sábado, 25 de julio de 2015

GENÉTICA DE POBLACIONES

Pruebas Genéticas para el Pleistoceno y la historia reciente de la población de nativos americanos

Tomado de la Revista Science edición del 23 julio 2015.
Versión libre del inglés. Puede verse la versión original en formato PDF en el siguiente link: http://www.sciencemag.org/content/early/2015/07/20/science.aab3884 

Maanasa Raghavan 1 , * , Matthias Steinrücken 2 , 3 , 4 , * , Kelley Harris 5 , * , Stephan Schiffels 6 , * , Simon Rasmussen 7 , * , Michael DeGiorgio 8 , * , Anders Albrechtsen 9 , * , Cristina Valdiosera 1 , 10 , * , María C. Ávila Arcos- 1 , 11 , * , Anna-Sapfo Malaspina 1 , * , Anders Eriksson 12 , 13 , Ida Moltke 9 , Mait Metspalu 14 , 15 , Julian R. Homburger 11 , Muro Jeff 16 , Omar E. Cornejo 17 , J. Víctor Moreno-Mayar 1 , Thorfinn S. Korneliussen 1 , Tracey Pierre 1 , Morten Rasmussen 1 , 11 , Paula F. Campos 1 , 18 , Pedro de Barros Damgaard 1 , Morten E. Allentoft 1 , Juan Lindo 19 , Ene Metspalu 14 , 15 , Ricardo Rodríguez-Varela 20 , Josefina Mansilla 21 , Celeste Henrickson 22 , Andaine Seguin-Orlando 1 , Helena Malmström 23 , Thomas Stafford Jr. 1 , 24 , Suyash S. Shringarpure 11 , Andrés Moreno-Estrada 11 , 25 , Monika Karmin 14 , 15 , Kristiina Tambets 14 , Anders Bergström 6 , Yali Xue 6 , Vera Warmuth 26 , 27 , Andrew amigo D. 28 , Alegría Singarayer 29 , Paul Valdes 30 , Francois Balloux 26 , Ilán Leboreiro 21 , José Luis Vera 31 , Héctor Rangel Villalobos- 32 , Davide Pettener 33 , Donata Luiselli 33 , Loren G. Davis 34 , Evelyne Heyer 35 , Christoph PE Zollikofer 36 , Marcia S. Ponce de León 36 , Colin I. Smith 10 , Vaughan Grimes 37 , 38 , Kelly-Anne Pike 37 , Michael reparto 37 , Benjamin T. Fuller 39 , Bernardo Arriaza 40 , Vivien Standen 41 , María F. Luz 42 , Francois Ricaut 43 , Niede Guidon 42 , Ludmila Osipova 44 , 45 , Voevoda Mikhail I. 44 , 46 , 47 , Olga L. Posukh 44 , 45 , Oleg Balanovsky 48 , 49 , Maria Lavryashina 50 , Yuri Bogunov 48 , Elza Khusnutdinova 51 , 52 , Marina Gubina 42 , Elena Balanovska 49 , Sardana Fedorova 53 , 54 , Sergey Litvinov 14 , 51 , Boris Malyarchuk 55 , Miroslava Derenko 55 , MJ Mosher 56 , David Archer 57 , Jerome Cybulski 58 , 59 , 60 , Barbara Petzelt 61 , Joycelynn Mitchell 61 , Rosita Worl 62 , Paul J. Norman 63 , Peter Parham 63 , Brian M. Kemp 17 , 64 , Toomas Kivisild 14 , 65 , Chris Tyler-Smith 6 , Manjinder S. Sandhu 6 , 66 , Michael Crawford 67 , Richard Villems 14 , 15 , David Glenn Smith 68 , Michael R. Waters 69 , 70 , 71 , Ted Goebel 69 , John R. Johnson 72 , Ripan S. Malhi 19 , 73 , Mattias Jakobsson 23 , David J. Meltzer 1 , 74 , Andrea Manica 12 , Richard Durbin 6 , Carlos Bustamante D. 11 , Yun S. Canción 2 , 3 , 75 , † , Rasmus Nielsen 75 , † , Eske Willerslev 1 , †

Resumen

Cómo y cuándo las Américas fueron pobladas sigue estando en debate. Utilizando datos antiguos y modernos de todo el genoma disponible, nos encontramos con que los antepasados de todos los actuales nativos americanos, incluyendo Atabascanos y amerindios, migraron desde Siberia a las Américas como una sola ola hace 23.000 años KYA, y posteriormente del período de aislamiento desde Beringia hace 8.000 años. Después de la primera llegada a las Américas, los ancestrales indígenas americanos se diversificaron en dos ramas genéticas basales alrededor de 13,000, que ahora se dispersan a través de Norte y Sur América y el otro se limita a América del Norte. El posterior flujo de genes dio lugar a que la ascendencia de algunos nativos americanos se comparta con los actuales asiáticos del este (incluyendo siberianos) y, más lejanamente, los australo-melanesios. Antiguas poblaciones que son vestigios del 'Paleoamericano', incluidos los Pericúes mexicanos históricos y Sudamericanos Fuego-patagones, no están directamente relacionadas con los modernos australo-melanesios como sugiere el modelo Paleoamericano.

sualmente, se acepta que los indígenas americanos ancestrales son descendientes de los pueblos siberianos que atravesaron el puente de tierra de Bering (Beringia) desde el noreste de Asia en tiempos del Pleistoceno Tardío, y aunque el consenso todavía no se ha alcanzado, se admitió que la mayoría está de acuerdo que el complejo arqueológico Clovis, (que data a ca. 13 KYA), no representa la primera migración como antes largamente se había supuesto (1-7). La evidencia arqueológica acumulada a lo largo de las dos últimas décadas indica que la población estaba al sur de las capas de hielo continentales de América del Norte más de un milenio antes y habían llegado tan al sur de Sudamérica por lo menos ca. 14,6 KYA (1-3). Las interpretaciones difieren, sin embargo, en cuanto a la precisión de la dinámica espacio-temporales del proceso de poblamiento, debido a estudios arqueológicos sobre la presencia humana mucho antes de la dispersión durante el Último Máximo Glacial (UMG; ca. 20 KYA) (8-10), y el subsiguiente conflicto de interpretaciones sobre la cantidad y la temporalidad de las migraciones desde Beringia están basadas en evidencia anatómica y genética (11-16). Gran parte de la evidencia genética es a partir de estudios del ADN mitocondrial (ADNmt) y cromosoma Y, que tan solo, loci uniparental heredadas son particularmente sujetos a la deriva genérica y prácticas demográficas y culturales sexo sesgadas.

