Calò, C.M., Corrias, L., Bachis, V., Vona, G., Brandas, A., Scudiero, C.M., Di Fede, C., Mameli, A., Robledo, R., 2013. Analisi di due isolati della Sardegna (Italia) attraverso lo studio dei polimorfismi del cromosoma Y. Antropo, 29, 1-7. www.didac.ehu.es/antropo 

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Analisi di due isolati della Sardegna (Italia) attraverso lo studio dei polimorfismi del cromosoma Y

Analysis of two Sardinian isolates (Italy) through Y chromosome polymorphisms

C. M. Calò¹, L. Corrias¹, V. Bachis¹, G. Vona¹, A. Brandas¹, C. M. Scudiero², C. Di Fede², A. Mameli², R. Robledo³

¹Dip. Scienze della vita e dell’Ambiente, Università di Cagliari

²RIS, Raggruppamento Investigazioni Scientifiche dei Carabinieri, Cagliari

³Dip. Scienze Mediche, Università di Cagliari

Corrispondenza: Carla Maria Calò. Dip. Scienze della Vita e dell’Ambiente, Università di Cagliari, SS 554 km4.500 – 09042 Monserrato (Ca). E-mail: cmcalo@unica.it

Parole chiave: Sardegna, isolati genetici, Y-STR.

Key words: Sardinia, genetic isolates, Y-STR.

Riassunto

Nel presente lavoro sono stati analizzati due isolati della Sardegna (Italia): l’isolato linguistico di Carloforte e l’isolato geografico di Benetutti attraverso gli Y-STRs e gli aplogruppi derivati, con lo scopo di valutare il grado di isolamento e le diverse influenze delle barriere geografiche e culturali sull’isolamento e la struttura genetica. Gli individui campionati sono stati selezionati con il metodo dei cognomi fondatori. Sono stati selezionati anche due campioni di confronto provenienti dalle aree geografiche più vicine agli isolati studiati. Il DNA è stato estratto da sangue periferico o tampone buccale e amplificato mediante il kit AmpFISTR Yfiler con il ciclatore termico Geneamp®PCR System 9700. La separazione e l’individualizzazione dei prodotti della PCR multiplex sono state realizzate con il sistema ABI Prism 3100 Genetic Analyzer. L’analisi dei dati è stata infine realizzata con GeneScan v. 3.1. Gli aplogruppi sono stati stimati mediante Haplogroup predictor. Attraverso l’analisi dei 17 Y-STRs entrambi gli isolati appaiono significativamente differenziati dalle aree circostanti. L’analisi degli aplogruppi rivela una distribuzione caratteristica: la popolazione di Carloforte è caratterizzata dalla bassissima frequenza dell’aplogruppo I2a1. Questo aplogruppo è identificato dalla mutazione M26, caratteristica della Sardegna, e quasi assente nel resto d’Italia. Il confronto con altre popolazioni italiane, realizzato con l’albero Neighbor joining, ha confermato la peculiarità genetica della Sardegna. Carloforte, nonostante sia in una branca separata, si trova nello stesso cluster delle popolazioni italiane, mentre Benetutti, sempre in un ramo separato, si colloca più vicina alle popolazioni sarde.

In conclusione, sembra che le barriere linguistiche e culturali abbiano la stessa influenza delle barriere geografiche sull’isolamento e come conseguenza sulla struttura genetica di una popolazione.

Abstract

In this paper we analyzed two Sardinian isolates (Italy): the linguistic isolate of Carloforte and the geographic isolate of Benetutti through Y-STRs and Y-haplogroups with the aim to evaluate the degree of isolation and the different influence of cultural and geographical boundaries on isolation. Individuals from Carloforte and Benetutti were all selected with the method of founder surnames. We also selected two comparison samples from the geographical areas closer to studied isolates. DNA was extracted from peripheral blood and buccal swab and amplified with the AmpFISTR Yfiler PCR amplification kit in a Geneamp®PCR System 9700 thermal cycler. Separation and detection of Y-STR 17plex PCR products were accomplished with the ABI Prism 3100 Genetic Analyzer sixteen-capillary array system. Analysis of the data was performed using GeneScan v. 3.1. Haplogroups were inferred by Haplogroup predictor. Through the analysis of Y-STRs, both the isolates appear significantly differentiated from the neighboring areas. The analysis of haplogroup reveals a peculiar distribution: Carloforte population is characterized by the very low frequency of haplogroup I2a1. This haplogroup is identified by the mutation M26, characteristic of Sardinia, and almost absent in the rest of Italy. Comparison with other Italian populations, carried out with genetic tree, confirms the genetic peculiarity of Sardinian populations. Carloforte, despite being on a separate branch, is in the same cluster of Italian populations, while Benetutti, closer to the other two Sardinian populations, is collocated on a separate branch as an outlier.

In conclusion, it seems that cultural and linguistic barriers have the same influence of the geographic boundaries on isolation and as a consequence on the genetic structure of a population.

