Appunti esame Biodiversità ed evoluzione umana (BEU)

ROH e distanza genetica

In questo caso, la distanza genetica F per ogni individuo è calcolata come la divisione della somma della lunghezza di tutti gli ROH (esclusi i centromeri) diviso la lunghezza di tutto il genoma analizzato, che è di 2682.410 Mb.

Il concetto di genoma completo è da prendere con le pinze, poiché fino a poco tempo fa il genoma non era completo. Vediamo cosa accade gruppo per gruppo.

Qui abbiamo il campione di amerindiani Karitiani e Surui, i Pima, i colombiani, i Maya del Mexico. Sono popolazioni piccole. Cosa vanno a segnalare gli istogrammi arancioni in un'analisi che viene distinta per classi di lunghezza degli ROH?

Quali sono gli ROH che possono essere più indicativi di inbreeding e consanguineità recente? Quelli più lunghi o quelli più brevi?

I più lunghi, perché se si lascia andare il tempo e non ci sono più barriere, la ricombinazione fa perdere una parte del segnale.

I gruppi nativi americani stanno da una parte rispetto agli altri gruppi.

agli altri perché fatta eccezione per questi ROH molto piccoli che sono molto vicini ai gruppi dell'Oceania hanno moltissimi ROH, tantissimi e prevalgono fortemente anche per gli ROH più lunghi che sono ovviamente meno numerosi in tutte le popolazioni ma il segnale di prevalenza degli amerindiani è sempre molto forte. C'è un individuo che qua viene definito come il più estremo che è un Karitiana che è un Indios con occhio vagamente mongolico, con pelle abbastanza scura, statura non molto elevata e sono 360 individui, quindi è molto facile essere consanguinei. Quindi, questo individuo, uno dei Karitiana aveva un totale di 861 Mb nelle runs di homozygosity sopra le 500 kb ovvero 1/3 del genoma, veramente tantissimo quindi probabilmente era una consanguineità che si era mantenuta nel tempo, non un matrimonio consanguineo sporadico ma con un inbreeding elevato. Gli amerindiani, anche perché contengono gruppi piccoli,

Hanno elevatissimi livelli di ROH lunghi. Quindi, c'è un mantenimento di relazioni parentali sia antiche che recenti. Il caso dei Karitiana è un caso limite visto che sono 360. A scendere un pochettino nell'inbreed le popolazioni dell'Asia centrale, meridionale e dell'Asia occidentale. In Asia centrale e meridionale (verde scuro) troviamo Uyghur, Pasthun, Hazara, Kalash. In Asia occidentale (verde chiaro) troviamo popolazioni un po' meno mescolate beduini, palestinesi e Drusi. Su questi gruppi si può dire che hanno più di 3 volte gli ROH in tutte le categorie sopra le 4 kb rispetto agli africani subsahariani e agli altri europei (l'accoppiata africani subsahariani ed europei non è casuale, ci stupiranno i subsahariani che pur essendo composti da gruppi isolati avranno un segnale di ROH molto debole). Il 19% degli individui per queste popolazioni hanno ROH sopra alle 16 Mb che è d'accordo con un'alta

prevalenza di matrimoni consanguinei che avvengono effettivamente in queste popolazioni, in realtà un po' di più i verde scuro che sono quelli in cui c'è una maggiore quantità di matrimoni consanguinei. Questo visto nell'ottica di studi geni-controllo facendo un'analisi separata per gli individui ci dà informazioni utili per capire a livello più capillare come è composto il campione, se ci sono dei segnali che potrebbero essere spuri perché derivano da una sotto-strutturazione del campione. Per esempio, l'effetto Wahlund, la presenza di sottopopolazioni all'interno di quella che è ritenuta un'unica popolazione, può avere applicazioni interessanti sul fronte di epidemiologia genetica. Le popolazioni oceaniche sono popolazioni di pelle molto scura, vediamo i papuani che hanno la caratteristica di avere le narici larghe. Sui tagli maggiori il segnale tende a comparire mentre quello degliamerindiani regge. Non differiscono molto dagli africani ed europei per gli ROH superiori a 8 anche se avevano una buona quantità di ROH nelle classi più piccole e qui si può leggere l'effetto della ridotta dimensione di popolazione, dell'isolamento che però è confinato in piccoli ROH. Quindi, hanno un'antica ancestralità condivisa che hanno mantenuto in parte ma recentemente hanno avuto solo un inbreeding piuttosto limitato. Quindi, esce fuori un segnale che non è fortissimo e perde d'intensità nei tagli maggiori di runs. Poi arrivano gli europei. Siamo negli istogrammi blu e azzurri. Un po' in tutti i tagli hanno dei segnali molto molto deboli. Hanno mantenuto poco di ROH lunghi e significativi e in qualche modo sono simili agli africani subsahariani. Sono popolazioni piuttosto ampie in cui non c'è stato nessun collo di bottiglia recente, questo potrebbe essere il caso per cui anche.

popolazioni sottoposte ad isolamento come i baschi o gli abitanti delle isole Orcadi non danno un segnale poi così forte. Quindi, probabilmente c'è stato un collo di bottiglia antico da cui si sono ripresi e non hanno una consuetudine particolare di matrimoni consanguinei. Le potremmo chiamare popolazioni aperte, poi vedremo che a livello più fine su baschi e Orcadi qualcosa di più lo possiamo dire.