Entre las principales cuestiones que quedan por resolver en relación con el Pleistoceno y la historia reciente de la población de los nativos americanos son: (i) el tiempo de su divergencia respecto a sus antepasados ​​de Eurasia; (Ii) si el poblamiento migratorio fue una sola ola o múltiples olas, y, en consecuencia, si las diferencias genéticas observadas entre los principales subgrupos de los nativos americanos (por ejemplo, amerindia y Atabascana) fueron resultado de diferentes migraciones o en la diversificación in situ en las Américas (5 , 6, 17, 18); (Iii) si la migración involucrada ca. 15.000 años de aislamiento en la región del Estrecho de Bering, como propone el Modelo de Incubación Beringia para explicar la alta frecuencia de genomas mitocondriales americanas únicas y generalizadas respecto a variantes genéticas privadas (19-22); y, por último, (iv) si había post-divergencia del flujo de genes de Eurasia y, posiblemente, incluso reemplazo de la población en las Américas, este último sugerido por las aparentes diferencias en la morfología craneal entre algunos “paleoamericanos” tempranos se mantiene y estos entre los más recientes nativos americanos (23-27). Abordamos estos temas utilizando información genética obtenida de poblaciones modernas, complementadas con el estudio de especímenes antiguos cronológicamente controlados que proporcionan instantáneas de la genética del proceso de poblamiento tal como ocurrieron.

Hemos secuenciado 31 genomas de individuos actuales de las Américas, Siberia y Oceanía a una profundidad media de ca. 20X: siberianos - Altai (n = 2), Buryat (n = 2), Ket (n = 2), koryak (n = 2), Sakha (n = 2), Siberian Yupik (n = 2); Norteamericanos nativos americanos - tsimshian (n =); el sur de América del Norte y los nativos de Centro y Sudamérica - Pima (n = 1), huichol (n = 1), Aymara (n = 1), Yukpa (n = 1); y, de Oceanía Papúa - (n = 14) (28) (Tabla S1). Toda la secuenciación genética actual de individuos utiliza el genotipo del polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) de chips (4, 29-35), excepto para el individuo aymara que fue chip de SNP genotipo en este estudio (tablas S3 y S4). Ellos fueron seleccionados sobre la base de sus perfiles ancestrales obtenidos con ADITIVO (36) para representar mejor sus respectivas poblaciones, y para minimizar reciente admixtura genética de poblaciones de origen eurasiático occidental (28). Para las poblaciones representadas por más de un individuo, también verificamos partir de los datos genotipo que los individuos secuenciados no representaban parientes cercanos (28). Tenemos, además, secuenciado 23 genomas de individuos antiguas datan entre ca. 0,2-6 KYA del Norte y América del Sur, con una profundidad media que oscila entre 0.003X y 1.7X, incluyendo especímenes afiliados a grupos Paleoamericano con vestigios de parentesco como los Pericúes de México y Fuego-patagones desde el extremo sur de América (23, 26-28) (cuadro S5). Por último, hemos generado SNP genotipo de datos de chips de 79 personas de hoy en día pertenecen a 28 poblaciones de América y Siberia (28) (tabla S4). Todos los conjuntos de datos antes mencionados fueron analizados en conjunto con los genomas previamente publicados y datos SNP chip de genotipo (Cuadros S1, S3 y S4), enmascarando los datos para la reciente mezcla Europea en algunas poblaciones nativas americanas presente día (28).

La estructura de las poblaciones nativas americanas y el momento de su divergencia inicial

