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Genomas antigos do Norte de África evidenciam migrações pré-históricas para o Magrebe, tanto do Levante como da Europa

Editado por Anne C. Stone, Arizona State University, Tempe, AZ, e aprovado em 2 de abril de 2018 (recebido para revisão em 20 de fevereiro de 2018)
12 de junho de 2018
115 ( 26 ) 6774 - 6779

Significado

A aquisição de técnicas agrícolas durante a chamada revolução neolítica foi um dos principais avanços na história da humanidade. Utilizando sequenciação de última geração e técnicas de ADN antigo, testamos diretamente se a neolitização no Norte de África ocorreu através da transmissão de ideias ou por difusão démica. Mostramos que os marroquinos do Neolítico Inferior são compostos por um elemento endémico do Magrebi ainda retido nas actuais populações do Norte de África, assemelhando-se ao componente genético observado nas comunidades posteriores da Idade da Pedra de Marrocos. No entanto, os indivíduos do Neolítico Superior do Norte de África são misturados, com uma componente norte-africana e uma componente europeia. Os nossos resultados apoiam a ideia de que a neolitização do Norte de África envolveu tanto o desenvolvimento de comunidades epipaleolíticas como a migração de pessoas da Europa.

Resumo

Até que ponto as migrações pré-históricas de agricultores influenciaram o património genético dos norte-africanos ocidentais permanece incerto. Evidências arqueológicas sugerem que o processo de neolitização pode ter acontecido através da adoção de inovações por comunidades epipaleolíticas locais ou por difusão démica a partir da costa do Mediterrâneo Oriental ou da Península Ibérica. Aqui, apresentamos uma análise de sequências genômicas de indivíduos de locais do Neolítico Inferior e Final em Marrocos e de indivíduos do Neolítico Inferior do sul da Península Ibérica. Mostramos que os marroquinos do Neolítico Inferior (∼5.000 aC) são semelhantes aos indivíduos da Idade da Pedra Posterior da mesma região e possuem um elemento endêmico retido nas populações magrebinas atuais, confirmando uma continuidade genética de longo prazo na região. Este cenário é consistente com as tradições do Neolítico Inferior no Norte de África, derivadas de comunidades epipaleolíticas que adoptaram certas técnicas agrícolas de populações vizinhas. Entre as populações antigas da Eurásia, os marroquinos do Neolítico Inferior são parentes distantes dos caçadores-coletores natufianos levantinos (∼9.000 aC) e dos agricultores do Neolítico Pré-Cerâmica (∼6.500 aC). Os marroquinos do Neolítico Superior (~3.000 a.C.), em contraste, partilham uma componente ibérica, apoiando teorias do fluxo genético trans-Gibraltar e indicando que a neolitização do Norte de África envolveu tanto o movimento de ideias como de pessoas. Por último, as amostras do Neolítico Inferior do sul da Península Ibérica partilham a mesma composição genética da cultura do Neolítico Cardial Mediterrâneo que atingiu a Península Ibérica por volta de 5.500 aC. As semelhanças culturais e genéticas entre as tradições neolíticas ibéricas e norte-africanas reforçam ainda mais o modelo de migração ibérica para o Magrebe.
