ESTUDIO COMPARADO DE LA VARIABILIDAD GENÉTICA DE LOS Y-STRS DYS434, DYS435, DYS436, DYS437, DYS438 Y DYS439 EN LA POBLACIÓN DEL PIRINEO
López-Parra, A. M.1, 2; Álvarez López de Rodas, S.3; Arribas, G.1; Albentosa, A.1; Barrio, P. A.1; Montsant, L.4; Borrull, C.5; Bordás, M. A.5; Gómez, F.6; Maroto, I.7; Mesa, M. S.1 y Arroyo-Pardo, E.2 Dpto. Zoología y Antropología Física. Fac. Ciencias Biológicas. Universidad Complutense. Madrid. 2 Biología Forense. Depto. Toxicología y Legislación Sanitaria. Fac. Medicina (U.C.M.) Madrid. 3 Centro de Secuenciación de ADN. CAI. Fac. Ciencias Biológicas. Universidad Complutense. Madrid. 4 Hospital de Puigcerda, Gerona. 5 Hospital Vall D’Aran. Vielha e Mijaran, Lérida. 6 Fundación Santo Hospital La Seu d’Urgell, Lérida. 7 Consorcio Hospitalario de Jaca, Huesca.
[email protected] 1
ABSTRACT: The aim of the present work is the genetic characterization of 4 populations from the Pyrenees through Y-STR analysis. We calculated haplotype frequencies from a sample of 137 unrelated native males from central eastern Pyrenees (Cerdanya, Jacetania, Vall D’Aran and Alt Urgell). The inter-population comparison was carried out with Iberian Peninsula and European series, which had been analyzed for the most polymorphic systems (DYS437, DYS438 and DYS439). Frequency matrix was analyzed by a principal coordinate analysis. On the basis of the overall results, there is a relative grade of genetic diversity among our Pyrenees samples, less than that of the rest of compared populations. KEYWORDS: Pyrenees; Y-STRs; population genetics.
INTRODUCCIÓN El análisis de los STRs (Short Tandem Repeats) del cromosoma Y ha supuesto un importante avance tanto para el campo de la genética de poblaciones humanas como para el de las investigaciones forenses. El interés de estos marcadores radica en su herencia patrilineal, sus bajas tasas de mutación en comparación con el ADN mitocondrial, y su localización en la región no recombinante del brazo largo del cromo-
573
Biología de Poblaciones Humanas: Diversidad, tiempo, espacio
soma Y. Aprovechando estas características, en el presente trabajo se estudiarán diversas poblaciones de los Pirineos. La formación de los Pirineos es anterior a los Alpes, y culminó en el mismo movimiento orogénico. Se extienden entre el Océano Atlántico y el Mar Mediterráneo, y separan Francia y España, formando una barrera solamente suavizada en sus extremos. Su longitud en línea recta es de alrededor de 435 Km, y su anchura, en su zona más amplia central, alcanza alrededor de 150 Km. Esta cordillera ha sido objeto de múltiples subdivisiones. La más antigua, con un enfoque geográfico, distingue tres tramos: Central, Atlántico (también denominado Occidental) y Mediterráneo (Oriental). Hoy en día la más frecuente es la denominación política, según la comunidad autónoma a la cual pertenece cada tramo: Pirineo Navarro, Pirineo Aragonés y Pirineo Catalán. Además de los valles naturales, el Pirineo Aragonés y Catalán se estructuran en comarcas, que pueden coincidir o no con el criterio geográfico de dichos valles, cuyo origen está en los antiguos condados carolingios, surgidos durante la Reconquista y consolidados en la Edad Media. Como istmo de comunicación forzosa entre el continente euroasiático y el africano, los Pirineos han visto pasar, en uno u otro sentido, toda clase de pueblos colonizadores. Algunos se asentaron en la cordillera y sus aledaños y todos dejaron en mayor o menor grado, su impronta (PERICOT, 1983; JOVER, 1997). Se han descubierto restos desde el Paleolítico Superior, posiblemente el más conocido es la mandíbula neandertalense del lago de Banyoles (Gerona). En el Neolítico, con la aparición y extensión de los pueblos difusores de la agricultura y ganadería, el poblamiento alcanzaría altas cotas. El fenómeno de la romanización no fue muy intenso en los Pirineos, ya que el principal interés de este pueblo se centró en el trazado de calzadas transpirenaicas. Con la desmembración del Imperio Romano se sucedieron continuas oleadas de invasiones bárbaras