Analiza genomica a populatiei cu cranii alungite releva o imigrare extinsa de influenta feminina in Bavaria Medievala Timpurie

Fig. 1.

( A ) Cranii investigate cu puternic ( stanga , AED_1108) intermediar, ( mijloc , STR_220) si nu ( dreapta , AED_92) deformare a craniului. ( B ) Amplasarea siturilor arheologice din care au fost analizati genomii ( n = 41) pe o harta a Europei, cu granitele actuale ale Germaniei si cu fostele granite ale Imperiului Roman (vest) si estic (maro deschis). Site-urile de probe bavareze (patrat negru) sunt afisate in Inset. Site-uri in detaliu (numar de cranii deformate / neformate): Altenerding (3/7), Alteglofsheim (1/0), Altheim (0/4), Barbing-Irlmauth (1/1), Burgweinting (1/1) si Ingrosare (3/9). Cinci persoane suplimentare din Straubing au fost definite ca intermediare. In plus, sunt date site-uri de referinta cu care au fost comparate datele genomului bavarez si medieval: FN_2 (Freiham langa Munchen, AD300 AD), craniu deformat VIM_2 (Viminacium in Serbia, ∼550 AD), craniu deformat KER_1 (Kerch in Crimeea , 256–401 d.Hr.), si doi sarmati PR_4 si PR_10 (Pokrovka in sudul Rusiei, secolele V-II i.Hr.).

Generare de date

Am identificat 36 de esantioane arheologice din sase cimitire diferite timpurii medievale din Bavaria (fig. 1 si apendicele SI , tabelul S1), datand aproximativ de la mijlocul secolului 5 pana la mijlocul secolului VI d.Hr., care erau potrivite pentru analiza genomica bazata pe continut ridicat de ADN endogen (medie 48,43%, 10,41-72,64%), complexitate ridicata a bibliotecilor ADN, dovezi de deteriorare postmortem in concordanta cu ADN-ul antic (8) si estimari scazute de contaminare (calculate din controale necompletate: medie 0,15%, 0,004– 1,25% si rata de contaminare mitocondriala: medie 1,12%, 0,006–7,09%). Pentru comparatie, am examinat suplimentar urmatoarele cinci probe: FN_2 (aproximativ 300 d.Hr.) din Munchen care pare a fi un soldat roman (a se vedea apendicele SI, sectiunea 1), KER_1 (sec. III-IV d.Hr.) din Crimeea asociata cu cultura materiala Ostrogoth, VIM_2 (secolul al VI-lea d.Hr.) din Serbia asociata cu cultura materiala Gepid si doua probe asociate cu sarmati de pe site-ul Pokrovka din sudul Uralilor din Rusia (PR_4 si PR_10, secolele V-II i.e.n.). Atat KER_1 cat si VIM_2 au avut o deformare a craniului, in timp ce PR_4 si PR_10 sunt de asteptat sa aiba o ancestralitate genetica comuna cu migrantii din Stepa care ar fi putut actiona ca sursa pentru ACD in Europa.

Toate cele 41 de probe s-au supus captarii si secventarii tintite folosind un tablou care a vizat ∼5.000 de loci neutri neincheiati putativ, fiecare continand in primul rand 1.000 pb de secventa contigua (denumita in continuare neutralomul de 5 Mb), precum si 486 loci SNP de asociatie fenotipica cunoscuta. Am obtinut o acoperire medie de 72 × la neutomul de 5 Mb cu o gama de 13 × 147 × pe 41 de probe. Excluzand cele doua probe cu acoperire <20 × (STR_328 = 16 ×, PR_4 = 13 ×), am putut obtine raporturi de tranzitie-tranzitie apropiate de valoarea asteptata de 2.1 cand apelam genotipuri folosind un model care incorporeaza daune postmortem (9) . In plus, 11 dintre aceste probe (inclusiv KER_1, VIM_2 si FN_2) au suferit o secventiere suplimentara a intregului genom (WGS) (adancimea medie 5.56 ×, 2.26 × –13.27 ×, apendicele SI , tabelul S6).