Uma das maiores transições na história da humanidade foi a transição do estilo de vida de caçador-coletor para a agricultura. A forma como as tradições agrícolas se expandiram a partir do seu local de nascimento no Crescente Fértil tem sido uma questão controversa. Foram propostos dois modelos: um envolvendo a circulação de pessoas; o outro baseado na transmissão de ideias. Ao longo da última década, a paleogenómica tem sido fundamental na resolução de questões arqueológicas há muito controversas ( 1 ), incluindo aquelas que rodeiam a revolução neolítica ( 2 ). Em comparação com o extenso trabalho genético realizado na Europa e no Próximo Oriente, a transição Neolítica no Norte de África, incluindo o Magrebe, permanece em grande parte descaracterizada. Evidências arqueológicas sugerem que algumas das principais inovações associadas ao Neolítico, como a agricultura e a produção de cerâmica, poderiam ter sido introduzidas no norte de Marrocos através de viagens marítimas por pessoas da Península Ibérica ou do Mediterrâneo central já por volta de 5.400 aC ( 3 , 4 ) . Na verdade, algumas das cerâmicas neolíticas registadas no Norte de África assemelham-se fortemente às culturas europeias, como o Neolítico Cardial Inferior (a cultura agrícola mediterrânica inicial localizada na Península Ibérica; ref. 5 ). No entanto, outras inovações, como algumas tradições de cerâmica e costumes técnicos ósseos e líticos, podem ser o resultado do desenvolvimento in situ de comunidades epipaleolíticas, indicando uma forte continuidade na população local desde o Pleistoceno Superior ) ( 6-10 .
Os dados genéticos das populações actuais ( 11 13 ) sugerem que a ascendência norte-africana tem contribuições de quatro fontes principais: ( i ) uma componente autóctone magrebina relacionada com uma migração de retorno para África, há cerca de 12.000 anos, vinda da Eurásia; ( ii ) uma componente do Médio Oriente provavelmente associada à conquista árabe; ( iii ) uma componente subsariana derivada das migrações transsaarianas; e ( iv ) uma componente europeia que tem estado ligada a movimentos históricos recentes. estudos paleogenómicos começaram a fornecer informações sobre a pré-história do Norte de África ( ) 14-16 Os , incluindo a análise de amostras posteriores da Idade da Pedra de Marrocos ( 17 ); no entanto, nenhuma investigação até à data testou se a transição neolítica no Magrebe foi impulsionada pelas populações locais que adoptaram inovações culturais e tecnológicas ou pela migração de pessoas. Aqui, realizamos análises genômicas de restos do sítio do Neolítico Inferior de Ifri n'Amr ou Moussa (IAM) (∼5.000 aC; n = 7) e do sítio do Neolítico Superior de Kelif el Boroud (KEB) (∼3.000 aC ; n = 8) ( Apêndice SI , Nota Complementar 1 ). Para testar possíveis migrações através do Estreito de Gibraltar, também analisamos restos humanos do sítio do Neolítico Inferior do sul da Península Ibérica de El Toro (TOR) (∼5.000 aC; n = 12) ( Fig. 1 ). Esta cultura ibérica do Neolítico Inferior assemelha-se a certas tradições magrebinas primitivas (por exemplo, decoração de cerâmica semelhante e produções semelhantes de ossos e ferramentas líticas), sugerindo uma influência norte-africana ( 18 ) ( Apêndice SI , Nota Suplementar 1 ). A inclusão destas amostras do sul da Península Ibérica na nossa análise permitiu um teste direto desta hipótese.
Figura 1.
Localização geográfica ( esquerda ) e data calibrada por radiocarbono ( direita ) das amostras incluídas neste estudo, bem como outras amostras de DNA antigas da literatura.