Exploramos la estructura genética de las poblaciones americanas nativas en el contexto de las poblaciones de todo el mundo utilizando ADITIVO (36), que emplea un panel de referencia que consta de 3.053 personas de 169 poblaciones (Tabla S3) (28). El panel incluyó SNP chips genotipo de datos de las personas de hoy en día que se generan en este estudio y estudios previamente publicados, así como los 4.000 años de edad, persona Saqqaq de Groenlandia (29) y el 12.600 años de edad, Anzick-1 (la cultura Clovis) individuo de Montana (5) (tabla S3). Al asumir cuatro poblaciones ancestrales (K = 4), encontramos un componente genético específico del nativo americano, lo que indica una ascendencia genética compartida para todos los nativos americanos incluyendo amerindios y Atabascanos (fig. S4). Suponiendo K = 15, hay una estructura dentro de los nativos americanos. Atabascanos y amerindios del norte (principalmente de Canadá) se diferencian del resto de los nativos americanos en compartir su propio componente genético (fig. S4). Como se informó anteriormente, Anzick-1 cae dentro de la variación genética de los nativos americanos del sur (5), mientras que las acciones individuales Saqqaq componentes genéticos con poblaciones siberianas (fig. S4) (29).
Fig. 1. Orígenes e historia de la población de los nativos americanos. (A) Nuestros resultados muestran que los antepasados ​​de todos los actuales nativos americanos, incluidos los amerindios y Atabascanos, derivadas de una sola ola de migración en las Américas (púrpura), separadas de los inuit (verde). Esta migración de Asia Oriental se produjo a más tardar el 23 KYA y está de acuerdo con la evidencia arqueológica de sitios como Monte Verde (50). Una división entre las ramas del norte y sur de los nativos americanos se produjo ca. 13 KYA, con el primero que comprende Atabascanos y amerindios del norte y este último compuesto por los amerindios en el norte de América del Norte y América Central y del Sur, incluyendo el individuo Anzick-1 (5). Hay una señal de mezcla entre los inuit y Athabascans y algunos amerindios del norte (línea amarilla); sin embargo, la dirección del flujo de genes no se ha resuelto debido a la complejidad de los eventos de mezcla (28). Además, vemos una señal débil en relación con australo-melanesios en algunos nativos americanos, que pueden haber sido mediada a través de los asiáticos orientales y los isleños Aleutianos (flechas amarillas). También se muestra el flujo de genes en Mal'ta ancestros nativos americanos un 23 KYA (flecha amarilla) (4). Actualmente no es posible para nosotros determinar las ubicaciones geográficas exactas de los acontecimientos representados; por lo tanto, el posicionamiento de las flechas no debe considerarse un reflejo de estos. B. Mezcla trama creada sobre la base de TreeMix resultados (fig. S5) muestra que todos los nativos americanos forman un clado, separado de los Inuit, con el flujo de genes entre algunos nativos americanos y el Ártico norteamericano. El número de individuos genoma secuenciado incluidos en el análisis se muestra entre paréntesis.
Para conocer la historia de las actuales poblaciones de América en relación con las poblaciones de todo el mundo, hemos generado gráficos de mezcla con TreeMix (28, 37). Los genomas de todos los modernos siberianos y nativos americanos fueron secuenciados en este estudio, excepto para el genoma tsimshian de Norteamerica que mostró evidencia de reciente mezcla con Eurasia occidental (28), se utilizaron para este análisis, junto con los genomas publicados anteriormente de África (Yoruba) (38), Europa (Cerdeña, francés) (38), Asia oriental (Dai, Han) (38), Siberia (nivkh) (39) y las Américas (Karitiana, Atabascano, inuit de Groenlandia) (5, 38, 39) (tabla S1). Los antiguos individuos incluidos en el análisis fueron Saqqaq, Anzick-1 y los 24.000 años de antigüedad del niño Mal'ta del centro-sur de Siberia (4). El gráfico TreeMix señala que todos los nativos americanos forman un grupo monofilético a lo largo de diez valores de parámetros para migración, con una mayor diversificación en dos ramas, una representación amerindios (encarnados en este análisis por los amerindios del sur de América del Norte y América Central y del Sur) y los otros Atabascanos (Fig. 1B y fig S5). Paleo-esquimales y los inuit fueron apoyados como un grupo separado en relación con los nativos americanos, según se ha informado anteriormente (fig. 1B y fig. S5) (29, 39). Nuestros resultados muestran que el Yupik siberiano y koryak son las poblaciones de Eurasia más cercanas a las Américas, con el grupo Yupik probablemente representa el retroceso migratorio de los inuit en Siberia (fig. 1B y fig. S5).

Para evaluar el patrón de la temprana dispersión humana en el continente americano, se estimó el tiempo de la divergencia de los americanos nativos ancestrales de los asiáticos del este (en adelante, incluyendo siberianos) utilizando múltiples métodos. Todavía hay cierto debate respecto a las tasas de mutación en el genoma humano (40), y esta incertidumbre podría afectar nuestras estimaciones y resultados.

Aplicamos diCal2.0 (28) (Método 1), una nueva versión de Dical (41) ampliado para manejar modelos complejos demográficos que implican múltiples poblaciones con migración (42), y (SII) método IBS (identity-by-state) (43) (Método 2) para el conjunto de datos del genoma moderno (28). Con estos métodos, primero calculamos los tiempos de divergencia entre los nativos americanos y el koryak de Siberia, una muestra de población de Asia oriental genéticamente más cercana a nativos americanos (fig. S5), utilizando modelos demográficos que reflejan una clara división entre las poblaciones (28). Con ambos métodos diCal2.0 e IBS, establecimos la división de los nativos americanos (incluyendo los amerindios y Atabascanos) del koryak data cerca a 20 KYA (28) (tablas S11a y S12 y fig. S15).

Se aplicó diCal2.0 a modelos con el flujo de genes post-data para la división entre nativos americanos y koryak (Fig. 2A) y encontramos un mejor ajuste para tratamiento de datos respecto a modelos sin el flujo de genes (28). En general, simulado la base de datos en los modelos inferidos mediante diCal2.0 y datos reales se muestran muy similares al IBS para distancias de las distribuciones (Fig. 2B) y tasas relativas cruzadas coalescencia (CCR) entre pares de individuos utilizando el cálculo Multiple Sequentially Markovian Coalescent (MSMC) (Método 3) (28, 44) (Figs. 2, C y D). Esto sirve como una confirmación para el modelo de estima de diCal2.0. Se evaluaron los tres métodos utilizando simulaciones bajo modelos demográficos complejos, y además se investigó los efectos de interruptor-error en la eliminación de haplotipos en las estimaciones (28).

Nosotros aplicamos el modelo diCal2.0 que permitió establecer el flujo de genes entre las poblaciones después de su separación, estimando el tiempo de divergencia para nativos americanos geográficamente y genéticamente distantes respecto a grupos de Asia oriental, incluyendo nivkh Siberiano y Han chino. Como antes, la divergencia estimada para amerindios y Atabascanos eran muy similares entre sí, ca. 23 KYA (tabla S11b y figuras. S18 y S21).

Por lo tanto, nuestros resultados sugieren que los amerindios y Atabascanos eran, por tres métodos diferentes, consecuentemente equidistantes en el tiempo para poblaciones en muestras de diferentes regiones del este de Asia, incluyendo algunas poblaciones en la proximidad de Beringia, y con variada historia de población. Esto sugiere que dos principales sub-grupos de nativos americanos son descendientes de la misma población que se separó de sus ancestros asiáticos del este durante el LGM. Es concebible que las duras condiciones climáticas durante este período pudieron haber contribuido al aislamiento de ancestrales nativos americanos, en consecuencia al progreso de su divergencia genética desde sus antepasados Asiáticos.