Contextul arheologic.

Toate inmormantarile bavareze medievale timpurii cercetate au fost datate fie prin descoperiri arheologice si / sau o combinatie de date de 14C si marfuri grave ( Anexa SI, Tabelul S1). Noua dintre aceste probe (toate femeile bazate pe comparatii ale cromozomului X relativ cu profunzimea de citire autosomala) au aratat semnale clare de deformare a craniului, in timp ce starea deformatiei craniului era discutabila pentru 5 probe (4 femei si un barbat, denumite in continuare „intermediare” „). Din celelalte 22 de probe cu forma normala de craniu, 13 au fost femei. Retinem ca STR_502 a fost gasit pana in prezent cu doua generatii mai tarziu decat alte probe din cimitir. Unele femei cu ACD ar putea fi argumentate pentru a demonstra asamblari grave asociate cu un context estic (STR_328, AEH_1), dar altele nu erau specifice (NW_54) sau erau comune in zona investigata (de exemplu, STR_535). Un context putativ oriental poate fi observat si la unii dintre indivizii fara ACD (de exemplu, STR_266). Niciuna dintre mormintele cu ACD nu prezinta anomalii cu privire la obiceiurile de inmormantare (10). Doua esantioane de la Straubing au fost considerate a fi frati ambii cranieni (STR_355, femeie si STR_491, barbat). Intrucat primele aveau o acoperire mai mare, cel de-al doilea a fost exclus din orice analiza bazata pe populatie a esantioanelor antice.

Originea geografica si diversitatea genetica.

O analiza principala a componentelor (PCA) a datelor noastre genomice antice, comparativ cu cea dintr-o varietate de esantioane moderne de populatie de referinta, folosind atat seturi de date haploide cat si diploide, precum si o grupare supravegheata bazata pe model, a datelor diploide, a constatat ca toti barbatii si 11 dintre 13 femei cu o forma normala de craniu, grupate in randul persoanelor moderne din nordul si centrul Europei (Figurile 2 si 3). Analizele suplimentare care examineaza modelele de partajare a haplotipurilor folosind doar genomuri intregi antice cu acoperire> 10 × au aratat, de asemenea, un grad ridicat de potrivire cu nordul / centrul Europei in raport cu presupusul soldat roman FN_2 ( Anexa SI , Fig. S49) si ca grup, ambele sexe cu forma normala a craniului au fost cele mai apropiate (dupa cum a fost evaluat de FST pe haplotipuri diploide de 1 kb) la 1000 de mostre de genomi moderni din Ascendentul Europei de Nord si Vest (CEU) ( Anexa SI , Tabelul S37).

O analiza de repartizare a populatiei (PAA) la nivelul statelor nationale moderne individuale a sugerat cea mai mare asemanare genetica a acestor persoane cu cranii normale cu germanii moderni, in concordanta cu locatia lor de esantionare (fig. 4 A si B si apendicele SI , tabelul S35). Singurele exceptii de la acest tipar general al stramosilor din Europa de Nord / Central au fost cele doua femei, STR_300 si STR_502, care aveau o descendenta mai sudica, asociate cu Grecia si Turcia, respectiv ( Anexa SI , Fig. S29).

O femela mult mai diversa a fost observata in randul femelelor cu cranii alungite, asa cum s-a demonstrat printr-un F IS bazat pe grup semnificativ mai mare ( Anexa SI , Fig. S35). Toate aceste femei au avut cantitati diferite de stramosi genetici, gasite astazi cu preponderenta in tarile din sudul Europei [asa cum se observa prin cantitatile diferite de stramosi deduse de grupari bazate pe model care sunt reprezentative pentru un esantion din Toscana moderna, Italia (STI), Fig. 3] si, in timp ce majoritatea esantioanelor s-au dovedit a fi cele mai apropiate de europenii din sud-estul modern (Bulgaria si Romania, Fig. 4 C), cel putin un individ, AED_1108, parea sa detina an20% stramosi din Asia de Est (Fig. 3), ceea ce a fost evident si din numarul mare de haplotipuri din neutralomul de 5 Mb care erau private pentru modernii 1000 de genomi din Asia de Est (EAS), demonstrand, de asemenea, un profil general de descendenta in concordanta cu populatiile din Asia Centrala ( Anexa SI , Fig. S33). Nicio persoana europeana moderna de la Panoul de diversitate al genomului Simons (SGDP) (11) nu a aratat nicio dovada a unei stramosi semnificative din Asia de Est, cu exceptia unei persoane maghiare cu mai putin de 5%. O cantitate mai mare de stramosi din Asia de Est a fost dedusa pentru AED_1108 decat toti indivizii moderni din Caucaz si Orientul Mijlociu si 28 din 33 de indivizi din Asia de Sud.

