Mitochondrial DNA (mtDNA) characterization of human populations from East Timor

Abstract

Estudos anteriores do segmento hipervariável (HVS-1) do DNA mitocondrial (mtDNA) demonstraram que as ilhas no Sudeste Asiático tem uma história de migração complexa. No entanto, há uma falta de dados a respeito da região controle (RC) do mtDNA nem da sequência completa do genoma mitocondrial (mitogenoma) das populações de Timor-Leste. Neste sentido, no presente estudo analisaram-se sequências do mtDNA para descrever a composição estrutural materna da população do Timor-Leste e estudar a história da migração humana nesta região. Complementarmente, investigou-se também a relação entre a língua e a genética incluindo deste modo dados do Cromossoma Y (NRY). Na primeira fase deste estudo avaliou-se a aplicabilidade da tecnologia de sequenciação de nova geração (NGS) em chips semicondutores (Personal Genome Machine – PGM) e compararam-se os resultados com o método de Sanger (MS) para 42 amostras. Os resultados obtidos a partir do PGM indicaram alta concordância com o MS. Em relação à população de Timor-Leste, o DNA extraído de >300 amostras foi usado para gerar sequências da RC do mtDNA através do MS. Além disso, perfis inteiros do mitogenoma de 17 amostras foram gerados com a tecnologia NGS. Com base nas estimativas de idade e distribuição das linhagens do mtDNA P1 (e outras P e Q), foi possível detetar evidências de que: 1) A primeira migração para o sul de Sahul (Austrália atual) provavelmente ocorreu a >37000 anos atrás; 2) O Norte de Sahul (Nova Guiné de hoje) foi provavelmente povoado (mais cedo) a partir do mesmo grupo de fundadores; 3) Os aborígenes da Nova Guiné e da Austrália foram separados logo no início após a sua fixação nestas regiões, ocorrendo poucas trocas genéticas posteriores à sua separação; 4) Após um período de incubação, a migração reversa trouxe as linhagens P e Q da Nova Guiné para Timor-Leste; 5) A chegada das linhagens P e Q a Timor- Leste deve ter ocorrido a <28000 anos atrás. Na última parte deste estudo, as sequências do mtDNA e os dados do NRY de >550 amostras foram avaliadas e agrupadas de acordo com a linguística [Austronésia (AN) e não-Austronésia (NAN)] e com a origem (local de nascimento). Os dados genéticos e linguísticos de timorenses demonstraram dupla origem do Leste/Sudeste da Ásia e da Near Oceania, e uma elevada mistura genética (mais comum no sexo feminino do que no masculino) entre grupos linguísticos AN e NAN. Foi também apresentado neste estudo outro exemplo onde os dados genéticos e linguísticos não são coincidentes devido à mistura recíproca das mulheres e à mistura direcional dos homens. O presente estudo contribui com novos dados e amplia o nosso conhecimento a respeito da primeira migração e sobre a complexa história das migrações em Timor-Leste e nas regiões vizinhas.

Previous researches predominantly based on the first mitochondrial DNA (mtDNA) hypervariable segment (HVS-1) have shown that Island Southeast Asia has a complex migration history. However, there is a lack of studies on the entire mtDNA control region (CR) and complete mitogenome data from East Timor’s population. Here, we used sequence data obtained from mtDNA to describe the maternal structural composition of East Timor’s population to study its migration history, and extended our analyses to investigate the relation between languages and genetics including Y-chromosomal data (NRY). Initially in this study we evaluated a Next-generation sequencing (NGS) approach on the Personal Genome Machine (PGM) in comparison to Sangertype sequencing (STS) for 42 samples. Results obtained from the PGM indicated high concordance with gold standard STS. Concerning East Timor’s population, DNA extracts from >300 samples were used to generate entire CR mtDNA sequences by STS. In addition, whole mitogenome profiles of 17 samples were sequenced with NGS. Based on the age estimates and distribution of P1, and further mtDNA lineages we suggest: 1) The first migration into southern Sahul (today’s Australia) is estimated to be >37 kya; 2) Northern Sahul (today’s New Guinea) was probably populated (earlier) from the same group of founders; 3) The aborigines of Australia and New Guinea were separated early, with little later genetic exchange; 4) A westwards (back) migration from New Guinea brought the P and Q lineages into East Timor’s region after an incubation period; 5) We estimated the arrival of P and Q lineages to be <28 kya. In the last part of our investigation, mtDNA and NRY of >550 samples were evaluated and grouped according to linguistic [Austronesian (AN) and non- Austronesian (NAN) languages] and origin (birthplaces). Genetic and linguistic data of Timorese demonstrated dual origin of East/Southeast Asia (E/SE Asian) and Near Oceania (NO), and high genetic admixture (more via women than men) between AN and NAN linguistic groups. We provide another example where genetic and linguistic data are not conform due to reciprocal female and directional male admixture. This work shed light on the first migration and on the complex migration history into East Timor and surrounding regions.