Resultados e Discussão

Sequenciamos 38 bibliotecas de pares Illumina de 27 indivíduos e selecionamos as bibliotecas mais bem conservadas para análises subsequentes. O conteúdo de DNA endógeno foi geralmente baixo (2,88% em média) ( Apêndice SI , Nota Complementar 2 ). A profundidade da cobertura foi consistentemente melhorada quando as amostras foram enriquecidas usando iscas visando locais específicos para o Multiethnic Genotyping Array (MEGA) (∼100×), em comparação com a captura do genoma completo (∼15×) ( Apêndice SI , Nota Complementar 2 ). Após o enriquecimento, geramos 13 genomas de baixa cobertura (cinco do IAM, quatro do KEB e quatro do TOR), com cobertura MEGA variando de 0,04× a 1,72× de profundidade e cobertura genômica variando de 0,01× a 0,74× de profundidade ( Apêndice SI , Tabela S1 ). Todas as amostras consideradas neste estudo atenderam aos critérios padrão de autenticação de DNA antigo (aDNA), incluindo observação de fragmentação de DNA (comprimento médio de leitura de ~ 46 pb) e padrões de danos devido à desaminação de citosina em direção às extremidades 5 'das moléculas ( Apêndice SI , Nota Suplementar 3 ).
DNA mitocondrial (mtDNA) e haplogrupos do cromossomo Y obtidos para IAM (Neolítico inicial marroquino) e KEB (Neolítico tardio marroquino) sugerem uma substituição populacional ou um importante influxo genético em Marrocos entre 5.000 e 3.000 aC. As amostras IAM pertencem aos haplogrupos de mtDNA U6a e M1 - ambos associados à migração de volta da Eurásia para a África nos tempos do Paleolítico Superior ( 19 , 20 ) e observados em indivíduos marroquinos da Idade da Pedra Posterior ( 17 ) - enquanto as amostras KEB pertencem a haplogrupos K1, T2 e X2, que são encontrados com destaque em amostras do Neolítico da Anatólia e da Europa ( 2 , 21 ) ( Apêndice SI , Nota Complementar 4 ). Em relação às linhagens paternas, os indivíduos IAM carregam cromossomos Y distantemente relacionados ao haplogrupo E-M81, tipicamente norte-africano, enquanto o cromossomo Y de KEB pertence ao haplogrupo T-M184; embora hoje escasso e amplamente distribuído, este haplogrupo também foi observado em indivíduos neolíticos europeus ( 16 ) ( Apêndice SI , Nota Complementar 5 ). Ambas as linhagens do mtDNA e do cromossomo Y (haplogrupos K1, J2 e T2 e haplogrupo G-M201, respectivamente) para amostras do TOR (Neolítico Inferior Ibérico) são semelhantes àquelas observadas na Europa durante o Neolítico ( 21 ).
Amostras antigas foram projetadas em um espaço de análise de componentes principais (PCA), que foi construído usando populações da África Subsaariana, do Norte da África, da Europa e do Oriente Médio do conjunto de dados do Projeto de Diversidade do Genoma Humano (HGDP) genotipado com MEGA. No PCA, as amostras do IAM são colocadas perto dos mozabitas (grupo berbere que habita os oásis Mʾzab do sul da Argélia), enquanto as amostras do Neolítico Ibérico caem perto das populações do sul da Europa ( Apêndice SI , Nota Suplementar 6 ). Como se suspeita a partir dos dados do mtDNA e do cromossomo Y, as amostras KEB não se agrupam com o IAM e são colocadas em uma posição intermediária entre o IAM e o TOR. Exploramos ainda mais a estrutura genética dessas amostras usando o programa ADMIXTURE ( 22 ) ( Apêndice SI , Nota Complementar 7 ). Em K = 5, o TOR é composto pela componente associada ao Neolítico Inferior Europeu e o IAM é composto pela componente Norte Africana observada nos Mozabitas. KEB é colocado em uma posição intermediária, com aproximadamente 50% de cada ancestral europeu do Neolítico Inferior e do Norte da África. Vale a pena mencionar que, em comparação com as amostras actuais do Norte de África, o IAM e o KEB não mostram qualquer ascendência da África Subsariana na análise MEGA-HGDP ADMIXTURE, sugerindo que as migrações transsaarianas ocorreram após o Neolítico. Isto pode estar de acordo com a análise dos dados atuais do genoma de Marrocos, que estimou uma migração de origem da África Ocidental para Marrocos apenas há cerca de 1.200 anos ( 11 ).