Din indivizii cu dimensiunea intermediara a craniului, o femela (STR_310) a prezentat acelasi profil de ascendenta din sudul Europei gasit la majoritatea altor femei cu deformare clara a craniului, in timp ce celelalte patru grupate in mod clar in nordul / centrul europenilor ( Anexa SI , Fig. S30). In plus, in timp ce femelele cu cranii normale au prezentat in general aceeasi componenta nord-centrala a Europei ca si barbatii (cu exceptia STR_300 si STR_502), o componenta mica, dar semnificativa din Asia de Est a fost dedusa constant pentru ALH_3.

O descendenta diversa a fost, de asemenea, dedusa pentru cele doua probe non-bavareze cu capete alungite. KER_1 din Ucraina detinea stramosi importanti din Europa de Sud, precum si stramosi din Asia de Sud, cu un profil de ansamblu care se potrivea cel mai bine persoanelor moderne din Turcia. Gepid VIM_2 din Serbia a demonstrat un profil genetic asemanator Asiei Centrale cu cel al Bavariei medievale AED_1108 cu o componenta si mai mare din Asia de Est si un numar de haplotipuri private, dar cu o mai mare descendenta din Europa de Sud / Orientul Mijlociu ( Anexa SI, Fig. S31 si S33). Cei doi indivizi sarmati (PR_4 si PR_10) au montat un profil general din estul Europei / din Asia de Vest, dar detineau, de asemenea, o componenta mult mai mare din nordul Europei [asa cum este reprezentata de indivizii moderni finlandezi (FIN)] asemanatoare cu rusii moderni, in concordanta cu locatia lor de esantionare. Asa cum s-a observat anterior in Schiffels si colab. (12) Esantioanele anglo-saxone contemporane pareau a fi in primul rand de origine europeana nord-centrala, cu cea mai mare similitudine in general cu persoanele moderne britanice si scandinave ( apendicele SI , fig. S32).

Un semnal al structurii populatiei printre esantioanele noastre antice a fost, de asemenea, observat atunci cand nu au fost utilizate probe moderne de referinta pentru orientarea descendentei genomice. O analiza de clustering bazata pe model nesupravegheat cu K = 2 ( apendicele SI , fig. S27) a reiterat rezultatele folosind analiza supravegheata care a identificat indivizi cu origini predominant nordice / centrale fata de sudul Europei, in timp ce o analiza externa a identificat STR_502, VIM_2, PR_10 , KER_1 si AED_1108 la fel de semnificativ distincte de toate celelalte probe, in concordanta cu stramosii lor non-europene semnificative atunci cand le orientam catre populatii moderne de referinta.

De asemenea, a fost remarcabil faptul ca niciun individ bavarian (normal sau ACD, barbat sau femeie) nu detinea stramosi in legatura cu sud-vestul Europei, asa cum este reprezentat de un esantion de persoane secventiate din populatia iberica din Spania (IBS). Acest lucru este in contrast cu soldatul roman datand in jurul a 300 de ani esantionati din aceeasi regiune, pentru care cea mai mare componenta ancestrala a fost IBS, cu cea mai mare similitudine genetica cu indivizii moderni din Spania si sudul Frantei ( Anexa SI , Fig. S31). Pe baza unei analize a modelelor de partajare a haplotipului, soldatul roman (FN_2: 11.08 ×) s-a dovedit a avea in mare masura mai multe stramosi din Europa de Sud, Asia de Vest si Orientul Mijlociu decat doua bavareze medievale timpurii cu o acoperire genomica ridicata (ALH_10: 12.17 ×, ALH_1: 13.27 ×) ( Anexa SI, Fig. S48 si S49).

