RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Il popolamento del continente europeo: la prospettiva del DNA mitocondriale e del cromosoma Y

Università di riferimento

Università degli Studi di PAVIA - GENETICA E MICROBIOLOGIA 'A.BUZZATI-TRAVERSO' - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Antonio Torroni

Descrizione

Come accennato in precedenza, siamo convinti che l’assenza di “rami Neolitici” nella porzione europea dell’albero filogenetico dell’mtDNA sia semplicemente dovuta all’inadeguatezza dell’attuale filogenesi mitocondriale e che per identificare il contributo mitocondriale Neolitico in Europa (si parla di eventi avvenuti solo 8-10,000 anni fa), il livello di risoluzione di alcuni degli aplogruppi europei debba essere fortemente incrementato. Esistono infatti, dati assolutamente preliminari (non ancora pubblicati), basati su sequenze mitocondriali complete, in favore di quest’ipotesi. Ad esempio una parziale dissezione molecolare dell’aplogruppo J2 [16] ci ha permesso di identificare un nuovo clado (J2a1), decisamente non infrequente in Europa (dove raggiunge un picco di frequenza di circa 6%), la cui distribuzione geografica e la cui età (10.900 ± 2.600 anni) sono fortemente indicative di un’origine neolitica nel Medio Oriente (Fig. 4).



Tenendo conto di questi dati preliminari e del fatto che aplogruppi come H, V, U5, ecc, sono stati già ampiamente studiati da noi e da altri gruppi di ricerca [10-15], in questo progetto proponiamo di effettuare un’approfondita dissezione molecolare di quegli aplogruppi, quali J1, J2, T1, T2, U3 e U7 (Fig. 1) che, pur esendo condivisi da Europa e Medio Oriente, finora sono stati abbastanza trascurati. E’ infatti molto plausibile che alcuni (forse molti) dei loro rami interni contengano dati relativi al lascito mitocondriale della transizione neolitica in Europa.

Questo progetto, basato sulla nostra pluriennale esperienza in studi filogeografici riguardanti l’mtDNA umano, sarà portato avanti al massimo livello di risoluzione sequenziando genomi mitocondriali completi appartenenti ai sei aplogruppi J1, J2, T1, T2, U3 e U7. Questi saranno selezionati accuratamente sulla base di dati molecolari preliminari della regione di controllo e della regione codificante dell’mtDNA. Questo passaggio iniziale sarà essenziale al fine di evitare ridondanze e per permettere l’inclusione di tutti quei rari sotto-cladi che molto probabilmente sarebbero persi se fosse effettuata una selezione casuale dei campioni da sequenziare completamente. In questo modo siamo certi di poter incrementare il livello di risoluzione dei sei aplogruppi in modo mirato e quindi di poter identificare tutti i loro sotto-cladi che si sono differenziati in Eurasia occidentale prima di ~7,000 anni fa, includendo di conseguenza molte di quelle linee che si sono diffuse quando i primi agricoltori cominciavano a migrare dal Levante. Per raggiungere quest’obiettivo sarà necessario:

(a) identificare i campioni di DNA da sequenziare completamente, utilizzando dati molecolari preliminari, per la maggior parte già disponibili nel nostro laboratorio (vedi sotto);
(b) individuare tutti i sotto-aplogruppi, interni a J1, J2, T1, T2, U3 e U7, con un’età superiore a ~7,000 anni, definendone le mutazioni diagnostiche (nella regione di controllo e nella regione codificante);
(c) valutare le distribuzioni di frequenza di ciascuno di questi sotto-aplogruppi;
(d) calcolare i loro tempi di coalescenza ed elaborare tutti i dati in maniera comparativa.