También modelamos el poblamiento de América mediante un patrón genético-espacial de clima informado (CISGeM), en la que la historia genética y demografía local, es mostrado por reconstrucciones paleoclimáticas y paleovegetación (28, 45), y encontrado que sus resultados son conformes con la conclusión de procedencia única de migración para todos los nativos americanos. Utilizando actuales y antiguos genomas de alta cobertura, se encontró en Atabascanos y Anzick-1, pero no en groenlandeces Inuit y Saqqaq (29, 39), pertenecen a la misma ola inicial de migración que también dio nacimiento a los actuales amerindios del sur del Norteamérica, Centroamérica y Sudamérica (Fig. 3), y esta migración probablemente siguió una ruta costera, dado nuestro entendimiento de la geología glacial y parámetros paleoambientales del pleistoceno tardío. (fig. S31).
En todos los casos, el mejor ajuste de los modelos demográficos a la distribución IBS y comparación CCR por MSMC requirió establecer dispersión genética entre Siberianos y la población nativa americana después de su inicial dispersión (Figuras 2, B a D). También encontramos evidencia sólida del flujo genético entre Atabascanos y los inuit (tabla S11b) apoyado por los resultados de ADITIVO (fig. S4), TreeMix (fig. S5), D-estadísticas que emplean tanto genoma y genotipo SNP de datos de chip (28, 46, 47) (figs. S6 y S8a), y estadísticas f3de exogrupo utilizando los datos de todo el genoma (28, 47) (Fig. S12). Hemos tratado de estimar los tiempos de divergencia entre los inuit y siberianos, así como los inuit y los nativos americanos (tabla S11 y figuras. S19 y S25 a S27), pero nuestros análisis se complicaron por el flujo de genes entre los inuit y Atabascanos así como la mezcla compleja de patrones entre grupos del Ártico (fig. S5).

Fig. 2. Divergencia estima entre los nativos americanos y de siberia koryak. (a) El modelo demográfico utilizado permite un flujo continuo de genes entre poblaciones 1 y 2, empezando desde el momento tdiv de divergencia y terminando en tm. La probabilidad de retroceso de la migración por generación por individuo se denota por m. el cuello de botella en la tb captura el evento fuera de África. (b) las curvas sólidas rojas y negras representan las distribuciones empíricas de extensiones sii compartidos entre karitiana-koryak y atabascano-koryak, respectivamente. La naranja, rosa, azul y discontinua de trazos de curvas verdes representan extensiones sii compartidos entre los dos pares de poblaciones, simulados bajo dos modelos demográficos basados ​​en los resultados de dical2.0. En general, para los karitiana-koryak y atabascanos-koryak, los escenarios de migración (naranja y rosa, respectivamente) se ajustan a las curvas empíricas (rojo y negro, respectivamente) mejor que los escenarios divididos limpias (trazos azul y verde de puntos, respectivamente), con más tractos largos sii que muestran evidencia de reciente ancestro común entre koryaks y los nativos americanos. Tasas (c y d) relativos transversales de coalescencia (ccr) para el karitiana-koryak y athabascan-koryak divergencia (rojo), respectivamente, incluidos datos simulados bajo los dos modelos demográficos en el panel b. En ambos casos, el modelo con el flujo de genes (naranja) ajusta a los datos (rojo) mejor que el modelo de división limpia (azul). El modelo de migración explica una cola más amplia ccr en el caso de karitiana-koryak y la relativamente tardía aparición de la caries ccr para athabascan-koryak.
Pusimos a prueba la duración y la magnitud del flujo de genes post-división entre nativos americanos y siberianos utilizando diCal2.0 introduciendo el tiempo de suspensión del flujo genético como un parámetro libre (28). Todavía obtuvimos la mayor probabilidad de divergencia temporal de 22 KYA entre amerindios y siberianos, así como Atabascanos y siberianos, a pesar que las estimaciones para la tasa y el límite del flujo genético difieren (tabla S11C y fig. S22). La significación del flujo genético entre Atabascanos y siberianos parece haberse detenido ca. 12 KYA (Tabla S11C), lo que sugiere un vínculo con la ruptura del puente de tierra de Beringia por el aumento del nivel del mar (48).

En general, nuestros resultados apoyan un origen siberiano común para todos los nativos americanos, lo que contradice la pretensión de una migración temprana a América desde Europa (49), con su aislamiento inicial y la entrada a las Américas ocurriendo no antes de 23 KYA, pero con la posterior mezcla con las poblaciones de Asia oriental. Esto sugiere, además, que la mezcla Mal'ta está relacionada dentro de los primeros Americanos (4), representando antepasados ​tanto de amerindios y Atabascanos (Fig. 1 y Fig. S5), se produjo en algún momento después de 23 KYA, tras la escisión del nativo americano de los asiáticos del este.

Posterior diversificación in situ de los grupos americanos nativos

Que grupos amerindios y Atabascanos fueron parte de la misma la migración implica que las actuales diferencias genéticas observadas en ellos deben haber surgido más tarde, después de ca. 23 KYA. Usando el modelo división-clara en diCal2.0 en el conjunto de datos del genoma moderno, calculamos que Atabascanos y Karitiana divergieron ca. 13 KYA (95% intervalo de confianza de 11,5 a 14,5 ca. KYA, estimado a partir de los resultados de arranque paramétricos) (tabla S11a, fig. S16), que es consistente con los resultados de MSMC (fig. S27) (28).

No sabemos cuando ocurrió la divergencia entre Karitiana y Atabascanos. Sin embargo, varias líneas independientes de evidencias sugieren que es más probable que haya ocurrido en la latitud baja de Norte América en lugar de Beringia oriental (Alaska). Estos datos incluyen los tiempos parciales equidistantes de los amerindios y Atabascanos respecto a las poblaciones asiáticas, relativamente el breve intervalo entre el rango de divergencia estimado y la edad de Anzick-1 (12,6 KYA) (5), y por último, la ubicación geográfica de Anzick-1 al sur de las capas de hielo de América del Norte y su clara afiliación con la “rama meridional” de los nativos americanos (adoptadas ampliamente para incluir amerindios del sur de Norteamérica, Centro y Sudamérica) (5), tal como se determina con las estadísticas f3 de grupo externo utilizando el chip SNP genotipo de datos de poblaciones actuales de todo el mundo (47) (Fig. 4 y figs. S13 y S14). También sería consistente la divergencia en América del Norte con los sitios conocidos del período pre-Clovis, como Monte Verde (14,6 KYA) (50). El modelo más parsimonioso sería que ambos amerindios y Atabascanos son descendientes de la misma población americana nativa ancestral que ingresó a las Américas, posteriormente se diversificó. Sin embargo, no podemos descartar escenarios alternativos y más complejos, que podrían ser probados con muestras antiguas adicionales.