Analiza fenotipica

Alaturi de neutralomul de 5 Mb, am imbogatit 486 de loci (in medie 52 × 8 × 174 ×, acoperire calculata excluzand pozitiile cromozomiale X / Y) care au fost asociate cu fenotipuri specifice (inclusiv anumite functii fiziologice) ( apendicele SI , sectiunea 7), multe dintre care se crede ca au schimbat frecventele in populatiile umane in ultimii 10.000 de ani, datorita adaptarii la diferite medii si schimbarii dietei. Pe baza sistemului HIrisPlex (13), majoritatea (∼80%) dintre indivizii cu cranii normale sau intermediare (si, prin urmare, stramosi ai Europei nord-centrale) au prezentat probabilitati mari pentru ochi albastri si parul blond ( apendicele SI , fig. S7 A si B); in schimb, majoritatea femeilor cu cranii deformate aveau o probabilitate ridicata de ochi caprui (80% dintre indivizi), iar parul brun si blond (∼60%, respectiv 40% dintre persoane) au fost reprezentate in esantion.

La examinarea alelei 13910 * T asociate cu persistenta lactazei, grupul neformat avea frecvente de alela (0,571; 95% CI 0,422–0.721) asemanatoare cu europenii centrali moderni, in timp ce indivizii cu cranii deformate au prezentat frecvente mai mici (0,278; 95% CI 0,071– 0,485); in aceasta privinta, seamana mai mult cu europenii din sudul actual (14) ( apendicele SI , fig. S7 C ). Observam ca, chiar si in epoca bronzului, aceasta alela a fost gasita la mai putin de 10% in Europa (15), oferind o fereastra destul de ingusta de ∼2.000 y in care fenotipul persistentei lactazei trebuie sa fi crescut rapid in frecventa pe continent.

S-a sugerat anterior ca o retea de alele cu risc de boala inflamatorie se afla recent in selectie pozitiva la europeni, posibil ca raspuns la pandemicele Yersinia pestis (16). Cu toate acestea, in ciuda populatiei noastre bavareze care traiau cu mult inaintea perioadei mortii negre si chiar chiar inainte de prima instanta inregistrata de ciuma bubonica, adica a ciumei Justinian din estul Europei, la toate cele trei au fost analizate frecventele de alele ale alele presupuse protectoare. sunt similare cu cele din populatiile europene moderne ( Anexa SI , Fig. S7 Dsi tabelul S30). Frecventele de alele la alte sapte loci asociate cu boli inflamatorii comune, cum ar fi boala Crohn, diabetul de tip 1, scleroza multipla si boala celiaca, de asemenea, nu se disting in esantionul medieval de cele din europenii moderni, care se potrivesc bine cu Raj et al. (16) asteptarile ca schimbarile de frecventa de alela la aceste loci s-au produs din cauza selectiei cu mai mult de 5.000 de ani in urma.

Parametrizarea cresterii recente a populatiei europene.