In particolare, dopo la selezione dei campioni, il genoma mitocondriale sarà sequenziato completamente seguendo un protocollo standardizzato [17], le sequenze complete così ottenute verranno poi analizzate con il medesimo approccio che abbiamo utilizzato in passato per gli altri aplogruppi [4, 12, 14]. Le mutazioni distintive dei nuovi cladi identificati saranno quindi ricercate (mediante analisi RFLP e/o di sequenza) in tutti i campioni disponibili in laboratorio, rappresentativi di numerose popolazioni provenienti da diverse aree geografiche. Questi dati saranno infine utilizzati per valutare frequenza e distribuzione geografica dei “nuovi” aplogruppi nelle popolazioni europee e medio orientali (comprese quelle delle regioni limitrofe), con lo scopo di distinguere le linee che si sono differenziate ed espanse in età paleolitica da quelle prettamente neolitiche.

L’attività di laboratorio prevista per questo progetto seguirà una procedura messa a punto negli ultimi anni all’interno del laboratorio di ricerca di Pavia. Nello specifico, il nostro obiettivo sarà quello di sequenziare in totale circa 500 genomi mitocondriali completi, così ripartiti: circa 100 sequenze complete per ognuna delle linee J1, J2, T1 e T2 ed una cinquantina per gli aplogruppi U3 e U7 che risultano meno comuni. I campioni da sequenziare verranno accuratamente selezionati tra più di 35.000 soggetti rappresentativi di più di 200 diverse popolazioni dell’Europa occidentale. Più della metà di questi campioni sono disponibili nel nostro laboratorio, gli altri saranno comunque accessibili, grazie al contributo delle altre quattro Unità di Ricerca coinvolte in questo progetto e delle molte altre produttive collaborazioni internazionali che si sono consolidate nel corso degli anni. Inoltre, per tutti i campioni, sono già disponibili accurati dati molecolari preliminari. Ci prefiggiamo quindi di ottenere circa 400 delle 500 sequenze già nel corso del primo anno del progetto, mentre il secondo anno sarà principalmente dedicato all’analisi dei dati.

Per quale motivo crediamo di poter raggiungere i nostri obiettivi sequenziando 500 genomi mitocondriali? Questo numero può apparire allo stesso tempo grande e piccolo: grande perché produrre 500 sequenze complete di DNA mitocondriale (l’mtDNA umano è lungo 16569 bp) rappresenta non solo un notevole impegno in termini di ore-uomo ma richiede anche una non immediata interpretazione dei dati; piccolo perché 500 sequenze potrebbero sembrare insufficienti per definire completamente il contributo neolitico dell’mtDNA in Europa. In realtà il punto fondamentale è che gli mtDNA da sequenziare saranno scelti non solo sulla base di criteri etnico-geografici, ma soprattutto sulla base di un’attenta analisi preliminare dei dati molecolari già disponibili (SNP e regione di controllo). La nostra esperienza con altri aplogruppi (H, V, M1, U5, U6) [4, 11-12, 14] indica che 500 mtDNA dovrebbero essere sufficienti per portare gli aplogruppi J1, J2, T1, T2, U3 e U7 ad un livello di risoluzione di circa 7.000 anni. In questo modo, con “solamente” 500 nuove sequenze di mtDNA, saremo in grado di quantificare il contributo (femminile) sia neolitico che paleolitico al pool genico degli attuali Europei moderni, ad un costo ancora accettabile. I nostri risultati sul DNA mitocondriale saranno poi confrontati con quelli ottenuti dall’analisi della controparte maschile (cromosoma Y) che sarà contemporaneamente analizzata dalle altre Unità di Ricerca coinvolte in questo progetto.

Poiché ci proponiamo di rimanere in questo campo di ricerca ancora per parecchi anni a venire, il progetto è deliberatamente ampio e potrà essere ulteriormente esteso in modo da analizzare, nel corso dei due anni, ulteriori aplogruppi (ad esempio i rari HV0 e R0a: vedi Achilli et al. [18]) e popolazioni: l’esperienza insegna infatti che, lo sviluppo di questo tipo di analisi porta sempre ulteriori ed inattesi spunti di ricerca. Inoltre, un altro obiettivo di questo progetto riguarda il consolidamento della già intensa e produttiva collaborazione che intercorre ormai da lunga data tra tutte le Unità di Ricerca che sono coinvolte in questo progetto. Condividere campioni di DNA, dati, procedure tecniche e studenti rappresenta infatti un ottimo modo per raggiungere tale risultato.