hacia la Península hasta el siglo V, cuando se establecieron los Visigodos. Hacia el siglo VIII, los musulmanes llegan en su avance hasta los Pirineos, empujando a sus habitantes hacia las montañas (JOVER, 1997). Más recientes son los datos históricos sobre el paso habitual entre ambas vertientes, en un principio a través de pasos naturales de difícil acceso en invierno, y hoy en día mediante carreteras bien estructuradas y túneles. Dadas las condiciones geográficas de los Pirineos, el estudio de la estructura genética de sus habitantes y las relaciones entre los mismos ha constituido el objeto de numerosos estudios a través de los denominados polimorfismos “clásicos”, poniendo de manifiesto peculiaridades genéticas que los caracterizan y la existencia de variaciones entre ellos (MORAL, 1988; ALUJA et al., 1989, 1993; NOGUÉS et al., 1992; CALAFELL et al., 1994; GIRALDO et al., 1998; entre otros). Con el presente trabajo se pretende ampliar el conocimiento de la variabilidad genética de las poblaciones de los Pirineos mediante la utilización de microsatélites del cromosoma Y, que no se han analizado hasta ahora en esta región. Dadas las características de estos STRs, se puede aportar nueva información sobre como se han establecido relaciones entre estas comarcas y con las poblaciones de su entorno.
574
López-Parra, A. M. et al.
MATERIAL Y MÉTODOS Muestras Se analizaron 137 muestras de sangre de varones no emparentados, recogidas en hospitales del Pirineo catalán: Puigcerda (Gerona), Vielha e Mijaran (Lérida), y La Seu D’Urgell (Lérida) y de un hospital del Pirineo Aragonés: Jaca (Huesca). Estos individuos fueron agrupados en 4 comarcas según el lugar de nacimiento del abuelo por vía paterna: Vall D’Aran (28 varones), Alt Urgell (36 varones), Cerdanya (43 varones) y Jacetania (30 varones). Análisis experimental El ADN fue extraído a partir de muestras sanguíneas mediante un protocolo estándar fenol/cloroformo. Los sistemas elegidos han sido DYS434, DYS435, DYS436, DYS437, DYS438 y DYS439, todos ellos determinados mediante PCR, siguiendo el protocolo de AYUB et al., 2000. La identificación de los alelos se realizó mediante geles de poliacrilamida al 8%, revelados con una tinción con plata, con ladders del propio laboratorio. La nomenclatura empleada para la designación de los alelos corresponde a AYUB et al., 2000. Análisis estadísticos Se calcularon las frecuencias alélicas y haplotípicas, junto con su error estándar, para las cuatro comarcas analizadas, mediante el programa ARLEQUÍN ver. 2000 (SCHNEIDER et al., 2000). Para el análisis interpoblacional se seleccionaron los sistemas DYS437, DYS438 y DYS439, ya que sólo para estos tres sistemas se dispone de suficientes series europeas en la bibliografía. Así, se comparó con las series de Norte de Portugal (GUSMAO et al., 2001), Centro y Sur de Portugal (GUSMAO et al., 2003), Dinamarca (BOSCH et al., 2003), NW de Italia (GRIGNANI et al., 2000), Vera (Cáceres) (datos del propio laboratorio sin publicar), Cantabria (ZARRABEITIA et al., 2003) y Galicia (QUINTANS et al., 2003). Mediante el programa ARLEQUIN se calcularon las diversidades haplotípicas para los tres sistemas, junto con otros parámetros caracterizadores de cada población. A partir de las frecuencias haplotípicas y mediante la aplicación del método de HARPENDING & JENKINS (1973), se realizó un análisis de coordenadas principales. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la tabla 1 aparecen las frecuencias haplotípicas calculadas. Se observa que el haplotipo más frecuente es DYS434(9)-DYS435(11)-DYS436(12)-DYS437(15)DYS438(12)-DYS439(12) en las tres comarcas del Pirineo catalán, siendo DYS434(9)-DYS435(11)-DYS436(12)-DYS437(15)-DYS438(12)-DYS439(13) el haplotipo más frecuente en Jacetania, mientras que el anterior es el segundo en frecuencia en esta última región. En cualquier caso, entre el grupo de haplotipos más frecuentes de cada comarca, las diferencias se localizan principalmente en los loci DYS437 y DYS439, y en el caso de Jacetania habría que añadir DYS438.
