Cromossomos Y e DNA mitocondrial – uma nova fronteira de ancestralidade genética

Em seu famoso livro de 1859 Na origem das espécies , Charles Darwin descreveu o Árvore da Vida , observando que a descendência evolutiva “às vezes foi representada por uma grande árvore”. Gerações de cientistas têm conectado ramos entre espécies com uma combinação de dados morfológicos e genéticos. O foco se estreitou ao longo do tempo para o estudo das conexões dentro das espécies, como os humanos modernos, ao invés de entre as espécies. Para tanto, os pesquisadores estudam diferentes tipos de material genético, como DNA autossômico (22 pares de cromossomos não sexuais), cromossomos sexuais (cromossomo Y e cromossomo X) e DNA mitocondrial.

O que nosso código genético pode nos dizer sobre de onde viemos? Como estamos conectados uns aos outros?

A Origem dos Humanos Modernos

A origem de Homo sapiens, também conhecido como humanos modernos , tem sido um tópico contínuo de debate no campo da biologia evolutiva desde os anos 19 º século. Em geral, duas hipóteses concorrentes foram propostas.

o Hipótese “fora da África” sugere que os humanos modernos evoluíram de seu ancestral comum recente mais provável, Homo erectus , na África há aproximadamente 200.000 anos. Posteriormente, os humanos modernos migraram para fora da África para povoar o resto do mundo e substituíram todas as outras espécies humanas, como Neandertais e Homo erectus .

Em contraste, o Hipótese “multirregional” sugere que as populações humanas migraram da África para outras regiões do mundo e, com o tempo, cada população evoluiu para humanos modernos em paralelo, com alguma mistura ou cruzamento ocorrendo entre as populações locais.

Atualmente, há mais evidências genéticas que apóiam a hipótese “fora da África”. Especificamente, o sequenciamento de mulheres DNA mitocondrial (mtDNA) e o homem Cromossomos Y (Y-DNA) destacou que os maiores padrões de diversidade genética estão na África. Como o vencedor do Prêmio Pulitzer Siddhartha Mukherjee escreveu em seu livro O gene: uma história íntima , “Dado nosso breve mandato na Terra como espécie, somos muito mais parecidos do que diferentes uns dos outros.” Todos nós compartilhamos uma raiz africana comum.

Assim como altura, características faciais e maneirismos são freqüentemente compartilhados por indivíduos aparentados, a variação genética também o é. Você pode pensar na evolução como um cronômetro, passando por variantes genéticas. Essas variantes genéticas podem ser identificadas por sequenciamento. Essas variantes genéticas podem ajudar os indivíduos a reconstruir conexões entre espécies ou linhagens familiares humanas. Além disso, quanto mais variação genética é introduzida na população, maior será a diversidade genética dentro de uma população. MacArthur Fellow Allan Wilson demonstrou evidências experimentais para este conceito, conhecido como o “ relógio molecular , ”Que permite aos cientistas estimar a idade das espécies usando o número de variantes genéticas como proxy.

DNA mitocondrial (mtDNA)

Na década de 1980, Wilson e outros mostraram que os humanos modernos podem traçar suas linhagens até uma única fêmea humana que existiu na África há cerca de 200.000 anos. Ela recebeu o título de “ Eva Mitocondrial . ” A função mitocondrial é produzir energia em um processo denominado fosforilação oxidativa. As mitocôndrias são, portanto, chamadas de usinas de força de nossas células. As mitocôndrias também têm seus próprios pequenos genomas, que são distintos do material genético dos 46 cromossomos humanos encontrados no núcleo de uma célula (DNA nuclear). O DNA mitocondrial (mtDNA) é transmitido exclusivamente da mãe para o filho porque o mtDNA nas células espermáticas é perdido durante a fertilização. Isso significa que todos herdam o mtDNA de suas mães. Isso também inclui doenças mitocondriais que são sempre herdadas pela mãe. O grupo de mutações do mtDNA ou variantes genéticas, conhecido como haplótipo, tende a ser herdado em conjunto. Portanto, pode-se usar o mtDNA para rastrear profundamente sua linha materna. Além disso, o sequenciamento completo do mtDNA também pode ajudar a encontrar parentes e construir uma árvore genealógica.

O DNA mitocondrial (mtDNA) é separado de 23 pares de cromossomos.
Figura 1. As mitocôndrias têm seu próprio material genético.

Cromossomos Y (Y-DNA)

Estudos posteriores que genotiparam cromossomos Y (às vezes abreviados como yDNA, Y-CHR ou Y-DNA) levaram à identificação da contraparte da Eva Mitocondrial, Adam cromossômico Y , também da África. Apenas os homens carregam cromossomos Y – as mulheres têm dois cromossomos X e os homens têm um X e um Y. E, ao contrário dos 22 pares de autossomos, ou cromossomos não sexuais, os cromossomos Y não se recombinam, ou trocam DNA, com outro cromossomo. Portanto, todas as informações genéticas contidas no cromossomo Y são passadas de pai para filho. Isso levou a uma evolução única do cromossomo Y que o diferencia do cromossomo X e dos autossomos. O cromossomo Y é o menor cromossomo contendo um pouco mais de 57 milhões de pares de bases. No entanto, existem genes importantes no cromossomo Y, incluindo o gene SRY, que é responsável pela determinação do sexo entre homens e mulheres.