As populações da Eurásia Ocidental podem ser modeladas como a mistura de quatro componentes ancestrais diferentes ( 2 ): caçadores-coletores da Europa Oriental e Ocidental e Neolítico iraniano e levantino. Exploramos a colocação de amostras do Neolítico Marroquino e do Sul da Península Ibérica neste contexto e comparamos suas afinidades genéticas com as populações antigas e atuais da Eurásia Ocidental e do Levante no painel Origens Humanas, bem como com outros dados populacionais de aDNA disponíveis. Curiosamente, o PCA revelou que os indivíduos IAM são semelhantes às amostras da Idade da Pedra Posterior da África do Norte do sítio Taforalt em Marrocos, datadas de 15.000 anos atrás ( Fig. 2 e Apêndice SI , Nota Complementar 6 ). Quando projetadas, as amostras do IAM estão a meio caminho entre Taforalt e os modernos norte-africanos, no canto levantino do espaço PCA ( Fig. 2 ). Indivíduos do Neolítico do Sul da Península Ibérica do agrupamento TOR com os Sardenhas e com outras amostras do Neolítico da Anatólia e da Europa. Além disso, as amostras KEB são colocadas a meio caminho entre os agrupamentos de agricultores do IAM e da Anatólia/Europa, em estreita proximidade com as amostras de aDNA do Levante e também com as amostras de Guanche ( 16 ) (da população indígena das Ilhas Canárias conhecida por ter origem berbere; ref. 23 ). Quando comparadas usando ADMIXTURE ( Apêndice SI , Nota Complementar 7 ), as amostras IAM possuem ∼100% de um componente parcialmente compartilhado por amostras de aDNA do Levante ( Fig. 2 ). Este componente semelhante ao IAM é observado principalmente em indivíduos modernos do Norte da África, seguindo um cline oeste-leste, e nos Guanches. Curiosamente, os indivíduos do Neolítico Inferior da Península Ibérica formam um aglomerado diferente das amostras do Neolítico Inferior da Anatólia, do Egeu e da Europa, partilhando a sua componente principal com amostras do Neolítico Médio/Calcolítico. Por último, o KEB pode ser explicado como tendo componentes do tipo IAM e do Neolítico Ibérico ( Fig. 2 ). O mesmo perfil de mistura é observado nas amostras de Guanche, mas a quantidade de ancestralidade IAM é consistentemente maior em todas as amostras. Dado que os Guanches poderiam ter tido origem numa área diferente do Magrebe, este resultado pode sugerir que o impacto neolítico europeu no Norte de África foi heterogéneo.
Figura 2.
Inferência de ancestralidade em amostras antigas do Norte de África e da Península Ibérica (os códigos populacionais antigos são como na Fig. 1 ). ( A ) Análise PCA usando o painel Human Origins (populações europeias, do Oriente Médio e do Norte da África) e projeção LASER de amostras de aDNA. ( B ) Análise ADMIXTURE usando o conjunto de dados Human Origins (populações europeias, do Oriente Médio e do Norte da África) para amostras modernas e antigas (K = 8). ( C ) Gráfico detalhado de ADMIXTURE para amostras neolíticas europeias de análises anteriores (K = 8). ( D ) Detalhe da análise ADMIXTURE usando o conjunto de dados Human Origins (populações europeias, do Oriente Médio, do Norte da África e da África Subsaariana) para amostras modernas e antigas, incluindo Taforalt.
A análise recente de aDNA de amostras marroquinas da Idade da Pedra Posterior do local de Taforalt indica que pelo menos um terço da ancestralidade de Taforalt deriva de populações da África Subsaariana. Quando as amostras de Taforalt e da África Subsaariana são incluídas na análise de agrupamento não supervisionada ( Apêndice SI , Nota Complementar 7 ), observamos que IAM e Taforalt se agrupam em K = 7, conforme observado para a análise MEGA-HGDP ADMIXTURE. No entanto, conforme relatado por van de Loosdrecht et al. ( 17 ) para Taforalt, podemos detectar componentes da África Ocidental (maximizada em Gambianos e Yoruba) e da África Oriental (maximizada em Hazda) no IAM com valores K mais baixos. Em contraste, o TOR não mostra qualquer ascendência da África Subsariana e o KEB está novamente numa posição intermédia, com ascendência da África Subsariana inferior à do IAM. 
 