Introduzione

Le popolazioni isolate sono campioni ideali per lo studio di fenomeni evolutivi (migrazioni, popolamento) e per la ricostruzione di genealogie (Colonna et al., 2007).

Inoltre, gli isolati genetici rappresentano eccezionali risorse per gli studi di associazione e per il mappaggio di tratti complessi.

La popolazione sarda e i suoi villaggi sono stati proposti come popolazioni adatte per il mappaggio di geni coinvolti in malattie multifattoriali (Zavattari et al., 2000, Angius et al., 2001), a causa della loro peculiare struttura genetica e dell’isolamento. La popolazione sarda è caratterizzata da una forte variabilità dovuta a: (1) barriere geografiche e linguistiche; (2) alto tasso di endogamia e consanguineità; (3) presenza in passato della malaria che ha esercitato una forte pressione selettiva (Cappello et al., 1996; Gatti, 1990; Kosoy et al., 2011; Calò et al., 2008). All’interno dell’isola, le differenze genetiche sono state determinate dalla deriva genetica, poiché le barriere naturali e l’orografia della regione hanno mantenuto alcune aree estremamente isolate.

In questo lavoro sono stati analizzati due isolati della Sardegna (Fig. 1): l’isolato linguistico di Carloforte e l’isolato geografico di Benetutti attraverso 17 Y-STRs e gli aplogruppi derivati, con l’intento di valutare il grado di isolamento e la differente influenza delle barriere culturali e geografiche sull’isolamento.

Carloforte (6.444 abitanti), localizzata nella piccola isola di San Pietro, è una comunità alloglotta fondata nel 1738 da rifugiati originari della Liguria che provenivano dall’isola tunisina di Tabarka. Ancora oggi il linguaggio parlato è l’antico dialetto di Pegli (Liguria).

Benetutti, un piccolo villaggio di 2.181 abitanti, è localizzato in un’area del nord Sardegna, il Goceano, caratterizzato da un forte isolamento. I primi dati demografici documentati (Quinque Libri) risalgono al 1618.

Figura 1. Localizzazione geografica di Carloforte e Benetutti.

Figure 1. Geographical location of Carloforte and Benetutti.

Materiali e Metodi

Gli individui campionati di Carloforte (N=42) e Benetutti (N=48) sono stati tutti selezionati con il metodo dei cognomi fondatori. Sono stati identificati i cognomi presenti al momento della fondazione del comune di Carloforte (Vallebona, 1974), mentre per Benetutti, dove non era possibile conoscere i cognomi dei fondatori per mancanza di dati storici, sono stati identificati i cognomi più diffusi nel periodo più antico documentato (1600). Sono stati selezionati anche due campioni di confronto (popolazioni aperte): una del Sulcis-Iglesiente (N=48) e una del Nord Sardegna (N=48), rispettivamente le regioni più vicine a Carloforte e Benetutti.

Il DNA è stato estratto da sangue intero periferico o da tampone boccale ed è stato quantificato tramite fluorimetro (Qubit). L’amplificazione di 0,5 ng di DNA è stata realizzata con l’AmpFlSTR Yfiler PCR amplification kit (Applied Biosystems) dal ciclatore termico Geneamp®PCR System 9700 (Applied Biosystems), utilizzando le condizioni di PCR raccomandate dalla ditta. La separazione e l’identificazione dei prodotti della PCR multiplex è avvenuta tramite il sistema array a sedici capillari ABI Prism 3100 Genetic Analyzer (Applied Biosystems). I genotipi sono stati determinati con GeneScan v. 3.1. Gli aplogruppi sono stati stimati con Haplogroup predictor (http://www.hprg.com/hapest5/). Le analisi statistiche sono state realizzate attraverso i programmi Arlequin (ver. 3.11) e Phylip (ver. 3.76).

Risultati e discussione

I principali indici di diversità calcolati per i 17 Y-STRs sono mostrati in tabella 1.

	Carloforte	Sulcis	Benetutti	N.Sardegna
N. di aplotipi	39/42	45/48	43/48	47/48
Diversità genica	0,975	0,978	0,975	0,980
Diversità genica media	0,603	0,622	0,593	0,633
Pairwise differences	9,650	9,962	9,481	10,135

Tabella 1. Diversità genetica tramite i 17 Y-STRs nelle popolazioni analizzate.

Table 1. Genetic diversity through 17 Y-STRs in the analyzed populations.

Per ogni popolazione, ma soprattutto per le popolazioni aperte, è stato riscontrato un elevato grado di diversità genica, considerando, infatti, che la diversità genica media calcolata per l’Europa (0,498, Jorde et al., 2000) è nettamente inferiore a quella calcolata per le popolazioni sarde.

Attraverso l’analisi degli STRs, entrambi gli isolati sono risultati significativamente differenziati dalle regioni circostanti (p<0,05). Carloforte condivide con il Sulcis solo un aplotipo, mentre nessun altro aplotipo è condiviso tra le popolazioni sarde esaminate.

