Analisi di due linee evolutive del cromosoma Y in Eurasia occidentale

Abstract Dr Di Giacomo Fabio Evolutionary Biology and Ecology The extant distribution of Y chromosomal diversity is being increasingly used as a tool for reconstructing the peopling of the world by modern humans, at least from a male-only perspective. In fact the non-recombining portion of the human Y chromosome (NRY) is widely used as a marker of interpopulation divergence. Since the NRY does not undergo recombination, it formally behaves as a single locus with many alleles. These are called haplotypes or haplogroups (Hg) depending on the type of variation used to define them. In this thesis I focused the attention on two haplogroups, J and R1a; the nomenclature is given by the Y international Consortium (YCC, 2002). J haplogroup appears to be one of the most important lineages in the Mediterranean area, and it is supposed to be a signature of Neolithic demic diffusion associated with the spread of the agriculture. Analysis of molecular variance show that the area covered by haplogroup J dispersal is characterised by a significant degree of molecular radiation for UEPs within the haplogroup, with a higher incidence of the most derived sub-haplogroups on the northern Mediterranean coast, from Turkey westward. Here, J diversity is not simply a subset of that present in the area where this haplogroup first originated. Dating estimates, based on STR (Simple Tandem Repeats) diversity within each lineage confirm a major population structuring already present at the time of spread of haplogroup J in Europe and a major punctuation in the peopling of this continent in the post-Neolithic, compatible with the expansion of the Greek World. The R1a is an important lineage too. It shows important frequencies in the eastern Eurasian region. The analysis of the UEPs within this haplogroup shows a scarcity of internal diversity, this feature is confirmed by the study of internal microsatellite variation. In order to find new internal UEPs and population specific markers, I used sequencing and DHPLC on a group of R1a sample. No new mutation was found. Other than a lineage-oriented study I performed a population-oriented analysis in the Mediterranean area. Two populations appear to be very important in this context. Italy and Greece are crucial locations to test hypotheses on the peopling of the northern Mediterranean coast and southern Europe. In fact Italy and Greece lie in the central portion of the continent-wide clines across the Mediterranean basin and Europe. A significant difference in the composition of the Y chromosomal gene pools of the two countries was found. However, within each country, heterogeneity is not organized along the lines of clinal variation deduced from studies on larger spatial scales. Microsatellite data indicate that local increases of haplogroup frequencies can be often explained by a limited number of founders. It is supposed that local founder or drift effects are the main determinants in shaping the microgeographic Y chromosomal diversity. Key Words: Y Chromosome, SNP (Single Nucleotide Polymorphism), STR (Short Tandem Repeats), Haplogroups, Haplotype, Population genetics

Abstract Dr Di Giacomo Fabio Dottorato in Biologia Evoluzionistica ed Ecologia XVII ciclo La distribuzione geografica della diversità del cromosoma Y sta diventando uno strumento essenziale per la ricostruzione del popolamento dei vari continenti da parte dell’uomo anatomicamente moderno. Infatti la porzione non ricombinante del cromosoma Y (NRY) è comunemente utilizzata come marcatore della divergenza interpopolazionistica. Poiché la NRY non subisce ricombinazione, questa porzione si comporta come un singolo locus genetico con molti alleli. Questi sono chiamati aplotipi o aplogruppi (Hg) a seconda del tipo di variazione usata per definirli (microsatelliti o SNPs). In questa tesi ho focalizzato l’attenzione su due aplogruppi, J e R1a; la nomenclatura è stata definita recentemente dal Consorzio Internazionale del Cromosoma Y (YCC, 2002). L’aplogruppo J sembra essere una delle più importanti linee evolutive nell’area mediterranea, e si suppone che rappresenti una traccia della diffusione demica Neolitica associata con lo sviluppo e la distribuzione dell’agricoltura. L’analisi molecolare della varianza ha evidenziato che l’area di maggior frequenza dell’aplogruppo J è caratterizzata da un alto grado di radiazione molecolare per gli SNPs (Single Nucleotide Polimorphism, singole sostituzioni nucleotidiche) entro la linea, con una più alta incidenza delle sottolinee più derivate nell’area mediterranea, dalla Turchia verso ovest. I dati mostrati in questa tesi concordano con l’ipotesi di eventi discontinui avvenuti durante il popolamento dell’Europa meridionale. In quest’area l’aplogruppo J non costituisce solo il segnale di una singola ondata partita dal Levante nel Neolitico, ma anche, e probabilmente in misura maggiore, di un’espansione dal mondo greco, con la generazione di una nuova quota di variabilità durante la corrispondente crescita demografica. Anche la linea R1a è una linea evolutiva importante nel continente europeo. Questo aplogruppo mostra frequenze molto elevate in Europa orientale. L’analisi degli SNPs all’interno di questa linea evolutiva ha mostrato una bassa diversità interna, questa caratteristica è stata confermata dallo studio effettuato sulla variazione microsatellitare. Per trovare nuovi SNPs interni che individuassero nuove sottolinee evolutive interne all’R1a, e che fossero popolazione-specifici, ho analizzato tramite sequenziamento e DHPLC (Denaturing High Pressure Liquid Chromatography) un gruppo di campioni appartenenti all’aplogruppo R1a. Nessuna nuova mutazione è stata trovata nel campione analizzato. Oltre a uno analisi orientata allo studio di queste due linee evolutive, ho svolto una analisi orientata allo studio di due popolazioni molto importanti nell’area mediterranea, l’Italia e la Grecia. Queste due popolazioni sono infatti di estrema importanza per testare le ipotesi del popolamento dell’Europa meridionale e in particolare della costa settentrionale mediterranea. E’ stato possibile individuare una differenza significativa nei pool genici del cromosoma Y di queste due nazioni. Comunque entro ciascun campione popolazionistico l’eterogeneità non è organizzata lungo i gradienti di variazione clinale dedotti da studi effettuati su scala più ampia. La variabilità microsatellitare indica che l’aumento delle frequenze su scala locale possono essere spesso spiegate da un limitato numero di fondatori. Si suppone infatti che gli effetti del fondatore e della deriva siano fenomeni determinanti nel modellamento della diversità microgeografica del cromosoma Y. Parole chiave: Cromosoma Y, SNP (Single Nucleotide Polymorphism), STR (Short Tandem Repeats), Aplogruppo, Aplotipo, Genetica di Popolazione