Mai multe studii genetice ale populatiei au dedus ca europenii au suferit o crestere recenta a populatiei explozive de 1-4% pe generatie (17, 18), estimarile privind inceputul acestei cresteri fiind cuprinse intre 3,5 si 9,5 mii de ani in urma (kya). In plus, arheologii au dedus ca Europa centrala a cunoscut o tendinta generala de crestere a populatiei incepand din perioada medievala timpurie pana in perioada moderna (19). In acest sens, esantionul nostru este potrivit cronologic pentru a calibra cursul demografiei populatiei europene. Am estimat un spectru de frecventa de alela (AFS) pentru persoanele de sex masculin si feminin cu formare normala a craniului (excluzand STR_300 si STR_502) la neutromul nostru de 5 Mb si am gasit un exces de singletoni, ceea ce ar fi in concordanta cu cresterea europeana incepand cu cel putin inainte de varsta populatiei noastre stravechi. Am utilizat ∂a∂i (20) pentru a se potrivi unui AFS bidimensional (2D-AFS) format din populatia noastra bavareza antica si 492 cromozomi de la indivizi olandezi moderni (21) la un model demografic care contine o crestere exponentiala recenta (22). ca continuitate intre populatiile olandeze antice si moderne (GoNL). In plus, am profitat de timpul fixat in ani care separau cele doua populatii (1,5 ky) pentru a estima simultan rata de mutatie pe generatie, μ, mai degraba decat sa trebuim sa convertim estimarile parametrilor nostri in unitati reale folosind o rata asumata. Am estimat ca cresterea a inceput 5,9 kya (95% CI 4,4-10,4 kya) cu o rata de crestere de 1,81% (95% CI 1,00-2,36%) si o estimare a μ 1,14 × 10−8 (95% CI 6,51 × 10 −9–1.53 × 10−8),

Dinamica mobilitatii feminine.

Rezultatul cel mai izbitor al acestui studiu este diferenta genetica dintre indivizii timpurii medievali ingropati in Bavaria cu si fara ACD. In timp ce atat masculii cat si femelele cu cranii normale s-au dovedit a fi un set in mare parte omogen de indivizi cu o stramoseala comuna nordica / centrala europeana (cu doua exceptii STR_300 si STR_502), femelele cu cranii deformate prelevate din aceleasi cimitire au fost foarte diverse din punct de vedere genetic, ceea ce demonstreaza. o gama larga de ascendenta europeana nordica / centrala si sudica / de sud-est moderna si chiar cateva probe cu stramosi din Asia de Est.

Daca structura variatiei genetice moderne poate fi considerata un proxy adecvat pentru modul in care variatia genetica a fost aproximativ structurata in Europa si in restul Eurasiei cu 1.500 de ani in urma, atunci indivizii locali medievali bavarezi probabil ca nu practicau ACD cu propriii lor copii. In schimb, in ​​conformitate cu sugestia lui Hakenbeck (6), femelele adulte cu cranii deformate gasite in Bavaria Medievala probabil au migrat din sud-estul Europei, regiune care nu numai ca contine cele mai vechi inmormantari europene cunoscute de barbati si femei cu ACD, dar si cea mai mare acumulare ( Anexa SI, Fig. S51 si S52). Pare, de asemenea, putin probabil ca migratia in masa a oamenilor din sud-est sa fie implicata, deoarece se pare ca nu exista niciun impact major asupra bazinului de gene local bavarez (probele ACD constituie doar un procent foarte mic din inmormantarile locale). In schimb, avand in vedere ca ACD a fost o procedura implicata in mod deosebit si intensiv in forta de munca, care poate indica un anumit rol sau statut in societatea medievala, aceste femei s-ar fi putut muta ca parte a unui sistem in care comunitatile locale bavareze au practicat exogamia pentru a forma aliante strategice cu entitati pentru Est.

Diversitatea profilului genomic al femeilor imigrante cu ACD sugereaza doua modele primare in legatura cu modul in care, cine si in ce masura aceste popoare din Europa Centrala au interactionat cu oamenii din est. In primul rand, populatiile locale din Bavaria Medievala Timpurie ar fi putut avea contacte directe cu un set extrem de divers de oameni care practica ACD, variind de la triburi din sud-estul Europei, cum ar fi Gepidii, pana la cele cu origini probabil si mai asiatice, care s-au mutat in Europa, precum Huns, ceea ce ar explica prezenta stramosilor din Asia de Est in AED_1108 si, eventual, STR_328 si ALH_3. In mod alternativ, acest grup de femei poate avea origini exclusiv in sud-estul Europei si mai precis in zona bazinului Dunarii mijlocii sau inferioare, care in sine continea un amestec de oameni de lunga durata si in care obiceiul de a crea cranii alungite a aparut atat la nivel local, cat si din interactiuni cu grupuri din est (nu numai hunii, ci si sarmatii si alanii predatori), similar modelului propus de Molnar et al. (24). Profilele genomice similare din Asia Centrala ale AED_1108 din Bavaria si VIM_2 din Serbia din secolul al VI-lea sustin acest al doilea scenariu.