Para comparar nossas amostras diretamente com os genomas de populações antigas e modernas, calculamos as distâncias do índice de fixação de pares (F ST ), que, diferentemente do PCA e das análises de ancestralidade global, são insensíveis à inclusão de um grande número de indivíduos de populações modernas. Os valores de F ST (indicados entre parênteses) indicam que as amostras do IAM são tão diferenciadas de todas as outras populações quanto os iorubás são dos não-africanos ( Apêndice SI , Nota Suplementar 9 ), com exceção de Taforalt (0,049) e, em menor grau , KEB (0,090; semelhante à distância entre Yoruba e Mbuti), os Guanches (0,125; semelhante à distância entre Somali e Mbuti) e as populações modernas do Norte de África (0,115 a 0,138). O mesmo padrão é observado para amostras de Taforalt, que mostra sua menor distância F ST com IAM, seguido novamente por KEB (0,129), os Guanches (0,150) e os modernos norte-africanos (0,130 a 0,149). Dada a heterozigosidade relativamente baixa e as altas proporções de identidade por descendência observadas no IAM ( Apêndice SI , Nota Complementar 8 ), esta diferenciação pode ser impulsionada pelo isolamento e deriva genética. O IAM é divergente das outras populações, com exceção de populações que poderiam ter compartilhado a deriva genética com eles ou recebido influxo genético deles. Isto levanta a possibilidade de que as pessoas Taforalt/IAM estivessem isoladas no Norte de África desde os tempos paleolíticos, quando uma migração de regresso da Eurásia trouxe os haplogrupos M1 e U6 do mtDNA para o Magrebe ( 19 ). Embora o IAM seja claramente mais semelhante ao KEB do que a maioria das populações, o inverso não é verdadeiro. KEB tem distâncias F ST mais baixas com populações antigas da Anatólia (0,032), armênia (0,025 a 0,053), europeia (0,036 a 0,041, excluindo caçadores-coletores europeus), levantina (0,020 a 0,079) e iraniana (0,081 a 0,081), como em comparação com o IAM. No painel de referência de DNA moderno, o KEB é semelhante às populações do Norte de África, da Europa e do Médio Oriente. Entre as populações antigas, o TOR é mais semelhante aos europeus do Neolítico Médio/Calcolítico (0,029 a 0,031) e, entre as populações modernas, o TOR é mais semelhante aos da Espanha, norte da Itália e Sardenha.
Para investigar melhor as afinidades genéticas das amostras IAM, KEB e TOR, conduzimos análises estatísticas f3 de grupo externo ( 24 ). Ao usar uma população externa que não experimentou nenhum fluxo gênico pós-divergência com nenhuma das populações comparadas, a estatística f3 calculada na forma f3(PopA, PopB; grupo externo) nos permite determinar a quantidade de deriva compartilhada entre duas populações, PopA e PopB. Selecionamos a população Ju'hoan como grupo externo e comparamos nossas três populações antigas (IAM, KEB e TOR) com todas as populações antigas no painel Origens Humanas, bem como as amostras de Taforalt e Guanche. Os maiores valores de f3 para IAM são observados para Taforalt (0,3060) e KEB (0,2296). Consistente com resultados anteriores, quando Taforalt, KEB e Guanches (f3 = 0,2196) são excluídos, o IAM compartilha mais deriva com populações levantinas antigas, como comunidades epipaleolíticas (natufianos; f3 = 0,2296) e indivíduos neolíticos pré-cerâmicos (f3 = 0,2167). ) ( Fig. 3 e Apêndice SI , Nota Complementar 10 ), do que com qualquer outra população antiga. Isto confirma resultados anteriores para Taforalt ( 17 ) indicando uma intrusão levantina no Norte de África em tempos paleolíticos. Para explorar ainda mais a conexão entre as populações do IAM e do Levante, realizamos uma análise estatística f4 para testar se o IAM compartilha mais alelos com qualquer outra população no painel Origens Humanas ( 2 , 25 ) do que com populações antigas do Levante ( SI Apêndice , Nota Complementar 10 ). Quando calculado na forma f4 (IAM, chimpanzé; população levantina, população africana), um valor estatístico f4 positivo indicaria que a população de teste compartilha mais alelos com o levantino do que com as populações africanas. Consistentemente, todas as comparações produziram valores positivos significativos e indicaram uma maior similaridade do IAM com os agricultores natufianos e levantinos. Isto sugere que a maior parte da ancestralidade do IAM se origina de uma fonte fora da África, já que o IAM compartilha mais alelos com os levantinos do que com qualquer africano subsaariano, incluindo o genoma de 4.500 anos da Etiópia ( 14 ). Para testar ainda mais a hipótese de que o IAM está mais intimamente relacionado com populações fora de África, determinamos se poderíamos detectar a ascendência neandertal no IAM, o que é típico de populações não africanas. Um sinal de ascendência Neandertal foi detectado nas populações modernas do Norte de África ( 26 ). A falta de ascendência neandertal no IAM implicaria que o sinal observado hoje é um produto da migração mais recente do Médio Oriente e da Europa para o Norte de África em tempos históricos. Comparado com a sequência do genoma de alta cobertura do Neandertal de Altai ( 27 ) e a sequência de baixa cobertura da Caverna Vindija ( 28 ), e usando a estatística S ( 24 ), detectamos um sinal de introgressão do Neandertal no IAM, sugerindo derivação do mesmo evento partilhada por populações não africanas ( Apêndice SI , Nota Suplementar 10 ).