Alla fine, quelli che hanno meno ROH in definitiva ma soprattutto hanno anche pochissimi ROH lunghi sono pigmei Biaka, Mbuti, San, Yoruba, Mozabiti. Questo non ci sorprende perché l'uomo nasce e compare in Africa orientale secondo i fossili 200 mila anni fa e quando esce fuori dall'Africa porta con sé una parte della sua variabilità. Questo vuol dire che le popolazioni africane hanno una taglia effettiva maggiore, risentono ancora di una fase molto molto antica, in cui gran parte della variabilità era rappresentata nel

continente africano e quindi la loro antichità ha dato modo alla ricombinazione dirompere le runs. Se andiamo a separare Biaka e Mbuti insieme ai San con i Bantu, gli Yoruba e i Mandenka come vediamo c'è una netta differenza e una prevalenza di segnali di ROH molto chiari per quanto riguarda i cacciatori raccoglitori. Se avessimo visto il dato ripulito in cui erano state scorporate le popolazioni di cacciatorie raccoglitori più piccole e più isolate, con una taglia effettiva minore avremmo visto un dato ancora più eclatante per l'Africa in termini di mancanza di matrimoni consanguinei, di antichità e di taglia effettiva grande. Magari le cose più intriganti escono fuori quando si vedono i dati al livello individuale. Vediamo lo scatterplot fatto tenendo conto del numero di ROH nell'asse verticale e lunghezza totale in ROH nell'asse orizzontale. Questo ci dà conto anche della diversità all'interno di

Questi gruppi. Si vede che ci sono degli individui cryptically inbred. Che cosa sono? Sono individui che non hanno dichiarato, perché quando si va a fare un campionamento si cerca di non campionare individui che hanno genitori e non in comune questo per riuscire ad andare più indietro nel tempo, in pratica cercare di fotografare una situazione che poteva esserci per dire 2 generazioni fa e quindi non lasciarsi influenzare dal livello di inbreeding e consanguineità. Però poi cappa fuori un individuo con un certo livello di inbreeding in un gruppo dove non te lo aspetti come i francesi. I francesi che sono quelli arancioni hanno 2 cerchietti in cui deviano dalla correlazione che si ottiene, non è una correlazione addirittura è un'identità tra il numero di ROH e lunghezza totale ovvero una lunghezza di ROH in eccesso rispetto a quella che sarebbe stata predetta dal numero di ROH perché tra i tanti individui francesi ce ne sono 2 inbred.

ma c'è anche un individuo giapponese e ci sono anche dei Mandenka del Senegal che sono spostati rispetto agli altri. I Baluchi del Pakistan sono un gruppo che sta tra il Pakistan e Afghanistan, sono popolazioni nomadi e altamente consanguinee, sono una popolazione iranica. Come nei famosi 360 Karitiani si vede una grande eterogeneità per quanto riguarda la lunghezza totale degli ROH che sono distribuiti lungo l'asse orizzontale e questo deriva dalle differenze nei coefficienti di consanguineità tra i vari individui. Mentre nelle popolazioni cosmopolite, in gran parte, con le eccezioni che abbiamo appena visto, il tasso di consanguineità è basso qua non solo è alto ma è anche molto variabile a seconda del fatto che questi lineage si siano reincrociati lungo l'albero genealogico con nuovi matrimoni consanguinei. Questo dipende da fattori culturali e organizzazioni sociali che hanno questi gruppi, molto spesso c'è

un'endogamia che però si dovrebbe legare ad una forma di esogamia ovvero un'endogamia all'interno di un gruppo più grande con un'esogamia invece tra gruppi più piccoli come possono essere dei clan. Questa è un'altra immagine che cerca di spiegare come nel tempo si sviluppano queste strutture. Rendiamo le cose più estreme. Per i Karitiana immaginiamo una storia in cui a un certo punto avvenga un collo di bottiglia che riduce drasticamente la dimensione effettiva della popolazione che poi nel tempo si riprende però a partire da un gruppo limitato, qui è indicata una singola linea ancestrale. Come vediamo, la ricombinazione qualcosa riesce a fare ma alla fine si creano dei genotipi che comunque da una parte mantengono in comune una traccia genetica che riporta al residuo del collo di bottiglia ma c'è anche un'elevata consanguineità con un'elevata variazione del coefficiente

Diconsanguineità che si manifesta con i puntini e si manifesta sui cromosomi con iblocchetti arancioni che sono le runs numerose e larghe. I Baluchi non sono pochissimima sono altamente consanguinei, non subiscono collo di bottiglia, ma continuano con laloro storia evolutiva a intrecciare questi legami consanguinei, quindi, non riescono adavere un numero così elevato di ROH ma quelli che ce l'hanno ce l'hanno relativamentegrandi e anche molto variabili. I Papuan sono una popolazione con dimensione piccolama costante, che non subisce collo di bottiglia quindi mantiene la nuvoletta al centro.Europei e giapponesi, no collo di bottiglia, base e apice molto ampi, quando poi siincontrano popolazioni mescolate avrebbero mostrato un livello di ROH molto piccolo eanche una lunghezza di ROH piuttosto grande. Quindi, vediamo come dalla strutturagenomica in qualche modo si può risalire alla storia e alla demografia passata e presentedelle popolazioni.

sempre nell'ambito dei loci nucleari. Vediamo come incrociare diversi tipi di polimorfismi e prendiamo in considerazione anche gli Alu, quindi polimorfismi di inserzione.