In timp ce femelele imigrante ar fi fost clar distincte din punct de vedere fizic intre populatia locala pe baza combinatiei dintre crania lor marita, precum si a diferitelor modele de ochi, par, si poate chiar modele de pigmentare a pielii, este de remarcat faptul ca ansamblurile lor de marfuri grave par sa reflecte. atat obiceiuri locale, cat si culturi materiale mai indepartate (10). Acest lucru indica nu numai un nivel potential semnificativ de integrare a acestor femei in viata locala, dar si precautii impotriva reducerii migratiei numai din cultura materiala.

O raspandire hunnica pentru deformarea craniului in Europa?

Se pune intrebarea daca originea ascendenta a Asiei de Est observata atat in ​​esantioanele noastre bavareze cat si la inceputul secolului 6, bavareza si sarba, este in concordanta cu o presupusa origine hunnica finala a deformarii craniului atat in ​​Europa de Est cat si in vestul Europei. In general, se presupune ca hunii erau un amestec divers de oameni din estul Europei si din Asia Centrala si ca au integrat barbati si femei din populatiile locale in timpul expansiunii lor spre vest (25).

Situat la 1.600 km distanta de VIM_2 si care depaseste atat acest esantion cat si AED_1108 de cel putin un secol, craniul nostru cel mai simplu esantionat este KER_1 din Crimeea. Epoca esantionului si contextul sau arheologic asociaza craniul cu oamenii Ostrogoth, dar si cu orasul grecesc antic Pantikapaion, despre care se spune ca a fost distrus de hunii in 370 d.Hr. ( Anexa SI, sectiunea 1). Astfel, am putea ipoteza o origine exclusiva „hunnica” a deformarii craniului care se raspandeste din Stepa si in Europa ar fi reflectata in stramosii Asiei Centrale / de Est in KER_1 similar cu AED_1108 si VIM_2. Cu toate acestea, KER_1 nu a furnizat nicio dovada a unei astfel de stramosi. In schimb, prezinta similitudini cu populatiile mediteraneene de astazi, in concordanta cu aceasta fiind o colonie comerciala greaca fondata in secolul al VI-lea i. Desi in mod clar sunt necesare mai multe esantioane pentru a sustine aceasta evaluare, absenta oricarei origini din Asia Centrala si de Est in KER_1, dar o proportie semnificativa observata in AED_1108 si VIM_2 este totusi surprinzatoare si nu este in conformitate cu o origine exclusiva din Asia Centrala / de Est a ACD.

Ca un „proxy” suplimentar pentru o potentiala origine estica a indivizilor cu ACD, am analizat genomii asociati cu sarmatieni din sudul Rusiei (400 i.Hr.). Desi exista unele dovezi genetice ale unei origini din Asia de Est in aceste probe, aceasta este limitata si mult mai mica decat cea estimata atat in ​​AED_1108 cat si in VIM_2. Cea mai mare componenta suplimentara a stramosilor lor este reprezentata de indivizii moderni finlandezi (o mare parte din care reflecta probabil stramosii lor observati anterior ca un Yamnaya) (26), care este foarte scazut in toate celelalte probe antice (cranii normale si deformate). In general, nu am gasit dovezi pentru o cantitate mai mare de ascendenta legata de Asia de Est la cei 10 indivizi de craniu deformati in raport cu 29 de indivizi fara cranii deformate (testul Wilcoxon-suma suma P pe doua fete)valoare = 0,84). Cand este combinat cu dovezi arheologice de deformare a craniului in Romania inca din secolul al II-lea, poate sugereaza ca orice influenta hunnica sau anterioara de tip sarmatian in raspandirea traditiei ACD de la Stepa ar putea fi scazuta, iar impactul lor genetic chiar mai mic.

Lipsa influentei mediteraneene si galo-romane asupra structurii genetice bavareze medievale.