Para el período Clovis (ca. 12,6 KYA), la población nativa ancestral americana ya se había diversificado en ramas "del norte" y "sur", con los antiguos, incluyendo los antepasados ​​de nuestros días Atabascanos y grupos amerindios del norte, como los Chipewyan, Cree y Ojibwa, incluyendo estos últimos amerindios del sur de Norteamérica, América Central y del Sur (Fig. 4 y Fig. S14). Hemos probado si más adelante el flujo de genes a partir de fuentes de Asia Oriental, como los inuit, podría explicar las diferencias genéticas entre estas dos ramas. Usando D-estadísticas en genotipo de datos de chip SNP (47) enmascarados de ascendencia no nativa, se observó una señal de flujo genético entre los inuit y amerindios de Costa del Pacífico noreste tal como tsimshian y nisga'a, situados en la misma región como el norte Atabascano (28) (fig. S8B). Sin embargo, esta señal de mezcla con los inuit, también detectado en Atabascanos (figs. S6 y S8A), no fue evidente entre las poblaciones amerindias del norte ubicadas más al este como Cree, Ojibwa y Chipewyan (28) (fig. S8C). Esto sugiere que la diferencia observada entre las ramas "del norte" y "sur" no es una consecuencia de la post-diversificación del flujo genético de Asia Oriental en la “rama norte”, y también proporciona una posible explicación de por qué la “rama sur” de amerindios como Karitiana son genéticamente más cercanos de los amerindios del norte situadas más al este que al noroeste de la costa y los amerindios Atabascanos (fig. S9).

En contraste con Anzick-1, distintos individuos del Holoceno de las Américas, incluidos los secuenciados en este estudio, así como el Hombre de Kennewick de 8.500 años (51), están estrechamente relacionados con la actual población de nativos americanos de las mismas regiones geográficas (Fig. 4 y Figs. S13 y S14). Esto implica la continuidad genética de antiguas y modernas poblaciones en algunas partes de las Américas durante al menos el último 8,5 KYA, que está de acuerdo con los últimos resultados de Hombre de Kennewick (51).

Evidencia de mayor distancia del flujo genético del viejo mundo con algunos nativos americanos

En las pruebas de flujo genético entre Atabascanos e Inuit con D-estadísticas basadas en datos enmascarados SNP genotipo de chip (47) (fig. S8), se observó una débil tendencia para el Inuit a ser mucho más cercano con los Atabascanos que a algunos amerindios de América del Norte como el Algonquino y Cree, los yaquis y Arhuaco de Centro y Sudamérica (respectivamente), en comparación con otros amerindios como los Palikur y Surui de Brasil (fig. S8).

Fig. 3. Migraciones de prueba en las Américas utilizando un modelo climático informado. Las estimaciones de la diferencia en la divergencia genética entre los amerindios (desde el sur de América del norte y américa central y del sur) o koryak frente athabascan y groenlandia los inuit y la antigua saqqaq y anzick-1 genomas (líneas verticales negras), en comparación con la distribución de probabilidad posterior predecir a partir de un clima modelo genético espacial informado permite reconstruir una sola ola en las américas (curvas, la parte coloreada representa el intervalo de credibilidad del 95%). dt para la población x se define como t (x, koryak) -t (x, centro y sur amerindios) (28). tanto anzick-1 y los athabascans eran parte de la misma onda en las américas a la que otras poblaciones amerindias del sur de américa del norte y américa central y del sur pertenecían, mientras que los inuit y saqqaq son los descendientes de diferentes ondas (valores observados fuera del 95% intervalo de credibilidad). 
Para investigar más esta tendencia, nosotros probamos para adicionar el flujo genético de las poblaciones de Eurasia en las Américas con D-estadísticas utilizando el enmascarado SNP conjunto de datos de chip de genotipo (47). Encontramos que algunas poblaciones americanas, incluyendo los isleños Aleutianos, Surui y Atabascanos están más cerca de los australo-melanesios en comparación con otros nativos norteamericanos, como Ojibwa, Cree y Algonquinos, y de Sudamérica: purepecha, Arhuaco y Wayuu (fig. S10). Los Surui son, de hecho, una de las poblaciones americanas nativas más cercanos a los asiáticos del este y australo-melanesios, este último incluyendo papúes, melanesios no papúes, Isleños de Salomón y cazadores-recolectores del sudeste asiático como los Aeta (fig. S10). Reconocemos que esta observación se basa en el análisis de una pequeña fracción de la totalidad del genoma y de chips SNP del conjuntos de datos de genotipo, especialmente para los datos de los isleños aleutianos que está fuertemente enmascarada debido a la reciente mezcla con los europeos (28), y que las tendencias de datos son débiles.

No obstante, si resulta correcto, estos resultados sugieren que podría haber una señal distante del Viejo Mundo relacionada con australo-melanesios y los asiáticos del este en algunos nativos americanos. La afinidad ampliamente dispersa y diferenciado de los nativos americanos respecto a los australo-melanesios, van desde una fuerte señal en el Surui y señal mucho más débil en los amerindios del norte como el Ojibwa, señala a este flujo genético se produjo después del poblamiento inicial por sus antepasados ​​indígenas.

Sin embargo, cómo pudo haber llegado finalmente esta señal América del Sur aún no está claro. Una posible explicación es que a lo largo de una ruta del norte a través de los isleños Aleutianos, previamente mostró estar estrechamente relacionado con los inuit (39), que tienen una relativa mayor afinidad con los asiáticos orientales, de Oceanía y Denisovan que los nativos americanos en conjunto tanto del genoma y SNP chip de genotipo D-pruebas basadas en datos (tabla S10 y figs. S10 y S11).

Sobre la base de la evidencia y de ADNmt datos arqueológicos a partir de muestras antiguas y modernas, las Islas Aleutianas son la hipótesis de haber sido habitada ya ca. 9 KYA por “paleo-Aleutianos”que se logró por los “neo-Aleutianos”, con actuales isleños Aleutianos potencialmente resultante de la mezcla entre estas dos poblaciones (52, 53). Tal vez su historia genética compleja incluido el aporte de una población relacionada con australo-melanesios a través de una ruta continental de Asia Oriental, y esta señal genómica podría haber sido trasladado posteriormente a las partes de las Américas, incluyendo América del Sur, a través de eventos de flujo genéticos pasados ​​(Fig. 1). La evidencia de este flujo genético es apoyado por diCal2.0 y MSMC los análisis muestran una débil pero reciente flujo genético en los sudamericanos respecto a poblaciones relacionadas a la actual Noreste asiáticos (Koryak) (Fig. 2C y tabla S11C), quiénes podrían ser considerados como un indicador para relacionar a los isleños Aleutianos.

