y de varios africanos.de varios africanos.

Múltiples linajes por razaMúltiples linajes por raza

““Cada población no africana tiene Cada población no africana tiene múltiples orígenes”múltiples orígenes”

•Tipo mtDNA Nueva GuineaTipo mtDNA Nueva Guinea

11

Escala de tiempo tentativaEscala de tiempo tentativa““La divergencia en las secuencias de mtDNA se acumula en una tasa La divergencia en las secuencias de mtDNA se acumula en una tasa

constante en humanos”constante en humanos” • Considerar la magnitud de diferenciación dentro de grupos Considerar la magnitud de diferenciación dentro de grupos específicos específicos (Stoneking, M. et al., 1986)(Stoneking, M. et al., 1986), para obtener las edades de , para obtener las edades de colonización.colonización.• Tasa de divergencia: 2-4% por millón de años.Tasa de divergencia: 2-4% por millón de años.

4% 1 millón 4% 1 millón

0.57% X0.57% XX = 285 mil añosX = 285 mil años

Otros estudios con mtDNAOtros 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.

Estudios con DNA nuclearEstudios 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.

• 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.

Relación con el registro fósil 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.

Difícil de compatibilizar con los resultados de mtDNA.

Relación con el registro fósil Relación con el registro fósil

• HomoHomo asiáticos primitivos (Java y Peking) no contribuyeron con el asiáticos primitivos (Java y Peking) no contribuyeron con el pool genético de mtDNA actual.pool genético de mtDNA actual. •Poco probable que Poco probable que erectus erectus asiáticos sea ancestro de asiáticos sea ancestro de Homo sapiens.Homo sapiens.

• Homo erectus Homo erectus en Asia fue reemplazado, sin mucha mezcla, por en Asia fue reemplazado, sin mucha mezcla, por H. H. sapiens sapiens provenientes de África.provenientes de África.

Conclusiones y perspectivasConclusiones y perspectivas• Cómo, dónde y cuándo los humanos modernos Cómo, dónde y cuándo los humanos modernos surgieron y se adaptaron, de acuerdo a las evidencias de surgieron y se adaptaron, de acuerdo a las evidencias de huesos y herramientas.huesos y herramientas.

• Para obtener una mejor escala de tiempo es necesario Para obtener una mejor escala de tiempo es necesario realizar comparaciones moleculares más extensivas.realizar comparaciones moleculares más extensivas.

• Completar la interacción entre paleoantropología, Completar la interacción entre paleoantropología, arqueología y biología molecular permitirá un análisis arqueología y biología molecular permitirá un análisis más profundo de cómo surgió nuestra especie.más profundo de cómo surgió nuestra especie.

¿Preguntas?¿Preguntas?

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