Consequences of admixture and LGM on current genetic diversity gradients of American humans
Data
2017-12-20
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Resumo
Genetic diversity gradients can provide invaluable knowledge about the evolutionary history of humans. These gradients can be influenced by diverse evolutionary phenomena such as range expansions, range contractions, range shifts and population admixture. Some genetic gradients have been observed in The Americas although their evolutionary causes were not investigated so far. In this study we extended the approach used to study genetic diversity gradients in Europe. We analyzed the influence of admixture between the first two expanding American populations and of the North American ice sheets derived from Last Glacial Maximum (LGM) on current American genetic diversity gradients. We studied the entire continent, North America and South America, separately. To address these aims, we performed extensive spatially-explicit computer simulations of genetic data under those evolutionary scenarios. Next, we applied Principal Component Analysis (PCA) to infer genetic diversity gradients for each evolutionary scenario. The results showed that, concerning the entire continent, a northwest-southeast (NW-SE) direction of the genetic diversity gradient is invariable with any analyzed scenario, suggesting an isolation by distance process. Regarding North America, the absence of ice sheets led to a northeast-southwest (NE-SW) gradient. By contrast, the presence of ice sheets generated the opposite gradient, with a NW-SE direction. Both gradients in North America were orthogonal to the direction of range expansions if we either consider an expansion from Bering (NW-SE) or a posterior reexpansion (SW-NE) to colonize northern regions that became habitable after melting of the ice sheets, suggesting allele surfing processes. The analyses of South America also showed genetic diversity gradients orthogonal to the direction of the expansion, thus suggesting allele surfing. The inferred genetic gradients are in agreement with known gradients derived from real data. Altogether, we demonstrated that different evolutionary processes operated during the settlement of modern humans in the The Americas and that these processes can vary with the geographical shape of the landscape.
Os gradientes de diversidade genética podem fornecer conhecimento valioso sobre a história evolutiva dos humanos. Estes gradientes podem ser influenciados por diversos fenómenos como range expansions, range contractions, range shifts e mistura entre populações. Alguns gradientes de diversidade genética foram observados na América mas as causas não foram investigadas até agora. Neste trabalho recorremos à metodologia usada no estudo dos gradientes de diversidade genética da Europa. Analisamos a influência da mistura entre as duas primeiras populações da América e das capas de gelo na América do Norte derivados do Último Glacial Máximo (UGM) nos gradientes de diversidade genética da América. Estudamos o continente inteiro, e a América do Norte e a América do Sul por separado. Para alcançar os objetivos realizamos simulações espacialmente explícitas para gerar dados genéticos sob os diferentes cenários. De seguida, aplicamos Análise de Componentes Principais (ACP) para inferir os gradientes de diversidade genética. Os resultados indicam que, relativamente ao continente inteiro, o gradiente de diversidade genética com uma direção noroeste-sudeste (NO-SE) é invariável em qualquer um dos cenários analisados, sugerindo um processo de isolamento por distância. Na América do Norte, a ausência de capas de gelo levou a um gradiente com uma direção nordeste-sudoeste (NE-SO). A presença das capas de gelo gerou o gradiente oposto, com uma direção NO-SE. Ambos os gradientes na América do Norte são ortogonais à direção da range expansion se considerarmos uma expansão com origem em Bering (NO-SE), ou uma re-expansão posterior (SO-NE) para colonizar as regiões do norte que se tornaram habitáveis após as capas de gelo derreterem, sugerindo processos de allele surfing. As análises da América do Sul também mostraram gradientes de diversidade genética ortogonais à direção da expansão, sugerindo allele surfing. Os gradientes genéticos descritos estão de acordo com os gradientes obtidos através de dados reais. No geral, demonstramos que diferentes processos evolutivos operaram durante a colonização das Américas pelo Homem moderno, e que estes processos podem variar de acordo com a forma geográfica do mapa.
Os gradientes de diversidade genética podem fornecer conhecimento valioso sobre a história evolutiva dos humanos. Estes gradientes podem ser influenciados por diversos fenómenos como range expansions, range contractions, range shifts e mistura entre populações. Alguns gradientes de diversidade genética foram observados na América mas as causas não foram investigadas até agora. Neste trabalho recorremos à metodologia usada no estudo dos gradientes de diversidade genética da Europa. Analisamos a influência da mistura entre as duas primeiras populações da América e das capas de gelo na América do Norte derivados do Último Glacial Máximo (UGM) nos gradientes de diversidade genética da América. Estudamos o continente inteiro, e a América do Norte e a América do Sul por separado. Para alcançar os objetivos realizamos simulações espacialmente explícitas para gerar dados genéticos sob os diferentes cenários. De seguida, aplicamos Análise de Componentes Principais (ACP) para inferir os gradientes de diversidade genética. Os resultados indicam que, relativamente ao continente inteiro, o gradiente de diversidade genética com uma direção noroeste-sudeste (NO-SE) é invariável em qualquer um dos cenários analisados, sugerindo um processo de isolamento por distância. Na América do Norte, a ausência de capas de gelo levou a um gradiente com uma direção nordeste-sudoeste (NE-SO). A presença das capas de gelo gerou o gradiente oposto, com uma direção NO-SE. Ambos os gradientes na América do Norte são ortogonais à direção da range expansion se considerarmos uma expansão com origem em Bering (NO-SE), ou uma re-expansão posterior (SO-NE) para colonizar as regiões do norte que se tornaram habitáveis após as capas de gelo derreterem, sugerindo processos de allele surfing. As análises da América do Sul também mostraram gradientes de diversidade genética ortogonais à direção da expansão, sugerindo allele surfing. Os gradientes genéticos descritos estão de acordo com os gradientes obtidos através de dados reais. No geral, demonstramos que diferentes processos evolutivos operaram durante a colonização das Américas pelo Homem moderno, e que estes processos podem variar de acordo com a forma geográfica do mapa.
Descrição
Palavras-chave
colonização da América , gradientes de diversidade genética , último glacial máximo , mistura entre populações; , isolamento por distância , allele surfing