1. PADRÕES DE DIVERSIDADE GENÉTICA EM POPULAÇÕES HUMANAS CONTEMPORÂNEAS 1 Biologia Humana  2009/10 Maria João Prata

2. Sumário Concepção clássica de raça Noção de “indivíduo-tipo” Pressupostos relativos à repartição da diversidade genética humana O primeiro corpo de resultados sobre a variabilidade genética de populações humanas contemporâneas Ausência de genes privativos Níveis de diversidade genética intra e inter populacionais Padrões de diversidade genética humana inferidos pela análise de DNA Bibliografia recomendada Jones S, Martin R, Pilbeam D. The Cambridge Encyclopedia of Human Evolution. págs: 389-401 Lewontin RC (1982) Human diversity. Págs:1-9; 111-123 Marks J (1995) Human biodiversity. Págs: 265-278 Relethford JH (2003) The Human Species. An introduction to biological Anthropology. Págs: 119-172 Jobling MA, Hurles ME, Tyler-Smith C (2004) Human Evolutionary Genetics. Págs 272-295. http://anthro.palomar.edu/ethnicity/default.htm

4. Classificações raciais comuns até meados do século XX Características como  Cor da pele  Tipo de cabelo  Estatura  Formas corporais Utilizadas para definir categorias raciais Frequentemente, aspectos culturais como  Preferências alimentares  Interesses e aptidões  Religião  ... incorporados nos critérios de classificação

5. Classificações raciais comuns até meados do século XX Reflectem  assimilação de estereótipos  etnocentrismo Duas italianas parecem-nos muito mais diferentes entre si do que um chinês de Xinjiang e outro de Hunan Hunan Xinjiang

6. Classificações raciais comuns até meados do século XX Modelo subjacente conceito TIPOLÓGICO DE RAÇA Raça – grupo humano caracterizado pela presença/ausência de determinados traços (características) Encontrados os parâmetros certos de aferição, seria possível definir, conceptual e fisicamente INDIVÍDUOS-TIPO aqueles que congregavam em si as CARACTERÍSTICAS PADRÃO PUPULARAM AS TENTATIVAS DE CLASSIFICAÇÃO (SUPOSTAMENTE BIOLÓGICA) DA HUMANIDADE Pablo Picasso, "Les Demoiselles d'Avignon"

7. Homo europeus (branco) –“vivo, inventivo, e governado por leis” Homo americanus (vermelho) –“tenaz, alegre, colérico e governado pelo hábito” Homo asiaticus (amarelo) – “austero, avaro, altivo e governado por opiniões” Homo afer (negro) – “indolente, lento, fleumático e governado pelo capricho” MONSTROS E TROGLODITAS A CLASSIFICAÇÃO DE LINEU Blumenbach (1806) e Carleton S. Conn (1962) - 5 raças Vallois (1944)- 27 Deniker (1900) – 29 Von Eickstedt (1934) – 3 raças e 29 sub-raças Garn e Birdsell (1950) –30 Biasutti (1941) – 53 Dobzansky (1962) –34 CLASSIFICAÇÕES RACIAIS DIVERSAS C. Lineu 1707- 1778

8. POUCAS DAS TENTATIVAS DE CATEGORIZAÇÃO DA DIVERSIDADE BIOLÓGICA HUMANA DISSOCIADAS DO CONTEXTO SOCIAL E POLÍTICO RAÇA E RACISMO PERNICIOSAS IMPLICAÇÕES E APLICAÇÕES CIENTÍFICAS E SOCIAIS DO CONCEITO DE RAÇA RANKING DAS CATEGORIAS Truganini ca. 1812-1876 Antes da ocupação europeia, a Tasmânia era habitada por cerca de 8000 aborígenes. Entre 1802 e 1833, a população diminui para 300 em consequência das actividades dos europeus. Em 1876 morre Truganini, a única sobrevivente da população original. Cerca de 6 milhões de judeus morreram durante o holocausto Austrália Tasmânia

9. PORQUE FALHARAM AS TENTATIVAS DE ARRUMAR A DIVERSIDADE HUMANA EM COMPARTIMENTOS FENOTÍPICOS ESTANQUES?  Inadequação das características utilizadas Cor da pele A similaridade ultrapassa a teia de relacionamento entre os grupos sudanês paquistanês australiano negrito das Filipinas

10. PORQUE FALHARAM AS TENTATIVAS DE ARRUMAR A DIVERSIDADE HUMANA EM COMPARTIMENTOS FENOTÍPICOS ESTANQUES?  Pressupostos falsos quanto à repartição da variabilidade genética em populações humanas Sub-populações Sub-populações a) População total b) População total F ST = 0 F ST = 1 Ao conceito tipológico de raça estava implícito um cenário próximo de b) F ST – estatística que compara o nível de variação genética no seio de duas ou mais sub-populações relativamente à população total