575
Biología de Poblaciones Humanas: Diversidad, tiempo, espacio
Análisis comparativo con otras poblaciones 1.- Haplotipos compartidos Se han observado 66 haplotipos distintos, considerando el conjunto de poblaciones, de los cuales 15 aparecen en un individuo en una única población, lo que supone un 22,73% respecto al total de haplotipos distintos. El resto corresponde a haplotipos compartidos (tabla 2). No aparecen haplotipos exclusivos de una población y presentes en más de un individuo. Entre las poblaciones pirenaicas la serie de Alt Urgell es la única que presenta un haplotipo único (sólo en un individuo en una población). Entre el resto de las series, el mayor porcentaje de haplotipos únicos se concentra en el sur de Portugal. De manera general, para el conjunto de poblaciones se observan pequeños rangos de variación en todos los parámetros, lo cual estaría en relación con una proximidad genética entre las series. No obstante, las series del Pirineo Catalán se hallan en los extremos de los rangos de variación del conjunto de series comparadas. Así, los valores de diversidad haplotípica se encuentran en el rango de 0.839 y 0.950. Respecto a la media de la diversidad alélica, de nuevo son las series del Pirineo Catalán las presentan los valores más bajos dentro del rango de variación (0.470-0.673). 2.- Análisis de Coordenadas Principales El mapa genético aparece representado en la figura 1 e indica la posición de las series comparadas en relación con el primer y segundo vector (40.82 % de la dispersión total). El primer vector, que representa 23.77% de la variación total, sitúa a la serie de Vall D’Aran en un extremo de la variación respecto al restante conjunto de las series comparadas, que se localizan próximas entre sí. El segundo vector, reúne un 17.05% de la variación total, contribuye a una mayor separación de la comarca de la Jacetania respecto al resto de series pirenaicas. Los resultados obtenidos a partir de polimorfismos genéticos “clásicos”, en loci autosómicos, han sido interpretados desde diferentes perspectivas teniendo en cuenta sobre todo aspectos tales como: localización geográfica en relación con las zonas de paso naturales entre Francia y España, existencia de aislamiento en mayor o menor grado o aspectos históricos del poblamiento. Aunque el presente estudio se basa en marcadores del cromosoma Y, con lo cual sólo se han considerado individuos varones, los resultados obtenidos podrían interpretarse en función de los mismos planteamientos. El Vall D’Aran ha sido una de las zonas más analizadas dentro del Pirineo, debido a sus peculiaridades geográficas, sociales y culturales, entre las que destacan la lengua aranesa, su localización en territorio de retroceso de la lengua vasca y sus discutidas raíces celtas y vascas (VENDRELL et al., 1989; ALUJA et al., 1993). Según los resultados obtenidos para estos sistemas, la serie de Vall D’Aran se localiza diferenciada del resto de las series del Pirineo, de las series de la Península o europeas para los sistemas analizados, posiblemente por sus características geográficas, que diseñan un valle relativamente cerrado. La comarca de Jaca aparece diferenciada del resto de series pirenaicas principalmente respecto al segundo vector en el análisis de coordenadas principales. Esto podría ser interpretado en primer lugar debido a su localización en una zona, la más occidental, alejada de las restantes comarcas; en segundo lugar, es una zona más abierta y de paso, por ejemplo, el camino de Santiago
576
López-Parra, A. M. et al.