Excluzand indivizii cu ACD si doua femei cu stramosi greci / anatolieni, probele noastre din Bavaria Medievala Timpurie pot fi caracterizate genetic ca fiind tipic nord-central-europene. Poate este surprinzator ca nu a fost gasit niciun individ local care sa impartaseasca ancestralitate genetica comuna recenta cu un soldat roman care traia in aceeasi zona ∼200 y anterior. Analiza genomului sau il identifica ca fiind de origine sud-vest europeana. Astfel, rezultatele noastre, desi se bazeaza doar pe un esantion, argumenteaza impotriva amestecurilor semnificative intre orice populatie romana din mai multe parti de sud ale fostului Imperiu Roman si indivizii nostri ingropati in Bavaria in jurul anilor 500 d.Hr.

Extractia antica de ADN, pregatirea bibliotecii si screening.

Prepararea esantionului a fost realizata in instalatii ADN antice, asa cum s-a descris deja in Scheu si colab. (27) cu usoare modificari. Evaluarea calitatii pentru toate esantioanele se bazeaza pe complexitatea bibliotecii masurata prin PCR cantitativa in timp real (9) si calculul continutului endogen dupa secventiere superficiala pe Illumina MiSeq. Rezultatele detaliate ale screeningului sunt enumerate in Anexa SI , tabelul S2.

Capture Assay si WGS.

Exploratorul regiunii neutre (NRE) (28) a fost utilizat pentru a identifica 4.687 de loci autosomali neutri independenti de 1-kb adecvati pentru captarea in solutie si secventiere de citire scurta, pe baza unei liste initiale de 37.574 loci (29). Acest set de loci au fost completate cu 429 de regiuni de 500 CP si 486 de markeri informationali fenotipici. Pentru capturare a fost utilizat un kit personalizat de imbogatire a tintei MYbaits (MYcroarray). Pentru descrierea detaliata a analizei, a se vedea apendicele SI , sectiunea 3. In plus, 11 probe au fost secventiate de pusca de genom intreg. Secventializarea a fost efectuata pe platformele Illumina. Toate citirile secventiate au fost procesate asa cum s-a descris anterior (9). S-a efectuat apelarea genotipului haploid si diploid, care a reprezentat daunele postmortem asa cum s-a descris anterior (9).

Autenticitate ADN antica.

Daunele postmortem au fost evaluate utilizand mapDamage 2.0 (30). Contaminarea a fost estimata din datele de captare mitocondriala folosind abordarea Fu et al. (31) si pentru toate datele de pusca de sex masculin folosind ANGSD (32) ( apendicele SI , sectiunea 8 si tabelul S34).

Probele de referinta moderne si antice.

Am efectuat analize demografice ale esantioanelor noastre vechi folosind doua abordari principale. In primul, ne-am valorificat acoperirea ridicata la neutromul de 5 Mb prin eliminarea treptata a haplotipurilor individuale (1 kb) bazate pe apeluri diploide folosind PHASE (33), cu 1000 de genomi de populatii eurasiatice (34), SGDP cu acoperire inalta (11) , Probe turcesti (35 de ani) si olandeze GoNL (21) utilizate ca populatii moderne de referinta. In al doilea, am profitat de continutul ridicat endogen al esantioanelor noastre pentru a obtine apeluri haploide bazate pe citiri off-target care s-au suprapus SNP-urile gasite in sistemele de date europene (POPRES) (36) si SNP Eurasiatice (HellBus) (37) . In aceste analize au fost, de asemenea, inclusi cei 1000 de genomi eurasieni (34), SGDP (11) si genomii anglo-saxoni contemporani (12).

Analiza componentelor principale.

PCA a fost realizat folosind smartpca (38). Cand s-au analizat apelurile off-target, s-au efectuat separat PCA pseudohaploide pentru fiecare esantion antic separat si apoi analizele individuale au fost combinate folosind o transformare Procrustes in R folosind pachetul vegan. Atunci cand analizam datele de la neutromul 5-Mb, fiecare haplotip de 1-kb din fiecare dintre regiunile ∼5,000 a fost codat ca o alela SNP bialelica distincta si toate probele au fost analizate simultan (38).