Probando el modelo paleoamericano

La detección de una señal genética Australo-melanesio en las Américas, sin embargo sútil, vuelve la discusión al modelo Paleoamericano, que plantea la hipótesis, sobre la base de la morfología craneal, que dos poblaciones temporal y origen distinto colonizaron las Américas. La temprana población según se informa se originó en Asia en el Pleistoceno tardío y dio lugar a ambos paleoamericanos y actuales australo-melanesios, cuya morfología craneal de atributos compartidos se presumen para indicar su ascendencia común (23). Los paleoamericanos fueron, a su vez, se piensa que han sido sustituidos en gran medida por los antepasados de los amerindios de hoy en día, cuyos cráneos se asemejan a los modernos asiáticos del este y se argumenta que son descendientes de poblaciones mongoloides que arribaron tardíamente (14, 23, 26, 54). La presencia de paleoamericanos es inferida principalmente de antiguos especímenes arqueológicos en Norte y Sud América, y algunas poblaciones apartadas de edad más reciente, que incluyen los Pericúes extintos y Fuego-patagones (24, 25, 55).



Fig. 4. la diversificación dentro de las américas. SNP chip de genotipo estadísticas exogrupo basada en datos f3 (47) de la forma f3 (x, antiguo; yoruba) se utilizaron para estimar la ascendencia compartida entre las muestras antiguas de las américas y un gran panel de las poblaciones actuales de todo el mundo (x), incluidos los grupos atabascano y amerindias de América del norte (tabla s3), algunos de los cuales fueron enmascarados por la ascendencia no indígena antes del análisis (28). Las estadísticas f3 grupo afuera son representados como mapas de calor con el lugar de muestreo de la antigua muestra marcada por las líneas de puntos, y los correspondientes clasifican parcelas con barras de error se muestran en la fig. s14. bp se refiere al tiempo antes del presente. Encontramos la muestra anzick-1 para compartir más ascendencia con la rama 'sur' de los nativos americanos cuando se utilizan múltiples norte americanos nativos secuenciados en este estudio, en consonancia con (5). Las siete muestras envejecidas holoceno comparten la mayoría ascendencia con los nativos americanos, con una tendencia general a ser genéticamente más cerca de la actual población de nativos americanos de la misma región geográfica.
La hipótesis del origen paleoamericano predice que estos grupos deben ser genéticamente más cerca de los australo-melanesios que de otros amerindios. Estudios anteriores del ADNmt y Y los datos de cromosomas obtenidos de los Fuego-Patagones y esqueletos paleoamericanos han identificado haplogrupos similares al de los modernos nativos americanos (55-57). Aunque estos resultados indican cierta ascendencia materna y paterna compartida con los nativos americanos contemporáneos, marcadores uniparentales pueden ser engañosos a la hora de sacar conclusiones sobre la historia demográfica de las poblaciones. Para identificar de manera concluyente la población más amplia de antepasados ​​que pueden haber contribuido a la reserva genética Paleoamericana, se requieren datos autosómicos genómicos.

Nosotros, por lo tanto, hemos secuenciado 17 individuos antiguos afiliados a los Pericúes ahora extintos de México y Fuego-patagones de Chile y Argentina (28), quienes, sobre la base de sus morfologías distintivas del cráneo, se decían ser apartados de paleoamericanos (23, 27, 58, 59). Adicionalmente, la secuencia de dos momias precolombinas desde el norte de México (Sierra Tarahumara) para servir como controles morfológicos, ya que se espera que caiga dentro del rango de variación morfológica craneal del nativo americano (28). Se encontró que las muestras antiguas se agrupan con otros grupos de nativos americanos y están fuera del rango de la variación genética de Oceanía (28) (Fig. 5 y figs. S32, S33 y S34). Similarmente, el exogrupo estadístico F3 (47) revela baja ascendencia genética compartida entre las antiguas muestras y de Oceanía (28) (Fig. S36, S37), y SNP genotipo y chips D-estadísticas basadas en datos enmascarados basados ​​en el genoma (46, 47) no muestran ninguna evidencia de flujo genético de Oceanía en Pericúes o Fuego-patagones (28) (fig. S39).

Como el modelo Paleoamericano se basa en la morfología craneal (23, 27, 58, 59), también medimos datos craneométricos para las muestras antiguas y evaluamos sus afinidades fenotípicas a supuestas paleoamericanos, amerindios y de las poblaciones en todo el mundo (28). Los resultados revelaron que los Fuego-patagones analizados mostraron afinidad craneométrica más cerca de las poblaciones del Ártico y los paleoamericanos, mientras que las Pericúes mujeres analizadas mostraron afinidades craneométricas más cercanas a poblaciones de América del Norte, la región del Ártico y el norte de Japón (cuadro S15). Más importante aún, los análisis demostraron que la antigua muestra de presunta referencia ancestral Paleoamericana de Lagoa Santa, Brasil (24) tenía afinidades más cercanas al Ártico y las poblaciones de Asia oriental (tabla S15). En consecuencia, para el Fuego-patagones, los Pericúes femeninos y la muestra de Lagoa Santa Paleoamericano, no fuimos capaces de replicar los resultados anteriores (24) que reportan estrecha similitud de morfologías craneales Paleoamericano y Australo-melanesios. Tomamos nota de que las muestras pericúes varones muestran afinidades más craneométricos con las poblaciones de África y Australia en relación con los individuos femeninos de su población (fig. S41). Los resultados de los análisis basados ​​en datos craneométricos son, por lo tanto, muy sensible a la estructura de la muestra y la estadística enfoque y los datos de filtrado utilizado (51). Nuestros análisis morfométricos sugieren que estas antiguas muestras no son verdaderos grupos aislados de una migración distinta, como se afirma, y ​​por lo tanto no son compatibles con el modelo Paleoamericano. Del mismo modo, nuestros datos genómicos también proporcionan ningún apoyo para una migración temprana de las poblaciones directamente relacionados con australo-melanesios en las Américas.