(antes camino de las estrellas), pasa por su territorio, aunque el pasaje transpirenaico resulta más propicio a través de otros lugares de la cordillera. Además, su localización ha podido dar lugar a influencias desde otras regiones del norte de la Península Ibérica. La actuación de manera combinada de estos factores ha podido ser el origen de su diferenciación y diversidad. Por último, las comarcas de la Cerdanya y Alt Urgell aparecen en el mapa genético próximas entre sí e incluidas dentro del grupo de poblaciones peninsulares y europeas. La comarca de la Cerdanya ha sido una zona de paso habitual de los pueblos pre- e indoeuropeos a la Península Ibérica (TARRADELL, 1982; ALUJA, 1989); encontrándose, para polimorfismos clásicos, una mayor proximidad genética con otras poblaciones europeas (CALAFELL & BERTRANPETIT, 1994). La comarca del Alt Urgell, es atravesada por una vía de comunicación hacia la Cerdanya a lo largo del río Segre, y hacia Andorra, a lo largo del río Valira. Esto vendría a justificar el hecho de que ambas series compartan entre sí el mayor número de haplotipos para los tres sistemas respecto a las series pirenaicas, y su mayor proximidad en los análisis estadísticos realizados. Por tanto, en resumen, los resultados obtenidos indican, en general, relativa aproximación genética entre las series Pirenaicas analizadas, sobre todo, en relación con las restantes de la Península Ibérica y resto de Europa. No obstante, entre ellas, se observa un cierto grado de diferenciación, mayor del que cabría esperar teniendo en cuenta su proximidad geográfica. Este es el caso, sobre todo, de las comarcas de Vall D’Aran y la comarca de la Jacetania. Agradecimientos: Este trabajo ha sido financiado por la Universidad Complutense de Madrid, proyecto PR48/01-9837.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALUJA, M. P.; ERCILLA, M. G.; FONT, A. (1989): HLA gene and haplotype frequencies in a Spanish East Pyrenean population. Humanbiol. Budapest., vol. 19: 129-135. ALUJA, M. P.; NOGUES, R. M.; MALGOSA, A. et al. (1993): Positioning of the autochthonous Aran Valley population among Basque and Pyrenean people by means of ABO, Rh(D) and Duffy blood group determinations. Hum. Hered., vol. 43(5): 265-71. AYUB, Q.; MOHYUDDIN, A.; QAMAR, R.; et al. (2000): Identification and characterization of novel human y-chromosomal microsatellites from sequence database information. Nucl. Acids Res., vol. 28 No 2. e8 BOSCH, E.; ROSSER, Z. H.; NORBY, S.; et al. (2003): Y-chromosomal STR haplotypes in Inuit and Danish population samples. For. Sci. Int., vol. 132(3): 228-32 CALAFELL, F.; BERTRANPETIT, J. (1994): Mountains and Genes: Population History of the Pyrenees. Hum. Biol., vol. 66 (5): 823-842.
