Estudio diacrónico de la variabilidad del DNA mitocondrial en población catalana

Abstract

El DNA mitocondrial (mtDNA) es útil para estudios de genética de poblaciones humanas debido a que su genoma está completamente caracterizado, es de herencia materna y tiene una tasa de evolución relativamente rápida. Las técnicas de DNA antiguo, que empezaron a desarrollarse en 1984, han añadido una variable temporal a este tipo de estudios a pesar de que existe cierta desconfianza debido al riesgo de contaminación de las muestras con DNA moderno. Por otra parte, el estudio de la población Catalana resulta interesante debido a que el análisis de componentes principales de marcadores clásicos mostró su diferenciación respecto a otras poblaciones ibéricas; diferenciación que fue corroborada por estudios de comparación de secuencias de mtDNA.<br/>Bajo estas consideraciones fue planteado como objetivo principal valorar las posibilidades que tienen los estudios de DNA antiguo a nivel poblacional, en la resolución de problemas como la estimación de la tasa de evolución y el origen del acervo genético mitocondrial europeo y el desarrollo de métodos fiables para la detección de la contaminación con DNA exógeno. Con este fin se analizó la población Catalana de dos épocas diferenciadas.<br/>Para el estudio de la población antigua se analizaron 52 individuos de la necrópolis de la Plaça Vella de Terrassa, Barcelona (s. XV-XVI) y se obtuvo mtDNA de 24 de ellos. En este análisis también se incluyeron diversos individuos de distintos yacimientos a manera de control metodológico. Para el análisis de la población contemporánea se caracterizó el mtDNA de 90 individuos de población residente de las ciudades de Terrassa y Barcelona y estudiantes de la Universidad Autónoma de Barcelona.<br/>En los 24 individuos de la Plaça Vella se encontraron 12 secuencias diferentes con un índice de diversidad que cae dentro del rango obtenido para otras poblaciones europeas. En estos individuos están representados 7 de los 9 haplogrupos europeos y la distribución que presentan también es similar a la que presentan la mayoría de poblaciones europeas. Estas observaciones junto con distintos criterios discutidos en esta tesis avalan la autenticidad de los resultados obtenidos.<br/>Con estos datos se realizó un análisis filogenético incluyendo información previamente publicada de 11 series poblacionales principalmente europeas. El análisis mostró una cercana relación entre las poblaciones antigua y actual de Cataluña y evidenció también la cercanía entre estas poblaciones y otras poblaciones mediterráneas en cuanto a su mtDNA. En cambio, la relación de la población Catalana con otras poblaciones ibéricas (Galicia y País Vasco) no resultó tan estrecha.<br/>Paralelamente a los estudios de las poblaciones antigua y actual, se llevó a cabo una investigación sobre las substancias que presentan los extractos de DNA antiguo que tienen un poder inhibitorio en las reacciones enzimáticas. El análisis comparativo apoya la hipótesis de que estas substancias sean alguna fracción de los ácidos húmicos, descartando las porfirinas, el daño del DNA y los iones libres de hierro. La hipótesis de que sean productos Maillard no fue rechazada pero no se obtuvo evidencia en favor de ella. Además, se encontró un método sencillo que disminuye los efectos negativos que presentan estas substancias durante la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR).

Mitochondrial DNA (mtDNA) is useful in population genetics studies because its genome is fully characterised, it is maternally inherited and it shows a fast evolution rate. Ancient DNA techniques, beginning in1984, have added a temporal variable to this kind of studies although there is some controversy around this kind of analysis, due to contamination problems with modern DNA. The study of the Catalonian population is interesting since previous reports have shown some differentiation of this population from other Iberian populations, by means of principal components analysis for classic markers. This differentiation has been corroborated in some studies by comparing mtDNA sequences.<br/>Under these considerations, the main objective of the present work was to assess the ability of ancient DNA studies - at population level - to solve problems such as the evolution rate estimation, the origin of the mitochondrial gene pool in Europe, and the development of reliable methods to detect exogenous DNA contamination. For this purpose, Catalonian populations from two different periods were analysed.<br/>For the ancient population, 52 individuals from the necropolis of PlaçaVella, Terrassa, Barcelona (XV-XVI centuries) were analysed. Mitochondrial DNA was recovered from 24 individuals. As a methodological control, several individuals from different sites were included in this study. For the contemporary population, the mtDNA from 90 contemporary individuals inhabitants of Terrassa and Barcelona cities and students from the Universitat Autònoma de Barcelona was analysed.<br/>There were 12 different sequences in the 24 individuals from the PlaçaVella, which showed an index of diversity fitting in the range observed for other European populations. These 24 individuals presented 7 out of the 9 European haplogroups and their distribution looked like most of the European populations. These observations, along with another criteria discussed in this work, support the authenticity of the results.<br/>The data obtained from the ancient population as well as from the contemporary population, were used in a phylogenetic analysis, including previously published information from 11 population series, mainly European. This analysis showed a close relationship between the ancient and contemporary populations from Catalonia, as well as between these populations and other Mediterranean populations, regarding its mtDNA. On the other hand, the relationship between Catalonian population and other Iberian populations (Galicia and Basque Country) was not so close.<br/>Besides the studies on ancient and contemporary populations, a research on the inhibitory substances usually found in ancient DNA extracts was carried out. The comparative analysis supports the hypothesis that these substances are a humic acid fraction, discarding another substances as the putative inhibitors. The possibility that these substances are Maillard reaction products was not rejected; however, there was no evidence supporting this possibility. In this work, a novel and simple method to overcome the PCR inhibition produced by these substances was uncovered.