Discusión

Que los nativos americanos divergieron de sus antepasados ​​de Asia oriental durante el LGM y no antes de 23 KYA proporciona un límite superior, y tal vez el contexto climático y ambiental, para el aislamiento inicial de su población ancestral, y una estimación máxima para la entrada y posterior propagación en las Américas. Este resultado es consistente con el modelo que las personas entraron en las Américas antes del desarrollo del complejo de Clovis y habían llegado tan lejos como al sur de Sudamérica en 14,6 KYA. Como evidencia arqueológica proporciona sólo una edad mínima para la presencia humana en las Américas, podemos anticipar el posible descubrimiento de los sitios que se acercan al momento de la divergencia de los asiáticos orientales y los nativos americanos. Sin embargo, nuestra estimación de la divergencia inicial y la entrada de los ancestros nativos americanos no admite reclamaciones arqueológicas de un poblamiento inicial significativamente antes que el LGM (8-10).

Mientras que nuestros datos no pueden proporcionar el contexto geográfico preciso para el proceso de poblamiento inicial, que nos ha permitido estimar con mayor precisión su dinámica temporal. Esto, a su vez, nos ha permitido volver a evaluar el Modelo de Incubación Beringia, que, con base en los datos del ADNmt y el momento y la distribución geográfica de los sitios arqueológicos, la hipótesis de ca. 15.000 años-largo período de aislamiento de ancestrales nativos americanos en Beringia durante el LGM (19-21). Nuestros resultados, junto con los recientes hallazgos de ADNmt haplogrupo C1 en Islandia y antigua noroeste de Rusia (60), no encajan con la propuesta lapso de 15.000 años del Modelo de Incubación Beringia (19-21). Es posible que un período más corto de aislamiento producido (aproximadamente 8 KYA), pero sí ocurrio en Siberia o Beringia tendra que ser determinado por el futuro ADN antiguo y hallazgos arqueológicos. Dada la genética continuidad entre los nativos americanos y algunas poblaciones de Asia Sudoriental (figs. S4 y S5), otros factores demográficos, como las oleadas durante las expansiones de población en las regiones no ocupadas (61), puede ser necesario en última instancia, deben tenerse en cuenta para entender mejor la presencia de un gran número de variantes particulares de alta frecuencia en las poblaciones indígenas de las Américas.

Los datos presentados aquí son consistentes con una sola migración inicial de todos los nativos americanos y más adelante el flujo genético a partir de fuentes relacionadas con los asiáticos del este y, más lejanamente, los Australo-melanesios. A partir de esta única migración, hubo una diversificación de los ancestrales indígenas americanos que conducen a la formación de ramas "del norte" y "del sur", que parece haber tenido lugar ca. 13 KYA dentro de las Américas. Esta división es consistente con los patrones de regiones genómicas uniparental de ADNmt haplogrupo X y algunos Y haplotipos del cromosoma C que están presentes en el norte, pero no el sur, las poblaciones en las Américas (18, 62). Este evento de diversificación coincide aproximadamente con la apertura de rutas habitables a lo largo del litoral y los pasillos interiores en la última glaciación de América del Norte, 16 KYA y 14 KYA, respectivamente (63, 64), lo que sugiere un posible papel de una o ambas rutas en el aislamiento y la posterior dispersión de los nativos americanos en todo el continente.

Métodos

Se extrajo el ADN de 31 individuos de hoy en día de las Américas, Siberia y Oceanía y 23 muestras antiguas de las Américas, y convertidos en bancos genéticos de disparo de secuenciación (28). Tres de las antiguas muestras fueron radiocarbono fechado, de los cuales dos fueron corregidos para compensar el desplazamiento del depósito marino (28). Los datos del genotipo chip SNP se generó a partir de 79 individuos actuales tanto siberianos como nativos americanos afiliados a 28 poblaciones (28). Los datos en bruto de SNP chip y disparo de secuenciación fueron procesados ​​mediante procedimientos de cálculo estándar (28). Análisis de errores tasa, de daños de ADN, la estimación de la contaminación, la determinación del sexo, el ADNmt y el cromosoma Y asignación haplogrupo, análisis ADITIVO, descripción de ascendencia y mezcla enmascarada, análisis de componentes principales a partir de datos de genotipos de chips SNP, análisis TreeMix de datos de secuencias genómicas, D-estadística, pruebas de f3-estadística del exogrupo en SNP genotipo chip y datos de secuencias genómicas, el tiempo de estimación divergencia utilizando diCal2.0, método IBS y MSMC, análisis espacial Modelo Genético Climático-informado, y, análisis craneométricos como se describe (28).