577
Biología de Poblaciones Humanas: Diversidad, tiempo, espacio
GRIGNANI P.; PELOSO G.; FATTORINI P, et al. (2000): Highly informative Ychromosomal haplotypes by the addition of three new –STRs DYS437, DYS438 and DYS439. Int. J. Legal Med., vol. 114 (1-2): 125-129. GIRALDO, M. P.; VALLET, M.; GUITARD, E.; et al. (1998): GM and KM immunoglobulin allotypes in a Spanish Pyrenean population: Val d’Aran. Ann. Hum. Biol., vol. 25: 453-65. GUSMAO, L.; ALUES, C.; AMORIM, A. (2001): Molecular characterisation of four human Y-specific microsatellites (DYS434, DYS437, DYS438, DYS439) for populations and forensic studies. Ann. Hum. Genet., vol. 65: 285-291. GUSMAO, L.; SÁNCHEZ-DIZ, P.; ALVES, C.; et al. (2003): Results of the GEPISFG collaborative study on the Y chromosome STRs GATA A10, GATA C4, GATA H4, DYS437, DYS438, DYS439, DYS460 and DYS461: population data. For. Sci Int., vol. 135 (2): 150-157. HARPENDING, H.; JENKINS, T. (1973): Genetic distance among southern african populations. En: Methods and theories of anthropological genetics. CRAWFORD, M.H. and WORKMAN, P.L. (Eds.) University of New Mexico Press (Alburquerque): 179-199. JOVER, J. M. (Dir.) (1997): Historia de España Menéndez Pidal. Tomo I: España Primitiva. Tomo II: España Romana.Tomo III: España Medieval. Espasa Calpe (Madrid). MORAL, P. (1988): Estudio comparativo de las frecuencias génicas correspondientes a una población pirenaica. Munibe, suppl.6: 237-242. NOGUES, R. M.; ALUJA, M. P.; MALGOSA, A. et al. (1992): Variability of the Rh system in a Central Pyrenean population (Aran Valley). Gene Geogr., vol. 6:97-108. PERICOT, L. (Dir.) (1983): Historia de España. Gran Historia general de los Pueblos Hispanos. Vol. I: Épocas Primitivas y Romana. Vol II: Edad Media (siglos V-XII). Instituto Gallach (Barcelona). QUINTANS, B.; BELEZA S.; BRION, M. et al. (2003): Population data of Galicia (NW Spain) on the new Y-STRs DYS437, DYS438, DYS439, GATA A10, GATA A7.1, GATA A7.2, GATA C4 and GATA H4. For. Sci Int., vol. 131(2-3): 220-224. SCHNEIDER, S.; ROESSLI, D; EXCOFFIER, L. (2000): ARLEQUIN, ver.2000. A software for population genetics data analysis. Genetics and Biometry Laboratory, University of Geneva (Switzerland). TARRADELL, M. (1982): Les arrels de Catalunya. Vicens Vives (Barcelona). VENDRELL, M.; ALUJA, M. P.; NOGUES, R.; COLLELL, M. (1989): Primeros datos sobre polimorfismos hemáticos en población aranesa. II. Sistemas MNSS, KELL, KIDD y P. En: Actas VI Congreso Español de Antropología Biológica. E. REBATO y R.CALDERÓN (Eds.). Universidad del País Vasco (Bilbao): 293-304. ZABARRETIA, M. T.; RIANCHO, J. A.; GUSMAO, L.; et al. (2003): Spanish population data and forensic usefulness of a novel Y-STR set (DYS437, DYS438, DYS439, DYS460, DYS461, GATA A10, GATA C4, GATA H4). Int. J. Legal Med. (En prensa).
578
López-Parra, A. M. et al.
Tabla 1. Frecuencias haplotípicas en las 4 comarcas pirenaicas (N: nº individuos; frec: frecuencia relativa; s.d.: error estándar)
Tabla 2. Características de los haplotipos en las series comparadas: N (número de individuos), Total hapl. (número de haplotipos totales), Hapl. Unic. (aparecen en un individuo en una población), Total hapl. comp. (hapl. presentes en más de una población), Diversidad haplotípica, Media Divers. alélica (media de la suma de las diversidades de los loci que intervienen en el estudio)
579
Biología de Poblaciones Humanas: Diversidad, tiempo, espacio
Figura 1. Relaciones entre las series de los Pirineos y otras muestras de la Península Ibérica y Europa. Método de Harpending y Jenkins (1973).
580