Clustering bazat pe model.

Analiza de clustering bazata pe model a fost aplicata in doua moduri diferite la haplotipurile de 1 kb din regiunea 5 Mb. In prima, s-a efectuat o analiza supravegheata pe esantioanele antice si pe genomul SGDP utilizand ADMIXTURE (39) cu urmatoarele populatii de referinta: 1000 de genomi CEU, GBR, IBS, TSI, FIN, impreuna cu SAS si EAS si GoNL. In plus, am efectuat o analiza nesupravegheata doar pentru cele 38 de probe antice folosind STRUCTURA (40), care permite frecvente de alela corelate.

PAA.

Am adaptat o abordare bazata pe probabilitate (41) descrisa anterior pentru a determina populatia de origine cea mai probabila pentru un esantion la datele noastre SNP haploide, permitand esantioanelor antice de la orice populatie moderna de referinta cu cel putin 10 indivizi. Pentru a raspunde de incertitudine, am efectuat 100 de replici de blocare cu bloc de blocuri care nu se suprapun de 5-Mb. Am vizualizat aceasta incertitudine pe o harta geografica a Eurasiei folosind interpolarea.

Modele de partajare de alele si haplotipuri.

Am folosit CHROMOPAINTER (42) pentru a rezuma pattern-urile de ADN la fiecare individ antic ca un „profil de partajare” constand din proportia inferioara de ADN pentru care acel individ este cel mai strans legat ancestral de indivizi din fiecare dintre grupurile K moderne. Am generat aceste profiluri de partajare conditionate de analizarea fie ( i ) fiecarui SNP independent („profil de partajare alela”) sau ( ii ) fiecare SNP conditionat de SNP-urile vecine („profil de partajare haplotip”) (9). Pentru ii , am folosit PHASE (33) sau SHAPEITv2 (43) pentru a face toate persoanele in comun. Am calculat aceste profiluri de partajare pentru fiecare individ modern si modern, independent, cu populatiile moderne utilizate (si, prin urmare, K) variaza de-a lungul seturilor de date si a efectuat cutitul de tip jack pe cromozomi pentru a evalua incertitudinea. Consultati Anexa SI , sectiunea 16 pentru detalii suplimentare.

Analiza anterioara

Am tratat pentru prima data cele 38 de probe antice utilizabile ca o singura populatie. Am determinat apoi probabilitatea ca fiecare esantion, la randul sau, sa apartina acestei populatii unice, estimand probabilitatea observarii unei anumite perechi de haplotipuri, avand in vedere frecventele haplotipului populatiei. Valorile superioare au fost considerate acele probe cu o valoare empirica P <0,001 bazata pe o distributie nula a probabilitatilor ( apendicele SI , sectiunea 12).

Analiza F IS si F ST.

F IS si F ST au fost estimate in intreaga individuale loci 1 kb pentru grupe de probe antice si populatii moderne folosind estimatorii Nei (44) si Bhatia si colab. (45), respectiv. SE si 95% CI au fost construite prin efectuarea a 100 de dispozitive de pornire pentru loci individuale.

Analiza spectrului de frecventa Allele.

A fost construit un AFS desfasurat in comun pentru neutralomul de 5 Mb, folosind 23 de indivizi antici, cu doar stramosi din Europa de Nord / Central si 492 de indivizi olandezi moderni haploizi. Am folosit ∂a∂i (20) pentru a se potrivi AFS-ului nostru 2D bazat pe model cu parametri demografici liberi, asa cum este descris in Gao si Keinan (46). Am efectuat analiza folosind doua rate de mutatie fixe pe generatie, μ (1,2 × 10 –8 si 2,59 × 10 –8) si am permis, de asemenea, μ sa fie un parametru liber. Analizele au fost efectuate atat cu, cat si fara tranzitii. Parametrii liberi au fost folositi utilizand optimizatorul Broyden – Fletcher – Goldfarb – Shanno (BFGS) printr-o abordare in doi pasi.