Figura 3.
Estatística f3 do grupo externo para IAM ( A ), KEB ( B ) e TOR ( C ); estatística f4 de mistura para IAM ( D ) e estatística f3 de mistura para KEB ( E ).
As distâncias F ST e outgroup-f3 indicam uma alta similaridade entre IAM e Taforalt. Conforme observado para o IAM, a maior parte da ancestralidade da amostra de Taforalt deriva de populações epipaleolíticas do Levante. No entanto, van de Loosdrecht et al. ( 17 ) também relataram que um terço da ascendência Taforalt era de origem da África Subsaariana. Para confirmar se os indivíduos do IAM apresentam um componente da África Subsaariana, calculamos f4 (chimpanzé, população africana; Natufian, IAM) de tal forma que um resultado positivo para f4 indicaria que o IAM é composto por ancestrais levantinos e africanos. Consistente com os resultados observados para Taforalt, os valores de f4 são significativamente positivos para as populações da África Ocidental, com o valor mais elevado observado para Gâmbia e Mandenka ( Fig. 3 e Apêndice SI , Nota Complementar 10 ). Juntos, esses resultados indicam a presença dos mesmos componentes ancestrais em populações de Marrocos com aproximadamente 15.000 e 7.000 anos de idade, sugerindo fortemente uma continuidade temporal entre as populações da Idade da Pedra Posterior e do Neolítico Inferior no Magrebe. No entanto, é importante ter em conta que o número de genomas antigos disponíveis para comparação ainda é baixo e a amostragem futura pode fornecer um refinamento adicional na história evolutiva do Norte de África.
As análises estatísticas F ST e outgroup-f3 indicam que KEB compartilha ancestralidade com IAM, bem como mais deriva genética com populações do Neolítico e Calcolítico da Anatólia e da Europa, com a maior deriva genética compartilhada aparecendo em amostras do Neolítico Inferior Ibérico ( Fig. 3 e Apêndice SI , Nota Complementar 10 ). Este padrão e o resultado do ADMIXTURE poderiam ser explicados se a população KEB fosse uma mistura entre grupos relacionados com o IAM e grupos neolíticos europeus. Para testar formalmente esta hipótese, utilizamos um teste de mistura f3 ( 24 ). Quando calculado na forma f3(PopA, PopB; alvo), um valor negativo da estatística f3 é indicativo de que a população alvo é uma mistura das populações PopA e PopB. Para a nossa análise, utilizamos KEB como população de teste, IAM como população de referência e uma das populações Neolítica e Calcolítica da Anatólia e da Europa como segunda população de referência. Todas as comparações produziram valores negativos da estatística f3, o que sugere que a população KEB pode ser modelada como uma mistura de IAM e Neolítico Anatólio/Europeu.
TOR tem ascendência mais compartilhada com amostras ibéricas do Neolítico Inferior e outras populações do Neolítico e Calcolítico da Europa. Estudos arqueológicos sugeriram que existia uma cultura andaluza do Neolítico Inferior com influências do Norte de África antes da expansão Cardial na bacia do Mediterrâneo Ocidental ( 29 ). No entanto, observamos que as amostras TOR têm uma composição genética semelhante à dos indivíduos Cardial da Península Ibérica, evidenciando uma origem comum e descartando um Neolítico Inferior Andaluz distinto da cultura Cardial.
Por último, embora limitadas pela baixa cobertura, as previsões fenotípicas baseadas em variantes genéticas de efeitos conhecidos concordam com as nossas estimativas de ancestralidade global. As pessoas do IAM não possuíam nenhum dos SNPs europeus associados à pigmentação clara e provavelmente tinham pele e olhos escuros. As amostras IAM contêm alelos ancestrais para variantes associadas à pigmentação presentes nos SLC24A5 (rs1426654), SLC45A2 (rs16891982) e OCA2 genes (rs1800401 e 12913832). Por outro lado, os indivíduos KEB exibem alguns alelos de origem europeia que predispõem os indivíduos a ter pele e olhos mais claros, incluindo aqueles nos genes SLC24A5 (rs1426654) e OCA2 (rs1800401) ( SI Apêndice , Nota Complementar 11 ).