11. O PRIMEIRO CORPO DE RESULTADOS SOBRE O PADRÃO DE DISTRIBUIÇÃO DA DIVERSIDADE GENÉTICA EM POPULAÇÕES HUMANAS CONTEMPORÂNEAS Diagrama De Finetti representando as frequências alélicas do sistema ABO Populações: 1 - 3: africanos 4 - 7: índios americanos 8 - 13: asiáticos 14 - 15: aborígenes australianos 16 - 20: europeus O O O B B B A A A I A I A I A I B I B I B I O I O I O 13 3 16 4 5 3 1 11 9 12 10 13 20 8 6 17 16 7 14 18 15 19 2

12. B A O Grupo sanguíneo ABO  Ausência de descontinuidades populacionais marcadas  Padrão de variação de tipo clinal Alelo B: Geral/ o menos comum. Pouco frequente na América e Austrália. Bolsas de freq. relativa/ altas e baixas em África. Frequências mais elevadas na Ásia Central, China, onde por vezes é mais frequente que o alelo A. Raro na Europa, especialmente entre Bascos e Lapões (Saami). Registe-se a marcada variação clinal na Eurásia: a frequência aumenta gradualmente desde a Europa Ocidental até ao limite da Ásia Central. Esta variação clinal, poderá ser o reflexo das invasões de NÓMADAS PASTORIS –mongóis – que ocorreram há 6 ou 7 milénios atrás e terão sido responsáveis pelo aumento da freq. do alelo B nas pops a Ocidente, onde outrora a sua freq. era baixa. Alelo A : Geralmente mais comum que o B (10-35% na maioria das pops.). Freq. mais elevada no Sul da Austrália e algumas regiões da Europa, nomeadamente entre os Saami da Escandinávia. Populações ameríndias das Planícies da América do N., também com valores elevados. Alelo O : Em geral mais frequente que A ou B. Rara a população com freq. inferior a 50%; Incidência mais baixa na Ásia Central; América Central e do Sul com as freq. mais elevadas (  100%).

13. A SEGUNDA GERAÇÃO DE RESULTADOS SOBRE O PADRÃO DE DISTRIBUIÇÃO DA DIVERSIDADE GENÉTICA EM POPULAÇÕES HUMANAS CAVALLI-SFORZA et al. (1994) Projecção a cores do mapa de distribuição de frequências de 120 alelos em 42 populações (marcadores sanguíneos e sistemas electroforéticos) A variação genética humana apresenta uma hierarquização geográfica, mas o padrão é marcadamente clinal . Não se observam descontinuidades.

14. REPARTIÇÃO DA VARIABILIDADE GENÉTICA EM POPULAÇÕES HUMANAS 86% Diferenças entre indivíduos de uma mesma população 7% 7% Difer. entre populações do mesmo grupo Diferenças entre grupos de populações Diversidade genética total Fracção inter-populacional Fracção intra-populacional Baseado em frequências alélicas de polimorfismos electroforéticos ( R. C. Lewontin, 1972)

15. OS RESULTADOS DECORRENTES DA ANÁLISE DIRECTA DE DNA  Baixo nível de diversidade genética no homem comparativamente a outras espécies O homem é uma espécie relativamente jovem pouco tempo para ocorrer diferenciação entre indivíduos Dois humanos escolhidos ao acaso diferem em  1 em cada 1 000 nucleótidos Dois chimpanzés escolhidos ao acaso diferem em  1 em cada 500 nucleótidos Como o genoma humano contém cerca de 3 biliões de bp, em média dois humanos escolhidos ao acaso diferem em  3 milhões de nucleótidos Em média, dois indivíduos da espécie humana compartilham ~99.6-99.8% de identidade quanto a sequências nucleotídicas

16.  Repartição da variabilidade genética em populações humanas Rosenberg et al , 2002 377 microssatélites (STRs) AUTOSSÓMICOS; 4199 alelos; 1065 indivíduos 52 populações: África, Ásia Leste, Médio Oriente, Ásia Central/Sul, Oceânia, América, Europa São muito pequenas as diferenças genéticas entre populações comparativamente às diferenças no seio das populações. É a pequena fracção de diversidade inter-populacional que é usada para reconstruir a história evolutiva das populações humanas. STRs Taxas de mutação muito elevadas 93-94% da diversidade genética humana está contida dentro das populações OS RESULTADOS DECORRENTES DA ANÁLISE DIRECTA DE DNA

17. Lobo cinzento (Eurásia) Valores de F ST no homem e outros Mamíferos de grande porte Apesar da ampla dispersão geográfica, o homem apresenta um F ST próximo do antílope ou da impala, espécies confinadas a regiões geográficas limitadas. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Valores de F ST Antílope (Quénia) Homem Impala (Quénia) Coiote (América N.) Elefante (África) Gazela Grant (Quénia)

18.  Estruturação da variabilidade genética em populações humanas Relação entre distâncias genéticas* e geográficas. Há uma forte correlação positiva entre distância genética e geográfica. Em geral, populações geograficamente próximas diferem pouco e a diferenciação genética aumenta com a distância entre populações *Distâncias genéticas entre pares de populações medidas por F STs . OS RESULTADOS DECORRENTES DA ANÁLISE DIRECTA DE DNA