A diferença entre ancestralidade e raça

No livro dela A Vida Social do DNA , a socióloga Alondra Nelson lembra de ter visto o Roots minissérie quando criança na década de 1970. Por volta dessa época, muitos afro-americanos estavam interessados em aprender sobre suas origens africanas. Esta série contou a história do escritor e jornalista Alex Haley, que reconstruiu a genealogia de sua família, que remontava à Gâmbia. No passado, os genealogistas usavam arquivos de história oral para reconstruir histórias familiares. No entanto, foi somente após o sequenciamento do genoma humano em 2003 que ainda mais pessoas ficaram cativadas por kits de testes genéticos baseados em DNA, uma nova maneira de encontrar as próprias raízes. Os primeiros testes de ancestralidade genética direto ao consumidor foram criados por FamilyTreeDNA em 2000 e Ancestralidade africana em 2004.

Teste de ancestralidade genética é uma maneira de os indivíduos aprenderem sua genealogia, ou história familiar, usando informações genéticas. Isso é possível porque seu genoma carrega uma “assinatura” de sua ancestralidade. Conforme descrito acima, o exame de variantes genéticas que são passadas de geração em geração fornece pistas científicas sobre quem você é parente e de onde seus ancestrais podem ter vindo.

A ancestralidade genética é diferente do que chamamos raça . Raça é uma construção cultural e social, e não algo biologicamente determinado. É importante lembrar que os seres humanos são 99,9% geneticamente idênticos e todos somos descendentes dos primeiros humanos que viveram na África. É também aí que convergem as raízes de nossos cromossomos Y e do DNA mitocondrial. Infelizmente, as deturpações de muitas descobertas científicas em torno da ancestralidade costumam reforçar o racismo. Embora acreditemos que aprender sobre como seu genoma codifica as informações de sua ancestralidade seja extremamente importante, entendemos que muitos indivíduos estão preocupados com a discriminação genética, por exemplo, com base na raça. É por isso que na Nebula Genomics, estamos construindo o primeiro focado na privacidade serviço de genômica pessoal, permitindo que você tenha controle total sobre seus dados.

Análise de ancestralidade profunda com genômica de nebulosa

Herança de DNA autossômico, mtDNA e Y-DNA.
Figura 2. O DNA autossômico, os cromossomos Y e o DNA mitocondrial são herdados de maneiras diferentes.

Na Nebula Genomics, nosso objetivo é capacitar nossos clientes a ter a opção de ir além dos testes genéticos que são oferecidos por empresas como 23andMe e AncestryDNA e desbloquear mais informações sobre eles.

A maioria dos testes de ancestralidade genética examina os 22 pares de cromossomos não sexuais, também conhecidos como autossomos ou DNA autossômico . Os indivíduos herdam 50% de seu DNA autossômico de cada um de seus pais. Embora o DNA autossômico forneça informações sobre parentes próximos e estimativas de porcentagem de ancestralidade, muitas vezes é difícil rastrear a linhagem ancestral de alguém muito mais atrás no tempo. Isso ocorre porque antes de um pai transmitir o DNA aos filhos, os pares de cromossomos homólogos passam por uma série de trocas aleatórias de fragmentos de DNA. Este processo é conhecido como recombinação . Isso significa que quanto mais você volta no tempo, menos DNA você compartilha com seus ancestrais. Em contraste, o sequenciamento do mtDNA e do Y-DNA pode permitir que se aprenda sobre as linhagens ancestrais profundas porque o mtDNA e o Y-DNA não sofrem recombinação antes de serem passados de pai para filho.

Hoje, o sequenciamento de DNA de última geração pode ser usado para determinar todas as bases do mtDNA e do Y-DNA. Isso gera um quadro muito mais completo de sua história evolutiva. Além disso, como o mtDNA tende a sofrer mutações rapidamente, os testes de DNA baseados em genotipagem que funcionam bem para o DNA autossômico não conseguem capturar a variação genética dos genomas mitocondriais. O sequenciamento completo de Y-DNA e mtDNA tornou-se a nova fronteira da ancestralidade genética.

Na Nebula Genomics, oferecemos um 30x Sequenciamento do Genoma Completo serviço que combina tudo – sequenciamento de DNA autossômico, mtDNA e Y-DNA. Também estamos fazendo parceria com FamilyTreeDNA para dar a você acesso aos maiores bancos de dados de mtDNA e Y-DNA do mundo, permitindo que você aprenda toda a história de sua família.