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We thank J. Valdés for providing craniometric measurements of the Pericúes at the National Museum of Anthropology in México; A. Monteverde from CINAH-Baja California Sur and V. Laborde at the Musée de l´Homme in Paris for providing documentation on Pericú and Fuego-Patagonian samples, respectively; T. Gilbert, M. McCoy, C. Sarkissian, M. Sikora, L. Orlando for helpful discussions and input; D. Yao and C. Barbieri for helping with the collection of the Aymara population sample; B. Henn and J. Kidd for providing early access to the Mayan sequencing data; Canadian Museum of History; Metlakatla and Lax Kw'alaams First Nations; Listuguj Mi’gmaq Band Council; A. Pye of TERRA Facility, Core Research Equipment & Instrument Training (CREAIT) Network at Memorial University; the Danish National High-throughput DNA Sequencing Centre (Copenhagen) for help with sequencing; and, Fondation Jean Dausset-Centre de'Etude du Polymorphism Humain (CEPH) for providing DNA for the Human Genome Diversity Project (HGDP) samples that were genome-sequenced in this study. This study was supported by several funding bodies; Lundbeck Foundation and the Danish National Research (Centre for GeoGenetics members), Wellcome Trust grant 098051 (S.S., A.B., Y.X., C.T.-S., M.S.S., R.D.), Marie Curie Intra-European Fellowship-FP7- People-PIEF-GA-2009-255503 and the Transforming Human Societies Research Focus Areas Fellowship from La Trobe University (C.V.), George Rosenkranz Prize for Health Care Research in Developing Countries and National Science Foundation award DMS-1201234 (M.C.A.A), Swiss National Science Foundation (PBSKP3_143529) (A.-S.M.), Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) Project CGL2009-12703-C03-03 and MICINN (BES-2010-030127) (R.R.-V.), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Mexico) (J.V.M.M.), Biotechnology and Biological Sciences Research Council BB/H005854/1 (V.W., F.B., A.M.), European Research Council and Marie Curie Actions Grant 300554 (M.E.A.), Wenner-Gren Foundations and the Australian Research Council Future Fellowship FT0992258 (C.I.S.), European Research Council ERC-2011-AdG 295733 grant (Langelin) (D.P. and D.L.), Bernice Peltier Huber Charitable Trust (C.H., L.G.D.), Russian Foundation for Basic Research grant 13-06-00670 (E.B.), Russian Foundation for Basic Research grant 14-0400725 (E.K.), European Union European Regional Development Fund through the Centre of Excellence in Genomics to Estonian Biocentre and Estonian Institutional Research grant IUT24-1 (E.M., K.T., M.M., M.K., R.V.), Estonian Science Foundation grant 8973 (M.M.), Stanford Graduate Fellowship (J.R.H.), Washington State University (B.M.K.), French National Research Agency grant ANR-14-CE31-0013-01 (F-X.R), European Research Council grant 261213 (T.K.), National Science Foundation BCS- 1025139 (R.S.M.), Social Science Research Council of Canada (K.-A.P., V.G.), National Institutes of Health grants R01-GM094402 (M.S., Y.S.S.); R01 - AI17892 (P.J.N., P.P.); 2R01HG003229-09 (R.N., C.D.B.), Packard Fellowship for Science and Engineering (Y.S.S.), Russian Science Fund grant 14-04-00827 and Presidium of Russian Academy of Sciences Molecular and Cell Biology Programme (O.B.), and Russian Foundation for Basic Research grant 14-06-00384 (Y.B.). Informed consent was obtained for the sequencing of the modern individuals, with ethical approval from The National Committee on Health Research Ethics, Denmark (H-3-2012-FSP21). SNP chip genotype data and whole genome data for select present-day individuals are available only for demographic research under data access agreement with E.W. (see Tables S1 and S4 for a list of these samples). Raw reads from the ancient and the remainder of the present-day genomes are available for download through European Nucleotide Archive (ENA) accession no. PRJEB9733, and the corresponding alignment files are available at http://www.cbs.dtu.dk/suppl/NativeAmerican/. The remainder of the SNP chip genotype data can be accessed through Gene Expression Omnibus (GEO) series accession no. GSE70987 and at www.ebc.ee/free_data. The authors declare no competing financial interests. C.D.B. is on the advisory board of Personalis, Inc.; Identify Genomics; Etalon DX; and Ancestry.com.
SUPPLEMENTARY MATERIALS
www.sciencemag.org/cgi/content/full/science.aab3884/DC1
Materials and Methods
Supplementary Text
Figs. S1 to S41
Tables S1 to S15
References (65–205)
4 May 2015; accepted 15 July 2015
Published online 23 July 2015

10.1126/science.aab3884/

+ Afiliaciones de los autores
1 Centro de GeoGenetics, Museo de Historia Natural de Dinamarca, de la Universidad de Copenhague, Øster Voldgade 5-7, 1350 Copenhague, Dinamarca.
2 División de Ciencias de la Computación de la Universidad de California, Berkeley, CA 94720, EE.UU..
3 Departamento de Estadística de la Universidad de California, Berkeley, CA 94720, EE.UU..
4 Departamento de Bioestadística y Epidemiología de la Universidad de Massachusetts, Amherst, MA 01003, EE.UU..
5 Departamento de Matemáticas de la Universidad de California, Berkeley, CA 94720, EE.UU..
6 Wellcome Trust Sanger Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton CB10 1SA, UK
7 Centro de Análisis de Secuencias Biológicas, Departamento de Biología de Sistemas de la Universidad Técnica de Dinamarca, Kemitorvet, Edificio 208, 2800 Kongens Lyngby, Dinamarca.
8 Departamentos de Biología y Estadística, Universidad del Estado de Pennsylvania, 502 Wartik Laboratorio, University Park, PA 16802, EE.UU..
9 El Centro de Bioinformática, Departamento de Biología de la Universidad de Copenhague, Ole Maaløes Vej 5, 2200 Copenhague, Dinamarca.
10 Departamento de Arqueología e Historia de la Universidad de La Trobe, Melbourne, Victoria 3086, Australia.
11 Departamento de Genética de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, 300 Pasteur doctor Lane Bldg Habitación L331, Stanford, California 94305, EE.UU..
12 Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge, Downing Street, Cambridge CB2 3EJ, Reino Unido.
13 Sistemas Integrativa Laboratorio de Biología, Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST), Thuwal, 23.955-6900, Reino de Arabia Saudita.
14 Estonia Biocentro, Grupo de Biología Evolutiva, Tartu 51010, Estonia.
15 Departamento de Biología Evolutiva de la Universidad de Tartu, Tartu 51010, Estonia.
16 Instituto de Genética Humana de la Universidad de California en San Francisco, 513 Parnassus Avenue, San Francisco, CA 94143, EE.UU..
17 Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad del Estado de Washington, PO Box 644236, Heald 429, Pullman, Washington 99164, EE.UU..
18 CIMAR / CIIMAR, Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental, Universidade do Porto, Rua dos Bragas 289, 4050-123 Oporto, Portugal.
19 Departamento de Antropología de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, 607 S. Mathews Ave, Urbana, IL 61801, EE.UU..
20 Centro Mixto de la Universidad Complutense de Madrid-Instituto de Salud Carlos III de Evolución y Comportamiento Humano, Madrid, España.
21 Instituto Nacional de Antropología e Historia, Moneda 13, Centro, Cuauhtémoc, 06060 México Ciudad de México, México.
22 Universidad de Utah, D