19.  Estruturação da variabilidade genética em populações humanas Valores de F ST entre pares de populações podem ser representados através de uma árvore Populações humanas tendem a agrupar-se por região geográfica: África Europa/Médio Oriente Ásia de Leste Oceânia América Mas… populações de regiões geográficas intermédias, ocupam posições intermédias na árvore. P.ex: Khanty (Ásia Central) Etiópia (África NE) O grau de isolamento (e diferenciação genética) entre populações humanas depende muito da distância geográfica Árvore de 37 populações baseada em 80 marcadores de DNA independentes. Tishkoff et al , 2004 OS RESULTADOS DECORRENTES DA ANÁLISE DIRECTA DE DNA

20. INFERÊNCIA DE ANCESTRALIDADE GEOGRÁFICA COM BASE EM MARCADORES DE DNA Utilizando muitos marcadores genéticos, é muito elevada a probabilidade de alocar correctamente um indivíduo na região geográfica de origem, sem recorrer a informação prévia sobre a proveniência da amostra. Os genótipos contêm informação significativa sobre a origem geográfica. Rosenberg et al , 2002 377 microssatélites (STRs) AUTOSSÓMICOS; 4199 alelos; 1065 indivíduos 52 populações: África, Ásia Leste, Médio Oriente, Ásia Central/Sul, Oceânia, América, Europa Programa STRUCTURE – permite identificar sub-grupos de populações “anónimas/inferidas” que diferem quanto a frequências alélicas Até que ponto a obtenção de sub-grupos de diversidade, que tendem a corresponder geograficamente aos continentes, é influenciada pelos critérios amostrais?

21. INFERÊNCIA DE PROPORÇÃO DE ANCESTRALIDADE GEOGRÁFICA COM BASE EM 100 POLIMORFISMOS ALU Bamshad et al , 2004 sub-sarianos - 107 asiáticos orientais - 67 europeus ocidentais - 81 A distância entre um círculo e cada lado do triângulo é proporcional à fracção de ancestralidade de um indivíduo compartilhada com africanos, europeus e asiáticos. Elevados coeficientes de ancestralidade com uma das 3 populações inferidas Africanos Asiáticos Europeus Indianos do Sul Africanos Europeus Asiáticos sub-sarianos - 107 asiáticos orientais - 67 europeus ocidentais - 81 sul indianos -263 Africanos Europeus Asiáticos Em indivíduos do Sul da Índia, a proporção de ancestralidade compartilhada com europeus e asiáticos varia muito.

22. PROPORÇÃO DE ANCESTRALIDADE GEOGRÁFICA EM INDIVÍDUOS QUE SE AUTO-IDENTIFICAM COMO AFRO-AMERICANOS, EURO-AMERICANOS E ASIATICO-AMERICANOS ( 500 SNPs, Bamshad et al , 2004) Os círculos estão mais dispersos porque varia muito a proporção de ancestralidade entre indivíduos. P ex: o indivíduo assinalado com seta compartilha 60% de ancestralidade com outros afro-americanos e 40% com euro-americanos. Os afro-americanos têm grau de mistura muito variável com grupos originários de outras regiões geográficas. Network representativa do relacionamento entre indivíduos. O tamanho dos braços é proporcional à distância genética. A distância entre quaisquer 2 círculos da mesma cor (linhas sólidas) é grande e é pequena a distância entre grupos de círculos (linhas tracejadas). Afro-americanos Asiatico-americanos Euro-americanos Afro-americanos Euro-americanos Asiatico-americanos

23. Serre e P ääbo, 2004 Amostragem “ population-based ” Amostragem “ geography-based ” Quando se consideram duas populações, a maioria dos indivíduos (83%) em A é alocada numa das 2 populações com elevados coeficientes de ancestralidade (100-85%). Uma das populações contem indivíduos africanos e a outra não-africanos. Em B, todos os indivíduos têm 40-50% de mistura entre as 2 populações e não se detecta diferença qualitativa entre africanos e não-africanos. 89 indivíduos de15 populações 90 indivíduos de 52 populações 0-0.05 0.1-0.15 0.2-0.25 0.3-0.35 0.4-0.45 0.7-0.75 0.5-0.55 0.6-0.65 0.8-0.85 0.9-0.95 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 # indivíduos % de ancestralidade na população 1 África Ásia Europa África América Europa Oceania Ásia # indivíduos 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0-0.05 0.1-0.15 0.2-0.25 0.3-0.35 0.4-0.45 0.7-0.75 0.5-0.55 0.6-0.65 0.8-0.85 0.9-0.95 % de ancestralidade na população 1

25. Representação geográfica da proporção de ancestralidade na população B (o extremo asiático/oceânico do gradiente eurasiático) Cada ponto definido pela latitude, longitude e coeficiente de ancestralidade na pop. B Não se detectam grupos discretos de ancestralidade