Conclusão

As análises genéticas revelaram que a história populacional dos modernos norte-africanos é bastante complexa ( 11 ). Com base na nossa análise de aDNA, identificamos um componente marroquino do Neolítico Inferior que é ( i ) restrito ao Norte da África nas populações atuais ( 11 ); ( ii ) a única ancestralidade nas amostras do IAM; e ( iii ) semelhante ao observado em amostras posteriores da Idade da Pedra em Marrocos ( 17 ). Concluímos que esta componente, distantemente relacionada com a das comunidades epipaleolíticas do Levante, representa a ancestralidade autóctone magrebina associada às populações berberes. Nossos dados sugerem que as populações humanas foram isoladas no Magreb desde os tempos do Paleolítico Superior. A nossa hipótese está de acordo com pesquisas arqueológicas que apontam para a primeira fase da expansão neolítica em Marrocos como resultado de uma população local que adotou algumas inovações tecnológicas, como a produção de cerâmica ou a agricultura, de áreas vizinhas. 
 
Por volta de 3.000 aC, uma continuidade na propagação do Neolítico trouxe ancestrais do tipo mediterrâneo para o Magrebe, provavelmente da Península Ibérica. Outros vestígios arqueológicos, como o marfim de elefante africano e os ovos de avestruz encontrados em sítios ibéricos, confirmam a existência de contactos e redes de intercâmbio através de ambos os lados do estreito de Gibraltar nesta altura. 
 
As nossas análises apoiam fortemente que pelo menos parte da ancestralidade europeia observada hoje no Norte de África está relacionada com migrações pré-históricas, e as populações berberes locais já estavam misturadas com europeus antes da conquista romana. Além disso, ancestrais europeus/ibéricos adicionais poderiam ter alcançado o Magrebe depois do povo KEB; este cenário é apoiado pela presença de cerâmica Bell-Beaker de tipo ibérico em camadas estratigráficas mais recentes das cavernas IAM e KEB. Os futuros esforços paleogenómicos no Norte de África irão desvendar ainda mais a complexa história das migrações que forjaram a ancestralidade das populações misturadas que observamos hoje.