Nelle popolazioni sarde sono stati trovati alleli off-ladder in 4 individui: 2 del Sulcis per il locus DYS458 (allele 13) e due di Benetutti per il YGATAH4 (allele 14), nonostante questi alleli siano stati trovati anche in altre popolazioni (Redd et al., 2002) risultano molto rari per le popolazioni italiane.

Un’ interessante osservazione riguarda gli alleli non-consensus osservati per il locus DYS458: tre individui (due di Benetutti e uno del Nord Sardegna) presentavano l’allele non-consensus 18.2 del marcatore DYS458, e questi erano gli unici individui appartenenti all’aplogruppo J1. Questo sembra confermare che questo polimorfismo può essere usato efficacemente per discriminare l’aplogruppo, come precedenti ricerche avevano suggerito (Alves et al., 2007; Myers et al., 2007; Ghiani et al., 2009).

L’analisi degli aplogruppi (Tab. 2) ha rivelato una distribuzione caratteristica: La popolazione di Carloforte si caratterizza per una bassissima frequenza dell’aplogruppo I2a1, presente in tutte le altre aree della Sardegna. Questo aplogruppo è identificato dalla mutazione M26, caratteristica della Sardegna, ma assente o presente a bassa frequenza nel resto d’Italia (Onofri et al., 2007; Rootsi et al., 2004; Semino et al., 2000; Scozzari et al., 2001) e in Corsica (Francalacci et al., 2003).

	Carloforte	Sulcis Iglesiente	Benetutti	Nord Sardegna
R1a*	-	-	-	4%
R1b*	55%	25%	4%	21%
G2a*	10%	13%	10%	15%
E1b1*	7%	4%	15%	4%
E2a1	-	-	2%	-
J1*	-	-	4%	4%
J2a1	5%	6%	10%	10%
J2b*	-	4%	-	2%
T*	2%	-	2%	-
I1*	5%	-	-	4%
I2a*	2%	4%	-	-
I2a1	2%	40%	51%	34%
I2b1	12%	4%	-	-
L*	-	-	2%	2%

Tabella 2. Frequenze aplotipiche nelle popolazioni esaminate.

Table 2. Haplotype frequencies in the examined populations.

La frequenza dell’aplogruppo R1b raggiunge a Carloforte valori del 55%, simili ai valori riscontrati nel Nord Italia (Ferri et al., 2009; Semino et al., 2000), mentre nel resto della Sardegna esso mostra frequenze più basse (intorno al 20%), con il minimo della frequenza a Benetutti (4%).

E’ stato effettuato un confronto con altre popolazioni italiane tramite le distanze genetiche di Slatkin (1995) utilizzando unicamente 7 Y-STRs (DYS19, DYS389I, DYS389II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393) per mancanza di dati reperibili in letteratura (Presciuttini et al., 2001; Di Gaetano et al., 2009). L’albero genetico ottenuto (Fig.2) ha confermato la peculiarità genetica delle popolazioni sarde. Carloforte, nonostante sia collocata in una branca separata, si trova molto più vicina alle popolazioni italiane, mentre Benetutti, che clusterizza con le altre popolazioni sarde, si posiziona comunque in un ramo più distante.

E’ importante notare che la popolazione ligure non clusterizza con Carloforte. Questo risultato potrebbe essere dovuto a differenti eventi: a) la popolazione fondatrice di Carloforte è stata soggetta a effetto collo di bottiglia che quindi ha modificato la composizione genetica rispetto alla popolazione madre; b) la differenziazione e l’evoluzione genica della popolazione della Liguria; c) in letteratura non è specificata l’esatta provenienza del campione ligure e non si può escludere una eterogeneità genetica della popolazione della Liguria.

Quando la Tunisia viene aggiunta al confronto (Frigi et al., 2006) (dati non mostrati), essa si colloca in un ramo isolato, come un outlier, dimostrando che non ha contribuito al pool genico di Carloforte.

In conclusione, i nostri dati suggeriscono che sia le barriere culturali e linguistiche sia le barriere geografiche hanno la stessa influenza sull’isolamento e, quindi, sulla struttura genetica di una popolazione. Inoltre, questo lavoro conferma l’eterogeneità genetica della popolazione sarda, già evidenziata da ricerche precedenti. (Gatti, 1990; Walter et al., 1991; Morelli, 1993; Moral et al., 1994; Zavattari et al., 2000; Angius et al., 2001; Calò et al., 2008; Pistis et al., 2009), e l’alto grado di isolamento delle popolazioni analizzate, che, come conseguenza, potrebbero rappresentare un’importante risorsa per il futuro mappaggio di tratti complessi.

Figura 2. Albero Neighbor-joining costruito mediante il confronto tra Carloforte, Benetutti e altre popolazioni Italiane (7 Y-STRs).

Figure 2.Neighbor-joining tree built with the Carloforte and Benetutti samples and Italian populations (7 Y-STRs).

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