Materiais e métodos

Medidas para evitar e monitorar a contaminação do DNA moderno foram aplicadas, em todos os momentos, durante a manipulação das amostras. O aDNA foi extraído de dentes ou ossos, construído em bibliotecas indexadas de fita dupla e sequenciado em um Illumina NextSeq 500 ( Apêndice SI , Nota Complementar 2 ). Devido às condições ambientais dos cemitérios, esperávamos recuperar baixas proporções de DNA endógeno desses vestígios antigos. Para superar as limitações devido à degradação do DNA, aplicamos dois métodos de captura diferentes para enriquecer leituras humanas ( Apêndice SI , Nota Complementar 2 ), com um visando todo o genoma ( 30 ) e outro visando as variantes do array MEGA (Illumina).
As leituras foram aparadas e os adaptadores removidos usando AdapterRemoval ( 31 ) e depois mapeados para o genoma de referência humano (hg19) usando Burrows-Wheeler Aligner ( 32 ). Leituras de baixa qualidade (valor de qualidade de mapeamento <30) e duplicadas foram removidas usando SAMtools ( 33 ). MapDamage ( 34 ) foi usado para visualizar padrões de incorporação incorreta e fragmentação e para redimensionar a qualidade das bases provavelmente afetadas por danos post-mortem. Os intervalos de confiança para determinação do sexo foram calculados seguindo Skoglund et al. ( 35 ). Os haplogrupos de mtDNA foram determinados usando HaploGrep ( 36 ). A inferência de haplogrupos do cromossomo Y foi realizada como em Schroeder et al. ( 37 ). Como painel de referência, utilizamos o painel Human Origins ( 2 ) e o conjunto de dados HGDP genotipado com MEGA-ex (Illumina). Para PCA, projetamos as amostras de aDNA no espaço PCA construído com o conjunto de dados moderno, usando LASER ( 38 ) e a opção lsqproject do smartpca ( 39 ). Para projeção PCA utilizando LASER, a análise foi realizada sem chamada de SNP. Resumidamente, os dados de sequência para cada população de referência foram simulados para corresponder à cobertura do arquivo aDNA bam, e o espaço PCA foi construído com base no conjunto de dados de referência simulado juntamente com a amostra de aDNA. Em seguida, o clustering de baixa cobertura foi projetado no espaço PCA de referência de cobertura total usando a análise de Procrustes. Para projeção de PCA usando smartpca e análises subsequentes, a chamada de SNP foi realizada com empilhamento SAMtools para obter a lista de variantes presentes no HGDP ou no painel Human Origins, filtrando bases com BASEQ >30, aparando 4 pb em ambas as extremidades e mantendo um alelo ao acaso. As estimativas de mistura foram realizadas usando o software ADMIXTURE ( 22 ). As distâncias F ST foram calculadas usando smartpca ( 39 ). As proporções de identidade por descendência foram estimadas usando PLINK ( 40 ), e estimativas de heterozigosidade foram produzidas usando um método recentemente desenvolvido para genomas de baixa cobertura ( SI Apêndice , Nota Complementar 8 ). As estimativas das estatísticas f foram calculadas usando o software admixtools ( 24 ). Todas as parcelas foram preparadas usando o software R ( 41 ). Informações detalhadas sobre os métodos estão incluídas no Apêndice SI .

Disponibilidade de dados

Deposição de dados: Os dados de sequência estão disponíveis através do European Nucleotide Archive ( PRJEB22699 ). Sequências de consenso de mtDNA estão disponíveis no Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia (números de acesso MF991431 MF991448 ).

Agradecimentos

O CDB e a RF foram financiados por uma doação da National Science Foundation (1201234); RF foi financiado por uma bolsa da Fundación Canaria Dr. Manuel Morales; MDC-M. e DM-S. foram financiados pela bolsa HAR2016-78197-P do Ministério da Economia e Competitividade da Espanha; A AERS foi financiada por uma bolsa Ciência sem Fronteiras da Agência Federal Brasileira de Apoio e Avaliação da Pós-Graduação; e BS e JK foram financiados por uma doação da Fundação Gordon e Betty Moore (GBMF-3804).

Informações de apoio

Apêndice (PDF)

Referências

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